三门核电有限公司调试处
摘要：文章通过分析电动给水泵几种常见振动故障的原因及其基本特征，介绍了如何运用这些基本特征对三门核电二号机给水泵A的振动故障进行诊断，判断振动产生的原因并进行治理，同时针对引起主给水泵振动异常的原因，从安装和调试的角度提出了相关经验反馈，避免同类问题重复发生。
关键词：主给水泵；振动；分析；经验反馈
Analysis and elimination for abnormal vibration of Sanmen Unit2 Feed water Pump A
Zhang Qiang
（Sanmen Nuclear power Co. Ltd、Commissioning Department）
Abstract：By analyzing the causes and basic characteristics of several common vibration faults of electric feed water pump，this article introduces how to diagnose the vibration faults of feed water pump A of Sanmen Nuclear Power Plant 2 by using these basic characteristics，judge the causes of vibration and eliminate them. At the same time，according to the causes of abnormal vibration of main feed water pump，the article puts forward relevant experience feedback from the angle of installation and commissioning. Avoid the recurrence of similar problems.
Keywords：Main Feedwater Pump；Vibration；Analysis；Experience feedback
前言
三门核电二号机组给水泵为卧式、单级、双吸离心泵，与给水前置泵共用一台电机驱动组成给水泵组，电机转速1500r/min，其中前置泵直接与电机相连，主给水泵通过增速齿轮箱与电机相连，增速后主给水泵的转速为4660r/min，单台给水泵额定流量2900m3/h，扬程595m，电机额定功率7800kW，额定电压10kV。图1为三门二号机给水泵组示意图。
图1 三门二号机给水泵组示意图
Figure 1 Schematic diagram of booster/main feedwater pump
在执行三门二号机给水泵组A的小流量帯载试验时，A-FWP启动3分钟后，泵出口压力从9.22Mpa降低至8.98Mpa，流量从1067t/h降低至1039t/h，随后驱动端振动从30μm阶跃至77μm，自由端阶跃到60μm，阶跃后振动稳定。虽然给水泵的振动水平并未超限（100μm），但根据现场出现的这种振动阶跃现象并参照三门项目其余几台给水泵的振动情况来判断，当前运行泵的振动水平异常。
1.问题影响
给水泵是电站的重要辅机，在三门项目属于关键敏感设备，如果给水泵长期在振动异常的工况下运行，轻则造成轴承等零部件的损坏、连接部件松动，形成振动噪声；严重的话将直接影响汽轮发电机组出力，造成发电量损失，甚至停机停堆。
2.原因分析
针对三门二号机组给水泵出现的振动异常问题，采用故障树的方法从以下几个方面进行分析，分析过程参见图2。
2.1给水泵流量原因导致振动异常
给水泵在小流量运行工况下可能会产生流体不平衡导致泵的振动异常，同样是小流量运行工况下，这种振动阶跃现象在三门一号机的A/B/C三台给水泵和二号机的B/C泵上并未出现，而且为了进一步对振动原因进行判断，尽可能多的采集数据，再次启动了给水泵，运行1小时25分。期间将给水泵流量由小流量工况1100t/h上调到2500t/h。随着流量的上升，给水泵的振动稳定在70μm左右，并未按照预期下降，所以可以排除由于给水泵未达到额定流量而导致振动异常的可能。
图2 分析图
Figure 2 Analysis diagram
2.2给水泵制造和安装原因
下面从以下5个方面从给水泵的制造和安装角度出发，对可能引起给水泵振动异常的原因进行分析处理。
2.2.1转动部件异常
三门核电一、二号机组共6台给水泵由同一厂家设计制造，根据厂家反馈的信息，三门二号机给水泵A的转子及各部件在制造过程中加工装配精度均在允许值范围内，且等同于其他几台泵，所以基本可以排除由于制造缺陷导致的转子不平衡，但泵组再次运转时，给水泵的振动情况保持70μm稳定，并未随着流量的提升按预期下降，而且从轴振频谱上观察，一倍频占了主要成分，所以很可能是转子和叶轮在泵组运转过程中受到损坏，造成了转子的严重不平衡或泵轴的部分弯曲导致给水泵振动异常，因此，需对给水泵进行解体检查。
2.2.2对中异常
如果泵组对中的各项数据超出允许值范围可能会导致给水泵的振动异常，在最后一次启泵前已对泵组的对中情况全部进行了检查，确认泵组的对中情况正常，所以基本可以排除由于对中问题导致的给水泵振动异常。
2.2.3动静碰磨
