摘 要: 怎样解释大亚湾与岭澳核电站配备的100型主泵在运行中表现出的特殊振动现象，长期以来一直困扰着管理与专业人员。本文在分析了几种理论解释后，通过对立式转子进行动力学分析，全面解释了主泵振动问题的产生、发展过程，并相应提出了预防思路。 < AN lang=EN-US>
关键词: 主泵 动平衡 动力学 < AN lang=EN-US>
A tract:How to explain the vibration phenomenon of primary coolant pump in 900 MW nuclear power plant has long been puzzling the management and technical experts. This paper analyzes the ecific vibration phenomenon of the pum , and looks into several theoretical explanatio towards the problem, and studies the dynamic behavior of pump's vertical shaft, then it comprehe ively explai the causes and evolution proce of vibration problem, and provide the idea of prevention accordingly.
Key words: Primary pump Dynamic balance Dynamics
1 反应堆主泵的型式与结构 < AN lang=EN-US>
反应堆主泵是压水堆核电站一回路主要的旋转设备，承担着补偿一回路冷却剂压力降、推动冷却剂循环等重要功能。大亚湾核电运营公司负责营运的大亚湾与岭澳核电站共装备12台由法国JEUMONT-INDUSTRIES制造的100型主泵（每单元机组配备3台）。每台主泵均为空气冷却、三相感应式电动机驱动的单级轴密封机组。整机是一台立式组件，如图1所示，从顶部到底部由电动机、密封组件和泵的水力部件组成，串联布置的三级轴封控制由泵轴的泄漏。由化容控制系统供应的密封水注入到泵轴承和密封件之间，以防止反应堆冷却剂向上流动，同时冷却轴封和泵轴承。电动泵组装有三个径向轴承和一个止推轴承，其中两个径向轴承和一个止推轴承用来支撑电动机转子，另一个径向轴承形成泵轴承，它是水润滑轴承，由斯太立合金堆焊的不锈钢轴颈和石墨环构成的套筒组成。
2 反应堆主泵特殊的振动问题 < AN lang=EN-US>
两电站投入商运以来，100型主泵陆续出现的特殊振动问题长期困扰着专业技术人员，这些特殊的振动问题主要表现出如下特征。 < AN lang=EN-US>
2.1 主泵的振动水平明显地受到轴封水流量的影响 < AN lang=EN-US>
2003年4月8日，岭澳1号机由于投运RCV上充泵下泄孔板，致使3号主泵轴封流量由2.0 m3/h降低到1.7 m3/h（系统设计要求轴封流量控制在1.8 m3/h），该泵轴振动也由200 μm下降到150 μm，其后调高轴封流量到2.0 m3/h，振动水平又回升到190 μm。值得注意的是，不同主泵的振动状态对轴封水流量改变的响应是完全不同的，如2000年2月22日对D1RCP001/002/003PO进行轴封水调整的试验（数据见下表）：
轴封流量
D1RCP001PO
D1RCP002PO
D1RCP003PO
2.2 m3/h
160 μm
90 μm
200 μm
2.5 m3/h
155 μm
140 μm
180 μm
3.0 m3/h
155 μm
190 μm
160 μm
从上表可以看出：在轴封水流量由2.2 m3/h增大到3.0 m3/h后，1号泵振动水平基本不变，2号泵轴振动显著增大，而3号泵则明显减小。 < AN lang=EN-US>
2.2 主泵的振动高点是不断变化的 < AN lang=EN-US>
