CN115929660A - 核电站主泵转子离线动平衡操作方法及动平衡去重工装 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核电站主泵检修领域，具体涉及一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法及动平衡去重工装。包括以下步骤：步骤1：动平衡前准备工作；步骤2：主泵转子组装；步骤3：动平衡方案确定；步骤4：动平衡去重操作。其有益效果在于：本发明可以安全高效的完成主泵转子拆装，避免设备损伤和检修人员辐射剂量超标，能快速准确计算去重方案和确定去重位置，精准实施动平衡去重操作，将转子残余不平衡量调整至标准范围内。

Description

核电站主泵转子离线动平衡操作方法及动平衡去重工装
技术领域
本发明属于核电站主泵检修领域，具体涉及一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法及动平衡去重工装。
背景技术
主泵为核电站的关键设备，为核电站反应堆冷却剂系统中唯一高速旋转设备，用于驱动高温高压冷却剂以大流量通过堆芯，把堆芯中产生的热量传递给蒸汽发生器，使堆芯内燃料组件充分传热，确保燃料组件的安全。如果主泵失效将直接导致自动或手动停堆、停机。主泵转子的残余不平衡质量直接影响其运行期间的轴位移、振动水平，如果主泵轴位移、振动水平较高将影响轴承、机械密封的使用寿命，甚至直接威胁核安全。因此有必要将主泵转子的残余不平衡质量降到尽可能低的水平。
主泵制造阶段转子动平衡是在生产厂家进行，该技术只掌握在国外少数主泵生产商手中，而经过运行的主泵转子有很高的放射性剂量，大件放射性物品往国外运输困难，且运输和检修费用极高。在核电站现场实施存在以下问题：转子尺寸长重量大，对操作设备要求高；转子组装与解体操作复杂；转子精确去重实施难度高；转子放射性剂量高，为减少受照剂量对操作效率要求高。本专利发明研发的主泵转子离线动平衡操作方法，开发和利用核电站现场设备，优化操作步骤，制定精确去重方案，安全、优质、高效完成转子离线动平衡操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，它能够有效解决核电站现场主泵转子动平衡存在的问题，精准实现转子动平衡操作，将转子不平衡量调整至标准范围内，保障关键设备的安全稳定运行。
本发明的技术方案如下：一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，包括以下步骤：
步骤1：动平衡前准备工作；
步骤2：主泵转子组装；
步骤3：动平衡方案确定；
步骤4：动平衡去重操作。
所述的步骤1包括如下：
步骤11：动平衡机可用性检查及校验，根据主泵转子质量、尺寸、动平衡精度要求，核实动平衡机的工作质量范围、工作最大直径、工件轴颈支撑间距、平衡转速、最小可达残余不平衡量满足主泵转子需求，并对动平衡机进行校验确认测量精度满足要求；
步骤12：根据中间短轴尺寸制作与动平衡机连接盘，连接盘与动平衡机万向节连接凸台外圆、去重孔节圆、连接盘外圆同轴度小于0.05mm；
步骤13：根据主泵转子尺寸设计制造转子组装工装，包括转子垂直固定装置、操作平台；
步骤14：制作动平衡去重工装，去重工装为气源驱动可通过控制进气量调整钻头转速，钻头夹套可夹持8-16mm不同规格钻头，通过高度调节手轮、进给量控制手轮、中心轴调整，可实现钻头X、Y、Z三个坐标方向移动。
所述的步骤2包括如下：
步骤21：将泵轴垂直起吊安装在工装上固定好，联轴器侧朝上，测量调整轴头水平≤0.02/1000mm；
步骤22：水平起吊泵联轴器，检查确认联轴器与泵轴接触面积超过80％，先冷装测量安装尺寸D1，加热安装联轴器，测量安装尺寸D2，D2-D1范围在1.194mm到1.448mm之间，测量联轴器表面径向及轴向跳动≤0.025mm；
步骤23：拆除固定工装，安装吊具翻转泵轴至叶轮侧朝上，测量调整轴头水平≤0.02/1000mm；
步骤24：检查确认叶轮与泵轴接触面积超过80％，先冷装叶轮测量安装尺寸E1，加热安装叶轮，测量安装尺寸E2，E2-E1范围在1.02-1.14mm之间；
步骤25：安装吊具翻转转子组件，吊装至中间短轴上方安装固定中间短轴；
步骤26：翻转转子组件至水平位置，安装连接盘，将转子组件安装至动平衡机上。
