核電汽輪機(jī)主油泵及壓力調(diào)節(jié)閥試驗(yàn)方案

劉升志　楊暉　李堯　鐘鼎

引言：核電汽輪機(jī)主油泵及壓力調(diào)節(jié)閥在工程應(yīng)用之前需對(duì)其性能進(jìn)行驗(yàn)證，出廠前必須進(jìn)行工廠試驗(yàn)。本文主要介紹了主油泵性能驗(yàn)證試驗(yàn)方法以及壓力調(diào)節(jié)閥在系統(tǒng)中的設(shè)定方法，著重闡述試驗(yàn)系統(tǒng)的原理及設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)說(shuō)明試驗(yàn)系統(tǒng)主要設(shè)備的功能及使用方法。通過(guò)對(duì)該試驗(yàn)方案的研究，指導(dǎo)試驗(yàn)臺(tái)的建設(shè)及試驗(yàn)規(guī)程的制訂，指導(dǎo)了試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，為核電主油泵及壓力調(diào)節(jié)閥型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)提供理論依據(jù)。

一、前言

核電汽輪機(jī)的特點(diǎn)是功率大、進(jìn)汽參數(shù)低，因此轉(zhuǎn)子重量大，軸承所需潤(rùn)滑油量大。為了保證安全、穩(wěn)定的軸承供油，潤(rùn)滑油系統(tǒng)采用主軸驅(qū)動(dòng)式主油泵直接供油，壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)油壓。

核電汽輪機(jī)主油泵為齒輪泵，齒輪泵結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑油系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性高，在工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)核電汽輪機(jī)主油泵的試驗(yàn)研究為其國(guó)產(chǎn)化提供了理論依據(jù)。

二、目的

對(duì)于首次研制的主油泵，按照機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求須對(duì)其進(jìn)行型式試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，能否滿足使用要求。

為了完成試驗(yàn)，設(shè)計(jì)一套試驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

三、試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法

根據(jù)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求以及核電汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，確定主油泵、壓力調(diào)節(jié)閥的試驗(yàn)項(xiàng)目以及試驗(yàn)方法，本試驗(yàn)項(xiàng)目包括：

1、排量驗(yàn)證試驗(yàn)

測(cè)量泵在空載穩(wěn)態(tài)工況下設(shè)定轉(zhuǎn)速的流量和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速測(cè)量分3檔，額定轉(zhuǎn)速、停輔助油泵轉(zhuǎn)速及二者中間轉(zhuǎn)速；

2、效率試驗(yàn)（容積效率、總效率）

在額定轉(zhuǎn)速至最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的六個(gè)等分轉(zhuǎn)速下，分別測(cè)量空載壓力至額定壓力范圍內(nèi)至少六個(gè)等分壓力點(diǎn)（包括空載壓力和額定壓力）的有關(guān)效率的流量、壓力、轉(zhuǎn)速、輸入扭矩等各組數(shù)據(jù)；

3、壓力振擺檢查

在額定工況下，觀察并記錄被試泵出口壓力振擺值；

4、自吸試驗(yàn)

檢驗(yàn)泵的吸油能力，在額定轉(zhuǎn)速、空載壓力工況下，測(cè)量被試泵吸入口真空度為零時(shí)的排量。以此為基準(zhǔn)，逐漸增加吸入阻力，直至排量下降1%時(shí)，測(cè)量其真空度；

5、噪聲試驗(yàn)

在額定轉(zhuǎn)速下，進(jìn)口壓力在-16kPa至設(shè)計(jì)規(guī)定最高的進(jìn)口壓力的范圍內(nèi)，分別測(cè)量被試泵空載壓力至額定壓力范圍內(nèi)，至少六個(gè)等分壓力點(diǎn)（包括空載壓力和額定壓力）的噪聲值；

6、低速試驗(yàn)

在輸出穩(wěn)定的額定壓力，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘以上測(cè)量流量、壓力數(shù)據(jù)，計(jì)算容積效率并記錄最低轉(zhuǎn)速；

7、超速試驗(yàn)

分別在空載壓力及額定壓力下，逐漸升速至額定轉(zhuǎn)速的115%，各自連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘以上；

8、超載試驗(yàn)

在被試泵的進(jìn)口溫度為52～55℃、額定轉(zhuǎn)速和125%額定壓力下作連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1分鐘以上；

9、效率檢查

完成上述規(guī)定項(xiàng)目試驗(yàn)后測(cè)量額定工況下的容積效率和總效率。

10、壓力調(diào)節(jié)閥試驗(yàn)

