重水供應系統(tǒng)重水泵盤根磨損原因分析及處理

江東飛

（中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

0 引言

秦山三期2 臺機組是引進加拿大的重水堆機組。這種反應堆的一大特點是在反應堆運行時，由兩臺裝卸料機同時連接燃料通道的兩端相互配合實現(xiàn)不停堆換料。重水供給泵是向裝卸料機重水閥站提供重水的，用于裝卸料機冷卻和加壓，同時操作裝卸料機水力回路[1]。

該泵屬于三缸立式柱塞泵，輸出壓力高，對密封性要求較高。重水泵盤根更換屬于重水開口作業(yè)，給檢修人員帶來了放射性物質(zhì)吸入的風險，整個更換過程加上維修后試驗，需要一整天時間，因此花費了大量的人力、物力。統(tǒng)計1 臺機組2017—2018年2 臺重水泵盤根泄漏率超標缺陷共發(fā)生20 余次，影響了重水供應系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。因此將重水泵盤根的使用壽命進一步延長，對降低運行成本、減少工作量，確保重水供應系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行有著重要的現(xiàn)實意義。

1 重水泵盤根組件及盤根密封原理

1.1 重水泵盤根組件介紹

重水泵柱塞盤根包括主盤根組件和輔盤根組件，其中主盤根組件包括彈簧、下支撐銅套、3 個盤根環(huán)，上支撐銅套，而輔盤根組件是由1 個平環(huán)、3 個V 形環(huán)和1 個上支撐銅套組成。柱塞盤根機械結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 盤根密封原理

填料裝入填料腔以后，經(jīng)壓蓋對它作軸向壓縮，當軸與填料有相對運動時，由于填料的塑性，使它產(chǎn)生徑向力，并與軸緊密接觸。與此同時，填料中浸漬的潤滑劑被擠出，在接觸面之間形成水膜，使盤根填料和軸類似于滑動軸承，起到了一定的潤滑作用，從而避免了盤根和軸的過度磨損。軸在微觀下表面是不平整的，與盤根只能部分貼合、部分未接觸，所以在盤根和軸之間存在微小的間隙，像迷宮一樣，帶壓介質(zhì)在間隙中多次被節(jié)流，從而達到密封的作用[2]。

盤根要保持良好的潤滑和適度的壓緊。若潤滑不良，或壓得過緊都會使水膜中斷，造成填料與軸之間出現(xiàn)干摩擦，最后導致燒軸和出現(xiàn)嚴重磨損。

圖1 柱塞盤根機械結(jié)構(gòu)

2 重水泵盤根磨損原因分析及處理

造成重水泵盤根磨損原因可能有很多，如盤根本身的質(zhì)量問題、柱塞和柱塞導向銅套的磨損、拉桿與拉桿支撐架的對中不好、高溫高壓的工作環(huán)境，等等。下面通過人、機、料、法、環(huán)等方面對可能導致重水泵盤根磨損的因素作具體分析。影響盤根泄漏率超標的因素主要有：①人員培訓和操作技能不足；②拉桿支撐架磨損變形；③柱塞與導向銅套間隙問題；④盤根本身的質(zhì)量問題；⑤其他因素，如重水泵切換頻率、高溫高壓的工作環(huán)境、盤根泄漏誤報警等下面對這些影響因素依次分析。

2.1 人員培訓和操作技能不足

在重水泵盤根更換時，現(xiàn)場工作人員均是經(jīng)過處室內(nèi)部培訓并取得授權(quán)的合格人員，且在整個工作過程中，能夠嚴格遵守程序執(zhí)行工作，不會在更換時損壞盤根。而現(xiàn)場使用的維修規(guī)程是根據(jù)現(xiàn)場反饋信息進行過多次升版，能夠滿足現(xiàn)場工作的需要。因此，人員培訓和操作技能不足是造成重水泵盤根泄漏的次要原因，本文不予考慮。

2.2 拉桿支撐架磨損變形

拉桿（配合面外徑約22.30 mm）和拉桿支撐架的安裝孔（孔內(nèi)徑約22.36 mm）之間的間隙很小（約0.06 mm），而柱塞（螺桿外徑約22.16 mm）和拉桿支撐架的安裝孔（孔內(nèi)徑約25.50 mm）之間的間隙很大（大于3 mm）。因此拉桿支撐架安裝到拉桿上，拉桿螺母緊固后，正常情況下，不會因為支撐架的位置影響柱塞的定位。但是如果拉桿支撐架變形，會導致拉桿和拉桿支撐架之間的對中不好而影響柱塞的定位，導致與柱塞配合的盤根組件局部磨損。拉桿支撐架如圖2 所示。