所述的步骤3包括如下：
步骤31：转子在动平衡机上进行初始调校，水平度≤0.02/1000mm，联轴器径向跳动≤0.025mm，将动平衡机万向节与连接盘连接固定；
步骤32：将动平衡机输入转子支撑距离、平衡半径相关数据，先以200rpm转速运行进行测试试验，然后以动平衡要求转速300rpm进行试验，获得初始不平衡量质量和角度数据；
步骤33：主泵转子为双面动平衡，确定中间短轴侧和叶轮侧去重过程，去重使用钻头钻孔，钻出的圆锥型的高度为h锥，钻头直径为D，顶角为∠D，
h锥/(D/2)＝tan(90-∠D/2)＝tan(90-118/2)°＝tan31°＝0.6
h锥＝0.3D
转子材质密度为ρ，每次钻孔所去除的质量M为高h锥的圆锥质量与长H的圆柱质量之合
Figure BDA0003283402200000041
将试验所得的不平衡质量及相关参数代入可以得到钻孔深度H；
步骤34：根据计算确定的去重方法，利用动平衡机上的角度盘对去重位置进行标记定位。
所述的步骤4包括如下：
步骤4.1：先进行叶轮侧去重，将动平衡机万向节与转子连接盘脱开；
步骤42：在动平衡机基础上安装去重工装固定底座并固定；
步骤43：将去重工装安装至底座上，按照叶轮去重位置标记调整转子和去重工装位置，确保钻头与去重位置正对；
步骤44：安装转子固定工装将转子固定好，避免钻孔时转子转动；
步骤45：安装第一挡块和第二挡块，转子完全贴合后固定挡块，并在第一挡块上安装磁力表座和百分表监测钻孔过程中轴向窜动情况；
步骤46：按照去重方法中需钻孔深度进行钻孔去重操作，通过去重工装上安装百分表以及实际钻孔深度测量钻至要求深度，完成叶轮侧去重；
步骤47：拆除固定装置，安装吊具将转子翻转至中间短轴侧针对去重工装；
步骤48：按照中间短轴去重位置标记调整转子和去重工装位置，确保钻头与去重位置正对；
步骤49：安装转子固定工装将转子固定好，避免钻孔时转子转动；
步骤410：安装第三挡块，转子完全贴合后固定挡块，并在第三挡块上安装磁力表座和百分表监测钻孔过程中轴向窜动情况；
步骤411：按照去重方法中需钻孔深度进行钻孔去重操作，通过去重工装上安装百分表以及实际钻孔深度测量钻至要求深度，完成中间短轴侧去重；
步骤412：重新安装转子至动平衡机上，并按照步骤31调整好；
步骤413：启动动平衡机进行转子去重后动平衡试验，如果残余不平衡量大于15g，根据试验数据，跳转至步骤33开始重新进行去重修正操作直至满足标准要求；如果残余不平衡量≤15g，动平衡操作完成。
动平衡去重工装，包括钻头高度调节手轮，气源接头，钻头夹套，固定支撑，中心轴和钻头进给量控制手轮，所述的中心轴的一端连接有固定支撑，所述的中心轴的另一端固定在方形框架上，框架的下部连接有钻头进给量控制手轮，钻头进给量控制手轮通过丝杠结构控制中心轴，框架的上部连接有钻头高度调节手轮，钻头高度调节手轮通过丝杠连接有气源接头和钻头夹套。
本发明的有益效果在于：本发明可以安全高效的完成主泵转子拆装，避免设备损伤和检修人员辐射剂量超标，能快速准确计算去重方案和确定去重位置，精准实施动平衡去重操作，将转子残余不平衡量调整至标准范围内。
附图说明
图1为本发明所提供的一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法流程示意图；
图2为主泵转子与动平衡机连接盘示意图；
图3为本发明所提供的动平衡去重工装示意图；
图4为转子组装示意图；
图5为动平衡去重操作中的叶轮侧去重示意图；
图6为动平衡去重操作中的中间短轴侧去重示意图。
图中，1泵轴，2联轴器，3叶轮，4中间短轴，11钻头高度调节手轮，12气源接头，13钻头夹套，14固定支撑，15中心轴，16钻头进给量控制手轮，21转子组件，22第一挡块，23第二挡块，24第一支撑，25转子固定装置，26-第二支撑，27去重工装固定底座，28去重工装，9第三挡块。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，为解决核电站现场主泵转子动平衡存在的问题，精准实现转子动平衡操作，将转子不平衡量调整至标准范围内提供标准操作流程。
如图1所示，一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，包括以下步骤：
步骤1：动平衡前准备工作(图1中A序列)