如果泵的转动部件与静止部件发生碰磨，接触点的摩擦力会反作用在转子上，迫使转子发生激烈振动，但这种振动一般随泵的运行时间而增大，而且在检查过程中通过手动盘动转子并未发现卡涩，而且在泵组运行过程中，齿轮箱、给水泵处也未听到明显异音，所以基本可排除由于动静碰磨导致给水泵振动异常。
2.2.4泵体地脚螺栓松动
泵体地脚螺栓松动，导致基座连接不牢固，将引起给水泵剧烈的强迫共振现象，在最后一次启泵前，已将泵组所有的地脚螺栓逐一进行检查和紧固，但给水泵的振动现象并未因此得到改善，所以可排除由于地脚螺栓松动导致给水泵振动异常的可能。
2.2.5共振
三门一号机组A/B/C三台给水泵和二号机B/C两台给水泵采用相同设计，而且运转过程中同样的振动阶跃现象并未出现在其他给水泵上，所以排除共振引发给水泵振动异常现象的可能。
2.6轴振探头安装问题
给水泵轴振探头采用电涡流传感器配合相应前置器，测量轴径向的相对振动，电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量振动的位移或幅值的，灵敏度较高，对于安装工艺也有较高要求，如果探头自身的安装工艺不满足要求，那么将会导致振动测量值出现问题，经排查，给水泵轴振探头安装并未出现松动而且间隙电压也满足要求，所以排除轴振探头安装问题导致给水泵振动异常的可能。
2.7叶轮损坏或堵塞
由于给水泵在运转过程中，伴随振动的异常突变，流量和出口压力同样出现了阶跃现象，特别是出口压力从9.22Mpa降低至8.98Mpa，很有可能是叶轮损坏或出现堵塞导致，为进一步进行检查，需对给水泵进行解体检查。
2.8给水前置泵支撑问题引发振动
三门一期工程共6台给水泵组均存在给水前置泵振动高问题，原因为前置泵的固有频率与其通流频率接近引发共振，现场已通过在给水前置泵的驱动端和非驱动端增加支撑改变前置泵固有频率的方式解决该问题，由于前置泵与给水泵共用一台电机驱动组成给水泵组，所以前置泵支撑的安装可能会对给水泵造成影响，但鉴于三门其他几台给水前置泵也装有同样支撑且并未对给水泵的振动产生影响，所以排除给水前置泵支撑导致给水泵振动异常的可能。
2.9给水泵组弹簧基础问题引发振动
三门一、二号机给水泵组采用弹簧基础，泵组运行前清理掉了楼板与弹簧基础所有相干涉的地方，并且在泵组运行过程中，对弹簧基础的振动也持续进行了检测，测量结果显示，弹簧基础上各个测点的测量数据均小于10μm，所以可以排除由于弹簧基础的原因引发给水泵振动异常的可能。
综上所述，给水泵转子损坏引起的机械不平衡为造成给水泵振动异常最可能的原因，因此需要对给水泵进行解体检查。
3.检查结果
在对泵进行解体检查后发现一黑色金属异物（尺寸约89mm*45mm*10mm）卡在给水泵叶轮吸入口处（非驱动端），参见图3。异物卡在叶轮非驱动端吸入口处，致使叶轮非驱动端侧损伤严重，叶片入口有不同程度的缺肉。叶轮损伤较大，影响泵的性能；异物同时造成给水泵减压衬套、壳体环多处损伤，损伤程度影响泵的性能。
图3 现场异物照片
Figure 4 Actual Foreign Material diagram
可以断定，给水泵叶轮吸入口处的异物，使给水泵转子的损坏，造成了转动部件的机械不平衡，这是引发给水泵振动异常的根本原因，同时异物堵塞了流道，这也是造成给水泵出口压力和流量降低的原因。
4.异物来源分析
结合发现异物后对现场相关设备、管线的检查情况，分析确定异物的引入范围为给水前置泵出口到给水泵吸入口段的中压给水管道。建安期间安装中压给水管道时对泵和管道进行过开口作业，但受安装工艺限制，管道清洁度检查和组对焊接之间存在时间差，可能在施工过程中，由于人因失误导致金属块掉入竖直管道或设备内部，施工人员未发现或报告，受检查手段限制未能及时发现和取出。在建安商施工方案中，对中压给水管道的特殊性（该段管道不在调试冲洗范围内，调试要求建安对管道进行高清洁度控制）未能从安装工序上予以识别，未考虑最终封口时通过技术手段彻底检查内部清洁度。
5.结论
给水泵中发现的异物，是造成给水泵振动异常的根本原因，现已通过更换转子组件彻底解决了给水泵的振动问题。本问题分析思路及方法为处理其他同类型转机的振动问题有很好的借鉴意义，为杜绝此类问题多次重复发生，总结如下几条经验反馈：
1）施工方案应对不能冲洗或清洁度要求特别高的系统、设备和管道进行识别，从安装工艺及检查手段上进行清洁度控制；增加确保系统清洁度成果维持的手段，例如全程旁站监督、解口检查、内窥镜检查等。
2）对于中压给水管道，在系统移交时，应将中压给水管道流量孔板打开，使用手电筒目视检查和内窥镜检查两种方式对管道内部深处清洁度进行检查以确保无异物引入。
3）给水泵组运行期间，如果监盘参数（振动、流量、出口压力等）发生了明显的阶跃变化，即使相应参数未超出限值，为确保设备安全也应立刻停泵，并对原因进行排查。
4）执行主给水泵帯载试验时，除了在就地和主控对泵组振动情况进行监测外，也应在TSI电子间监测泵组的振动情况，以便通过对频谱、振幅等参数的监视分析尽早对振动异常原因做出判断，避免多次重复试验对设备造成损伤。
论文作者:张强
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/26
标签：给水泵论文; 异常论文; 异物论文; 转子论文; 流量论文; 叶轮论文; 原因论文; 《防护工程》2019年第1期论文;