論核電上充泵驅動端垂直方向閃發振動高報警

董志國

遼寧紅沿河核電有限公司 遼寧大連 116000

1 上充泵工作原理及運行

1.1 上充泵是化學和容積控制系統（RCV）的組成部分，其主要功能如下

（1）上充功能：向反應堆冷卻劑系統輸送上充水，維持穩壓器正常水位。執行上充功能時僅需1臺上充泵運行，由容控箱供水，當容控箱發出低-3液位信號時，將切換至換料水箱供水。

（2）主泵密封水注入功能：為3臺反應堆冷卻劑泵的1號軸封提供密封水注入，每臺主泵密封水的額定流量為1.8m3/h，其中1.12m3/h的水沿軸封向下進入反應堆冷卻劑系統，既阻止主回路高溫冷卻劑沿主泵軸向向外泄露，又潤滑和冷卻主泵軸承，防止主泵軸封損壞；剩余的0.68m3/h的水則經主泵1號軸封回流管線作為密封水回流被RCV系統回收[1]。

（3）高壓安注功能：在安全注入情況下，上充泵作為高壓安注泵運行，防止在LOCA事故中堆芯裸露。執行高壓安注功能時，2臺上充泵同時運行，正常情況下上充泵由低壓安注泵出口進行供水，并由低壓安注泵為其增壓，低壓安注泵水源來自于換料水箱。在低壓安注泵增壓失效情況下，上充泵則直接從換料水箱取水。上充泵出口水流經硼注入箱，將濃硼水帶入到反應堆冷卻劑系統冷管段。當換料水箱水位達到低低液位時，安注運行進入再循環階段，低壓安注泵吸入口自動切換到安全殼地坑。

1.2 設備簡介

上充泵采用RHM100-205.12型泵，該泵組由帶有整體機械密封的筒體式臥式多級離心泵、6.6KV驅動電機、齒式聯軸器、增速齒輪箱、潤滑油系統組成。

RCV泵芯是12級葉輪加導葉單向式布置結構，平衡鼓和推力軸承平衡軸向推力。軸封采用2個集裝式機械密封。

6.6 KV電機為三相交流臥式電機作為泵的驅動裝置，電機和泵通過增速齒輪箱連接，齒輪箱型號為 HTW-200，泵側和電機側聯軸器均為齒式聯軸器[2]。

2 原因分析

對可能性低的原因進行分析

2.1 泵首級葉輪接近汽蝕邊緣

支持證據：①對入口壓波動敏感；②雙泵運行時振動高；③葉輪出口導葉有汽蝕故障史；④系統補水時振動高。

反對證據：①泵長時間在小流量運行，根據出廠試驗記錄，發生汽蝕可能性較??；②全檢時未發現泵首級葉輪有汽蝕跡象。③泵在額定流量下運行，振動穩定（額定工況比小流量更易汽蝕）。

針對可能性為中的原因進行詳細分析

2.2 系統壓力、流量波動或系統存氣

支持證據：①REA向RCV系統補水，上充泵振動值上漲；②泵振動幅值和上充流量存在反相關性；③機組上行期間振動幅值較大。

反對證據：①不是每臺設備均閃發報警，3、4號機組設備相對穩定；②多次排氣操作，未見效果。

針對可能性為高的兩點原因進行詳細分析

2.3 水力設計問題

支持證據：①5倍頻信號明顯，OPT測量的振動頻譜顯示5倍頻信號突出。上充泵首級葉輪選用5枚葉片，葉片通過頻率為5倍頻，從頻譜上看，首級葉輪對泵的振動貢獻值偏大；②入口壓波動時振動同步波動，流量計有流量指示時振動幅值上漲。證明泵的水力設計不能良好吸收和緩解系統波動，介質流態穩定性較差，流道橫截面或者流向過渡不理想。③1、2號機組振動閃發遠多于3、4號機組，3、4號機組上充泵首級葉輪已經進行升級換型，上充泵新型首級葉輪入口通流面積有所增大，改善與入口管線匹配性，減少過流面積突變引起的水力波動，同時對水力進行了優化升級，抗汽蝕能力有一定提升。注：新型首級葉輪入口直徑為：143.15mm；舊型首級葉輪入口直徑為137.15mm。④振動現象最明顯的一臺泵大修期間更換新型芯包后不再閃發振動報警，通過零件置換縮小根本原因排查范圍，根本原因鎖定在芯包部件上，調研各基地KSB生產的上充泵振動情況和核電站類似，應用舊型首級葉輪上充泵多次閃發振動報警，新型葉輪上充泵基本無振動閃發報警問題[3]。⑤調研各個基地情況和核電站類似，應用舊型葉輪上充泵多次閃發振動報警，新型葉輪基本無振動閃發報警問題。

反對證據：①上充泵驅動端軸承不是持續產生振動報警，系統不穩定因素影響（如：REA向RCV系統補水，調整流量，單雙孔板切換等因素）。②頻譜中7倍頻信號也突出，上充泵2-12級葉輪均采用七枚葉片，多級葉輪信號累積，7倍頻信號突出正常，對比3、4號機組頻譜也同樣存在。③1、2號機組1號泵閃發振動報警次數少。1號泵相對運行時間較短。

2.4 驅動端支持剛度低。

支持證據：①驅動端軸承增加配重后垂直向振動顯著改善（最大振動烈度從2.8mm/s 降低到1.3mm/s）；②各基地所有該型號上充泵驅動端振動幅值高于非驅動端；③從結構上比較驅動端的強度明顯較非驅動端差；④驅動端垂直向固有頻率（595HZ）接近葉頻（546HZ）。

反對證據：①1、2號機組與3、4號機組泵振動存在差異；②閃發報警非持續報警；③增加配重后水平向固有頻率降低至（542.6HZ）更接近葉頻（546HZ）振動增幅不顯著；④垂直向重力約束對垂直向振動有一定改善。

3 后續措施

臨時行動：加強狀態監測，長期執行。

最終行動：①首級葉輪已完成物項替，待窗口更換新型首級葉輪，并對首級葉輪進行鏟背處理，增大葉輪和導葉隔舌當量距離，減小汽蝕風險。②聯合廠家對泵驅動端支撐和軸承箱體換型。③上充泵振動報警值標準修改，由4.5mm/s變為5.6mm/s。④RCV芯包戰略備件采購。