步骤11：动平衡机可用性检查及校验，根据主泵转子质量、尺寸、动平衡精度要求，核实动平衡机的工作质量范围、工作最大直径、工件轴颈支撑间距、平衡转速、最小可达残余不平衡量等参数满足主泵转子需求，并对动平衡机进行校验确认测量精度满足要求。
步骤12：根据中间短轴尺寸制作与动平衡机连接盘(图2)，中间短轴连接螺栓孔为14个，设计连接盘有14个去重孔与螺栓孔错开用于对短轴进行钻孔去重，2个连接孔用于连接盘与短轴安装螺栓固定，连接盘本身残余不平衡量小于1g，连接盘与动平衡机万向节连接凸台外圆、去重孔节圆、连接盘外圆同轴度0.05mm。
步骤13：根据主泵转子尺寸设计制造转子组装专用工装，包括转子垂直固定装置、操作平台等，其中转子垂直固定装置拆装方便、安装牢固，操作平台可快速拆分避免搭设检修脚手架和便于转子翻转。
步骤14：设计制作动平衡去重工装(如图3所示)，去重工装为气源驱动可通过控制进气量(图3中气源接头12)调整钻头转速，钻头夹套(图3中的钻头夹套13)可夹持8-16mm不同规格钻头，通过高度调节手轮(图3中的钻头高度调节手轮11)、进给量控制手轮(图3中的钻头进给量控制手轮16)、中心轴(图3中的中心轴5)调整，可实现钻头X、Y、Z三个坐标方向移动，操作安全便捷，实现对不同去重位置进行精确定位去重。
如图3所示，动平衡去重工装，包括钻头高度调节手轮11，气源接头12，钻头夹套13，固定支撑14，中心轴15和钻头进给量控制手轮16，所述的中心轴15的一端连接有固定支撑14，所述的中心轴15的另一端固定在方形框架上，框架的下部连接有钻头进给量控制手轮16，钻头进给量控制手轮16通过丝杠结构控制中心轴15，框架的上部连接有钻头高度调节手轮11，钻头高度调节手轮11通过丝杠连接有气源接头12和钻头夹套13。
步骤2：主泵转子组装(如图1中序列B)。
步骤21：将泵轴(图4中部件1)垂直起吊安装在工装上固定好(图4中步骤A)，联轴器侧朝上，测量调整轴头水平≤0.02/1000mm。
步骤22：水平起吊泵联轴器(图4中的联轴器2)，检查确认联轴器与泵轴接触面积超过80％，先冷装测量安装尺寸D1，加热安装联轴器，测量安装尺寸D2，D2-D1范围在1.194mm到1.448mm之间(图4中的步骤B)，测量联轴器表面径向及轴向跳动≤0.025mm。
步骤23：拆除固定工装，安装吊具翻转泵轴至叶轮侧朝上(如图4中步骤C)，测量调整轴头水平≤0.02/1000mm。
步骤24：检查确认叶轮(图4中的叶轮3)与泵轴接触面积超过80％，先冷装叶轮测量安装尺寸E1，加热安装叶轮，测量安装尺寸E2，E2-E1范围在1.02-1.14mm之间(如图4中步骤D)。
步骤25：安装吊具翻转转子组件，吊装至中间短轴(图4中的中间短轴4)上方安装固定中间短轴。(如图4中步骤E)
步骤26：翻转转子组件至水平位置(如图4中步骤F)，安装连接盘，将转子组件安装至动平衡机上。
步骤3：动平衡方案确定(如图1中序列C)
步骤31：转子在动平衡机上进行初始调校，水平度≤0.02/1000mm，联轴器径向跳动≤0.025mm，将动平衡机万向节与连接盘连接固定。
步骤32：将动平衡机输入转子支撑距离、平衡半径相关数据，先以200rpm转速运行进行测试试验，然后以动平衡要求转速300rpm进行试验，获得初始不平衡量质量和角度数据。
步骤33：主泵转子为双面动平衡，分别根据理论计算方法确定中间短轴侧和叶轮侧去重方案。去重使用钻头钻孔，实测钻头的顶角为118°，设钻出的圆锥型的高度为h锥，钻头直径为D，顶角为∠D，则根据三角函数可以算出：
h锥/(D/2)＝tan(90-∠D/2)＝tan(90-118/2)°＝tan31°＝0.6
h锥＝0.3D
转子材质密度为ρ，每次钻孔所去除的质量M为高h锥的圆锥质量与长H的圆柱质量之合
Figure BDA0003283402200000081
将试验所得的不平衡质量及相关参数代入可以得到钻孔深度H。
步骤34：根据计算确定的去重方案，利用动平衡机上的角度盘对去重位置进行标记定位。
叶轮侧没有连接盘的影响，可以在标记的不平衡位置直接去重。
中间轴侧存在连接盘的影响，如果钻孔位置正好在去重孔位置则可直接进行钻孔去重；如果钻孔位置不在去重孔位置，考虑不平衡质量是矢量的特性，将试验测得的钻孔位置不平衡矢量分解至两侧位置的去重孔上并做好标记。
步骤4：动平衡方案确定(如图1中序列D)