如：1999年3月8日，在105大修后一回路升温、升压过程，记录到D1RCP002PO振动矢量的变化情况，在冷态启动时工频分量为160 μm/8°，升温、升压到热停堆时这个振动矢量变化到154 μm/104°，也就是说振动方向变化了96°。 < AN lang=EN-US>
2.3 需要反复进行现场动平衡降低振动水平 < AN lang=EN-US>
每当主泵轴振动急剧增大时，变化的主要频率成分都是工频（占通频振动的80%~90%），一般的处理方式是在热停堆工况进行现场动平衡降低振动水平。但奇怪的是，经过平衡的主泵再经过一次简单的起停过程，又会表现出明显的不平衡特征（即工频振动再度升高），而不得不再次进行平衡。如：
2000年3月5日，D1RCP003PO在106大修启动后轴振动水平在热停堆工况达到230 μm，现场进行动平衡试验将轴振动降低到140 μm，随后进行惰走试验，该泵经过一次简单起停过程，再次启动时原来经过平衡的良好振动状态又出现反复，被迫进行第二次平衡。 < AN lang=EN-US>
2.4 主泵启动次序的变化也会造成主泵振动状态的剧烈变化 < AN lang=EN-US>
如：2003年4月17日109大修后期，机组回到热停堆状态，D1RCP002PO轴振动良好，进行惰走试验同时停运三台主泵，随后按照1、3、2的顺序依次启动主泵，002PO原本振动在90 μm，再启动后急剧上升到200 μm，随后进行第二次惰走试验，三台主泵同时停运后按照1、2、3的顺序再次启动，002PO轴振动水平又恢复到100 μm的良好水平。而期间除了改变启动次序以外没有任何其他操作。 < AN lang=EN-US>
3 当前对主泵振动问题的几种理论解释及其局限性 < AN lang=EN-US>
3.1 质量不平衡 < AN lang=EN-US>
质量不平衡是旋转机械产生振动问题的主要原因之一。根据一般的振动分析理论，转子存在质量不平衡时主要的频谱特征是工频分量占到振动总水平的80%以上。这一点应该与我们采集的频谱表现一致。加之每次解决主泵振动问题都是通过现场动平衡的方式，因此有人便认为主泵转子上一定存在质量平衡问题需要不断矫正。 < AN lang=EN-US>
事实上转子质量不平衡还有一个基本特征，那就是相位基本稳定，这一点明显与主泵振动矢量存在变化的事实不符，同时对转子质量不平衡进行处理后，在较短的时间里一般不会出现需要频繁矫正的情况。很明显，反应堆主泵的振动问题不是完全由于质量不平衡造成的。 < AN lang=EN-US>
3.2 固体硼结晶在轴承内表面造成的缺陷 < AN lang=EN-US>
针对主泵存在的振动问题，我们向法国电力公司（EDF）发文，希望对方可以利用其雄厚的技术实力与丰富的运行经验给我们帮助。EDF在回文中承认他们的电站也存在同样问题，同样也是通过动平衡来解决，但遗憾的是对于根本原因对方也莫衷一是，只是笼统地提到固体硼结晶在轴承内表面造成的缺陷可能是造成振动的原因，等等。 < AN lang=EN-US>
对于这个解释我们并不认同。首先，轴承存在缺陷的设备振动问题不可能通过平衡解决；其次，轴承存在缺陷导致设备振动较高也不可能通过调整轴封水流量来得到缓解。可以说，EDF提供的这个解释完全不能说明我们面对的振动现象，因而是不能令人信服的。 < AN lang=EN-US>
3.3 主泵轴系的热变量 < AN lang=EN-US>
一段时间以来，主泵轴系的热变量被认为是造成主泵振动问题的主要原因。这个解释认为主泵大轴各向、各个部件的温度差异导致主泵转子存在一个热变量，正是由于这个热变量的存在和不断变化才造成主泵轴振动表现出特殊性。而每次进行现场动平衡试验就是对这个热变量进行平衡。 < AN lang=EN-US>
应该说，热变量的理论基本可以解释前面列举的问题，如：转子存在随工况而变化的热变量会造成转子振动矢量的变化，热变量在一定程度上也确实可以通过现场动平衡来矫正，等等。但热变量的解释却不能完全说明轴封水流量的改变到底是如何明显影响到转子轴振动的。同时两次简单的起停过程就会引起轴振动剧烈变化用该理论也无法完美地作出解释。据此，可以说热变量应该是导致主泵振动的因素之一，但却不是根本原因。
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