測(cè)量壓力調(diào)節(jié)閥在不同壓力下對(duì)應(yīng)的流量。

四、試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)主要組成及功能

該試驗(yàn)系統(tǒng)主要由變頻電機(jī)、液壓系統(tǒng)、儀器儀表、控制等組成。

變頻電機(jī)用于向被試泵提供動(dòng)力并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；主油泵試驗(yàn)系統(tǒng)提供被試泵的各種工況；儀器儀表用于測(cè)量壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)速、扭矩等參數(shù)并遠(yuǎn)傳信號(hào)；集控中心實(shí)現(xiàn)油溫控制、壓力控制、轉(zhuǎn)速控制、數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)通信等。

2、主油泵試驗(yàn)系統(tǒng)工作原理

針對(duì)主油泵試驗(yàn)需要驗(yàn)證的項(xiàng)目，模擬核電汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)實(shí)際布置情況，設(shè)計(jì)本試驗(yàn)系統(tǒng)。

試驗(yàn)系統(tǒng)主要設(shè)備：

1）變頻電機(jī)、主油泵試驗(yàn)箱體

變頻電機(jī)向主油泵提供動(dòng)力，與泵減速齒輪之間采用撓性聯(lián)軸器連接，同時(shí)安裝扭矩儀和速度傳感器。變頻電機(jī)可根據(jù)試驗(yàn)需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定在設(shè)定值。

為了模擬主油泵在潤(rùn)滑油系統(tǒng)中的正常運(yùn)行工況，變頻電機(jī)與主油泵安裝在油箱液面大約4.5米高的平臺(tái)上，以檢驗(yàn)泵的自吸性能。

根據(jù)主油泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)箱體，泵進(jìn)、出油管均在箱體下方。試驗(yàn)時(shí)箱體密閉，防止油泄漏。

2）流量調(diào)節(jié)閥

使用流量調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)系統(tǒng)回油箱的流量，通過(guò)調(diào)節(jié)流量以達(dá)到給系統(tǒng)加載的目的，實(shí)現(xiàn)主油泵出口壓力的調(diào)節(jié)。

3）壓力調(diào)節(jié)閥

壓力調(diào)節(jié)閥與主油泵同屬于潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)備，也是被試對(duì)象。

汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)正常工況主油泵的流量是恒定的，為了克服損耗的變化并使油壓維持在恒定值，在供油管道上并聯(lián)一壓力調(diào)節(jié)閥，使過(guò)量的油經(jīng)過(guò)旁路回到主油箱以調(diào)節(jié)潤(rùn)滑油供油母管壓力。在進(jìn)行主油泵試驗(yàn)時(shí)，壓力調(diào)節(jié)閥可用于穩(wěn)定系統(tǒng)壓力。

4）儀器儀表

包括壓力傳感器、熱電阻、流量計(jì)、扭矩儀、速度傳感器等，儀表精度應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)范要求并能實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)傳。

流量計(jì)安裝在直管段上，其前后直管段長(zhǎng)度要求：前10D，后5D（D管道公稱直徑）。

5）供油設(shè)備

包括油箱、供油泵、冷油器、電加熱器、溫度計(jì)、潤(rùn)滑油箱等。

3、試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

通過(guò)調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速和出口壓力從而得出對(duì)應(yīng)的流量，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)完畢后將得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，編制詳細(xì)的試驗(yàn)報(bào)告，繪制相關(guān)特性曲線。

1）流量-轉(zhuǎn)速曲線

齒輪泵是容積泵，其流量隨著轉(zhuǎn)速增加而增大，理論上是成正比關(guān)系。

2）流量-壓力曲線

齒輪泵理論上在轉(zhuǎn)速一定的情況下流量不變，泵的結(jié)構(gòu)特性，實(shí)際上泵齒間、齒殼間存在間隙，有泄露，泵出口壓力升高泄露量增大，泵出口流量減小。

3）效率-壓力曲線

在額定轉(zhuǎn)速下，泵的容積效率隨工作壓力的增大而降低；泵的機(jī)械效率隨工作壓差的增大而提高；泵的總效率等于輸出功率和輸入功率之比，隨著壓力增大，其輸出功率增大幅度大于輸入功率增大幅度，因此泵的總效率隨壓力增大而提高。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)核電事業(yè)的不斷發(fā)展，核電項(xiàng)目不斷增多，從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，核電汽輪機(jī)主油泵的自主化設(shè)計(jì)勢(shì)在必行，主油泵試驗(yàn)系統(tǒng)以及試驗(yàn)規(guī)程必不可少，因此本試驗(yàn)研究具有很大的實(shí)際意義。由于本試驗(yàn)系統(tǒng)是全新設(shè)計(jì)且較復(fù)雜，在試驗(yàn)過(guò)程中還需不斷摸索、完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，《液壓齒輪泵》（JB/T 7041-2006），機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).

[2] 國(guó)家機(jī)械工業(yè)委員會(huì)，《液壓泵、馬達(dá)空載排量 測(cè)定方法》（GB7936-87），國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).

[3] 關(guān)醒凡，《泵的理論與設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，1987年.

（作者單位：東方汽輪機(jī)有限公司 ）