步骤4.1：先进行叶轮侧去重(如图5)，将动平衡机万向节与转子连接盘脱开。
步骤42：在动平衡机基础上安装去重工装固定底座(图5中的去重工装固定底座27)并固定。
步骤43：将去重工装(图5中的去重工装28)安装至底座上，按照叶轮去重位置标记调整转子和去重工装位置，确保钻头与去重位置正对。
步骤44：安装转子固定工装(图5中的转子固定装置25)将转子固定好，避免钻孔时转子转动。
步骤45：安装第一挡块22(图5中的第一挡块22)和第二挡块23(图5中的第二挡块23)，转子完全贴合后固定挡块，避免钻孔过程中转子轴向窜动，并在第一挡块22上安装磁力表座和百分表监测钻孔过程中轴向窜动情况。
步骤46：按照去重方案中需钻孔深度进行钻孔去重操作，通过去重工装上安装百分表以及实际钻孔深度测量钻至要求深度，完成叶轮侧去重。
步骤47：拆除固定装置，安装吊具将转子翻转至中间短轴侧针对去重工装(如图6)。
步骤48：按照中间短轴去重位置标记调整转子和去重工装位置，确保钻头与去重位置正对。
步骤49：安装转子固定工装(图5中转子固定装置25)将转子固定好，避免钻孔时转子转动。
步骤410：安装第三挡块(图6中部件9)，转子完全贴合后固定挡块，避免钻孔过程中转子轴向窜动，并在第三挡块9上安装磁力表座和百分表监测钻孔过程中轴向窜动情况。
步骤411：按照去重方案中需钻孔深度进行钻孔去重操作，通过去重工装上安装百分表以及实际钻孔深度测量钻至要求深度，完成中间短轴侧去重。
步骤412：重新安装转子至动平衡机上，并按照步骤31调整好。
步骤413：启动动平衡机进行转子去重后动平衡试验，如果残余不平衡量大于15g，根据试验数据，跳转至步骤33开始重新进行去重修正操作直至满足标准要求；如果残余不平衡量≤15g，动平衡操作完成。
本发明描述的核电站主泵转子离线动平衡操作方法，可以安全高效的完成主泵转子拆装，避免设备损伤和检修人员辐射剂量超标，能快速准确计算去重方案和确定去重位置，精准实施动平衡去重操作，将转子残余不平衡量调整至标准范围内，目前已成功实施四台主泵转子离线动平衡操作，结果见下表1。该方法对同类型主泵转子可直接应用，对于其他类型的主泵转子，可以通过修改或重新制作试验装置进行推广转化。
表1主泵转子离线动平衡实施结果
Figure BDA0003283402200000101

Claims (10)

1.一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：动平衡前准备工作；
步骤2：主泵转子组装；
步骤3：动平衡方案确定；
步骤4：动平衡去重操作。
2.如权利要求1所述的一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，其特征在于，所述的步骤1包括如下：
步骤11：动平衡机可用性检查及校验，根据主泵转子质量、尺寸、动平衡精度要求，核实动平衡机的工作质量范围、工作最大直径、工件轴颈支撑间距、平衡转速、最小可达残余不平衡量满足主泵转子需求，并对动平衡机进行校验确认测量精度满足要求；
步骤12：根据中间短轴尺寸制作与动平衡机连接盘，连接盘与动平衡机万向节连接凸台外圆、去重孔节圆、连接盘外圆同轴度小于0.05mm；
步骤13：根据主泵转子尺寸设计制造转子组装工装，包括转子垂直固定装置、操作平台；
步骤14：制作动平衡去重工装，去重工装为气源驱动可通过控制进气量调整钻头转速，钻头夹套可夹持8-16mm不同规格钻头，通过高度调节手轮、进给量控制手轮、中心轴调整，可实现钻头X、Y、Z三个坐标方向移动。
3.如权利要求1所述的一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，其特征在于，所述的步骤2包括如下：
步骤21：将泵轴垂直起吊安装在工装上固定好，联轴器侧朝上，测量调整轴头水平≤0.02/1000mm；
步骤22：水平起吊泵联轴器，检查确认联轴器与泵轴接触面积超过80％，先冷装测量安装尺寸D1，加热安装联轴器，测量安装尺寸D2，D2-D1范围在1.194mm到1.448mm之间，测量联轴器表面径向及轴向跳动≤0.025mm；
步骤23：拆除固定工装，安装吊具翻转泵轴至叶轮侧朝上，测量调整轴头水平≤0.02/1000mm；
步骤24：检查确认叶轮与泵轴接触面积超过80％，先冷装叶轮测量安装尺寸E1，加热安装叶轮，测量安装尺寸E2，E2-E1范围在1.02-1.14mm之间；