圖2 拉桿支撐架

拉桿與拉桿支撐架是通過上下兩對對中調(diào)節(jié)塊和固定螺母進行連接。拉桿支撐架與對中調(diào)節(jié)塊的配合面經(jīng)常會出現(xiàn)凹坑，如果不及時處理，長期運行后，會影響與拉桿之間的對中，加速與柱塞配合的盤根組件的磨損。

綜上分析，可以明確拉桿支撐架的變形是導致柱塞盤根磨損的原因之一，而要從根本上解決這一現(xiàn)象，就必須研磨拉桿支撐架與對中調(diào)節(jié)塊的配合面，以保證拉桿與拉桿支撐架的良好對中，從而有效減輕柱塞盤根的磨損。

為了解決這一問題，設計并制作了拉桿支撐架的研磨工具（圖3），根據(jù)拉桿支撐架與對中調(diào)節(jié)塊的配合原理，在部位1的斜面上粘貼可貼式砂紙研磨拉桿支撐架內(nèi)部與對中調(diào)節(jié)塊接觸的配合面；部位2 是在研磨拉桿支撐架內(nèi)部與對中調(diào)節(jié)塊接觸配合面時對拉桿支撐架進行導向，使之研磨準確。如果拉桿支撐架內(nèi)壁有毛刺等有缺陷，也可以在部位2 上粘貼可貼式砂紙進行研磨。目前對拉桿支撐架的檢查要求已經(jīng)固化到維修規(guī)程當中。

圖3 拉桿支撐架研磨工具

2.3 柱塞與導向銅套間隙問題

秦三廠104 大修重水供給泵解體檢修過程中，發(fā)現(xiàn)所有3個柱塞下導向銅套內(nèi)徑磨損嚴重，與柱塞的配合間隙超出要求（柱塞與導向銅套的間隙要求為0.08～0.18 mm）。對該重水泵的3 個柱塞導向銅套進行了更換。更換導向銅套后，間隙滿足要求，該泵盤根使用壽命長達6 個月之多，有效地延長了重水泵盤根的更換頻率。后續(xù)在其他重水泵檢修過程中發(fā)現(xiàn)，也有柱塞外徑出現(xiàn)嚴重磨損的情況，對柱塞也進行了更換，同樣延長了重水泵盤根的更換頻率。

綜上分析，柱塞與導向銅套間隙過大也是導致柱塞盤根磨損的原因之一。目前對重水泵盤根柱塞與導向銅套間隙的檢查項目已經(jīng)固化到維修規(guī)程當中。

2.4 盤根本身的質(zhì)量問題

盤根是直接從盤根制造商UTEX 供貨。從到貨盤根的文件和泵的歷史文件，確認了UTEX 提供的盤根環(huán)型號與泵的歷史文件、月城提供的型號一致，盤根環(huán)供貨型號也沒有問題。故盤根本身的質(zhì)量問題不予考慮。

2.5 其他因素

在盤根泄漏報警時，會逐一排除可能出現(xiàn)的故障，以有效制定措施。而重水泵切換頻率、承受高溫高壓的工作環(huán)境是客觀存在的，對盤根壽命的影響是固定的，本文不予考慮。

2.6 小結(jié)

影響重水泵盤根泄漏率超標的主要原因是拉桿支撐架的磨損變形和柱塞與導向銅套間隙過大。

目前，秦山三期的4 臺重水泵的拉桿支撐架已經(jīng)按要求完成了打磨，滿足與拉桿的對中度要求。對尺寸不滿足要求的柱塞或?qū)蜚~套也進行了更換。這些措施大大降低了盤根與柱塞間的局部摩擦力，滿足運行要求。近期重水泵盤根使用壽命平均達6 個月之久，有效地延長了重水泵盤根的更換頻率，對降低運行成本、減少工作量，確保重水供應系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行有著重要的現(xiàn)實意義。

3 結(jié)論

本文從重水泵盤根更換頻繁、使用壽命短，開始查找原因，并找出影響重水泵盤根密封效果的主要原因，制定了延長其壽命的控制措施，并將這些措施嚴格運用到檢修中。通過有效地實施檢修，大大降低了盤根更換的頻率，節(jié)省了處理缺陷的人力、物力，保障了系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行。

在以后重水泵盤根更換檢修過程中，增加拉桿支撐架狀態(tài)檢查，對檢查不合格的拉桿支撐架進行打磨。精確測量柱塞與導向銅套的間隙，對尺寸不滿足要求的柱塞或?qū)蜚~套進行更換。這種方式已經(jīng)在維修文件中進行固化，使得在今后盤根更換檢修工作規(guī)范化。