步骤25：安装吊具翻转转子组件，吊装至中间短轴上方安装固定中间短轴；
步骤26：翻转转子组件至水平位置，安装连接盘，将转子组件安装至动平衡机上。
4.如权利要求1所述的一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，其特征在于，所述的步骤3包括如下：
步骤31：转子在动平衡机上进行初始调校，水平度≤0.02/1000mm，联轴器径向跳动≤0.025mm，将动平衡机万向节与连接盘连接固定；
步骤32：将动平衡机输入转子支撑距离、平衡半径相关数据，先以200rpm转速运行进行测试试验，然后以动平衡要求转速300rpm进行试验，获得初始不平衡量质量和角度数据；
步骤33：主泵转子为双面动平衡，确定中间短轴侧和叶轮侧去重过程，去重使用钻头钻孔，钻孔深度为H；
步骤34：根据计算确定的去重方法，利用动平衡机上的角度盘对去重位置进行标记定位。
5.如权利要求4所述的一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，其特征在于，所述的步骤33中的钻孔深度H按照以下方法确定：
钻出的圆锥型的高度为h锥，钻头直径为D，顶角为∠D，
h锥/(D/2)＝tan(90-∠D/2)＝tan(90-118/2)°＝tan31°＝0.6
h锥＝0.3D
转子材质密度为ρ，每次钻孔所去除的质量M为高h锥的圆锥质量与长H的圆柱质量之合
Figure FDA0003283402190000031
将试验所得的不平衡质量及相关参数代入可以得到钻孔深度H。
6.如权利要求1所述的一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，其特征在于，所述的步骤4包括如下：
步骤4.1：先进行叶轮侧去重，将动平衡机万向节与转子连接盘脱开；
步骤42：在动平衡机基础上安装去重工装固定底座并固定；
步骤43：将去重工装安装至底座上，按照叶轮去重位置标记调整转子和去重工装位置，确保钻头与去重位置正对；
步骤44：安装转子固定工装将转子固定好，避免钻孔时转子转动；
步骤45：安装第一挡块和第二挡块，转子完全贴合后固定挡块，并在第一挡块上安装磁力表座和百分表监测钻孔过程中轴向窜动情况；
步骤46：按照去重方法中需钻孔深度进行钻孔去重操作，通过去重工装上安装百分表以及实际钻孔深度测量钻至要求深度，完成叶轮侧去重；
步骤47：拆除固定装置，安装吊具将转子翻转至中间短轴侧针对去重工装；
步骤48：按照中间短轴去重位置标记调整转子和去重工装位置，确保钻头与去重位置正对；
步骤49：安装转子固定工装将转子固定好，避免钻孔时转子转动。
7.如权利要求6所述的一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，其特征在于，所述的步骤4还包括：
步骤410：安装第三挡块，转子完全贴合后固定挡块，在第三挡块上安装磁力表座和百分表监测钻孔过程中轴向窜动情况。
8.如权利要求7所述的一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，其特征在于，所述的步骤4还包括：
步骤411：按照去重方法中需钻孔深度进行钻孔去重操作，通过去重工装上安装百分表以及实际钻孔深度测量钻至要求深度，完成中间短轴侧去重。
9.如权利要求8所述的一种核电站主泵转子离线动平衡操作方法，其特征在于，所述的步骤4还包括：
步骤412：重新安装转子至动平衡机上，并按照步骤31调整好；
步骤413：启动动平衡机进行转子去重后动平衡试验，如果残余不平衡量大于15g，根据试验数据，跳转至步骤33开始重新进行去重修正操作直至满足标准要求；如果残余不平衡量≤15g，动平衡操作完成。
10.动平衡去重工装，其特征在于：包括钻头高度调节手轮，气源接头，钻头夹套，固定支撑，中心轴和钻头进给量控制手轮，所述的中心轴的一端连接有固定支撑，所述的中心轴的另一端固定在方形框架上，框架的下部连接有钻头进给量控制手轮，钻头进给量控制手轮通过丝杠结构控制中心轴，框架的上部连接有钻头高度调节手轮，钻头高度调节手轮通过丝杠连接有气源接头和钻头夹套。
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