反應堆汽輪機給水泵提前跳機風險分析及防范措施

李銀

摘要：汽輪給水泵屬于二回路系統中的重要輔機之一。汽輪給水泵的穩定運行可以保證蒸發器的供水平穩，從而維持反應堆的穩定運行。同時汽輪機驅動相比于電機驅動熱經濟性基本持平，但機組容量更大，因此具有更大的經濟實用價值。在該汽輪給水泵前期運行過程中，汽輪給水泵機組雙聯泵軸以及雙聯泵與齒輪間的聯軸器均出現斷裂情況，由于需要按時保證生產，如按照原型雙聯泵生產出來安裝，就不能滿足生產時間要求，因此采用改進型雙聯泵進行安裝調試。分析得出，采用改進型雙聯泵運行后較原型泵會提前達到超速跳機油壓，經過計算，調整后的節流孔板可滿足后續設備使用。

Abstract： The turbo-feed pump is one of the important auxiliary engines in the secondary loop system. The stable operation of the steam turbine feed pump can guarantee the steady water supply of the evaporator and maintain the stable operation of the reactor. At the same time， the thermal economy of steam turbine drive is basically the same as that of motor drive， but the unit capacity is larger， so it has greater economic and practical value. In the operation process of the early stage of the steam turbine feed water pump， double pump turbine to pump shaft and double pump and gear coupling between fracture condition， because of the need to ensure the production on time， such as according to the prototype produced double pump installation， cannot meet the requirements of production time， so the improved double pump for installation debugging. It is concluded that the oil pressure of the overspeed pump can be reached ahead of the prototype after the operation of the modified dual pump.

關鍵詞：汽輪機給水泵;油泵;提前跳機;防范措施

Key words： steam turbine feed pump;the oil pump;jumping ahead of time;measures to prevent

0 ?引言

汽輪機給水泵是用汽輪機來驅動水泵向用戶供水的設備，且供水效率較高。其廣泛應用于火電、核電以及大型艦船中，主要作用是滿足鍋爐或蒸汽發生器所需的給水，使其和高溫側完成熱量傳遞，形成的蒸汽推動艦船前進和用汽設備的正常工作。

雙聯齒輪泵含有兩個相對獨立的油泵，分為主油泵和信號泵。其中主油泵的作用是為水泵機組軸承、雙聯泵驅動齒輪箱提供工作所需的潤滑油，并未給水泵主汽閥門控制提供所需的壓力。信號泵的作用主要是在機組超速的情況下提供給水泵控制閥門關閉所需的壓力。信號泵的作用是將汽輪給水泵的轉速信息轉化為油壓，當機組轉速達到超速速關設定值時，油壓傳遞至超速控制單元，實現汽輪給水泵機組的超速保護速關。（圖1）

反應堆設有兩臺汽輪給水泵向蒸汽發生器提供給水。2019年9月，1號汽輪給水泵出現油壓偏低現象，2號汽輪給水泵在正常運行期間出現兩次意外停機現象。經設備廠家拆卸檢查后發現，1號機組雙聯泵骨架油封存在變形情況，2號機組雙聯泵泵軸斷裂。經過討論分析，設備廠家處理措施為采用改進型雙聯泵替換2號機組雙聯泵，更換1號機組雙聯泵骨架油封。因此，展開對2號汽輪給水泵采用改進型雙聯泵后可能發生提前跳機進行風險分析。

1 ?給水泵滿功率實驗風險分析及防范措施

1.1 提前超速跳機風險分析

汽輪給水泵機組雙聯泵斷軸后更換為改進型雙聯泵，雙聯泵由主油泵和信號泵組成，原泵和改進型泵中信號泵設計名義排量均為10ml/r，但是由于制造尺寸公差、泵的容積及實際容積效率不同，實際出油量不同，原雙聯泵中信號泵出油量為9.22ml/r，改進型雙聯泵中信號泵出油量為10.76ml/r。

由于兩臺泵實際出油量不同，在現有管路系統及超速保護控制單元不變的情況下，系統阻力不同。達到超速壓力時，采用改進型泵的汽輪給水泵機組對應的超速轉速要低于原雙聯泵（經初步分析約低900r/min），機組可能存在提前速關停機風險。

1.2 防范措施

針對汽輪給水泵更換為改進型雙聯泵后，存在提前超速跳機風險，建議采用如下方案：

1.2.1 調節信號油泵出油量

原雙聯泵中信號泵出油量為9.22ml/r，改進型雙聯泵中信號泵出油量為10.76ml/r。通過對改進型信號油泵的機械結構進行調整，降低該信號油泵的出油量至9.22ml/r。

在不改變超速控制單元彈簧和節流孔板的情況下，完成機組在設計超速轉速時完成保護速關。

1.2.2 更換超速控制管路上的節流孔板

核算在現有節流孔板尺寸下，改進型雙聯泵中信號泵和原泵在相同超速轉速下油壓差別，通過調整節流孔板尺寸使改進型信號泵出口油壓與原泵（配原節流孔板）在相同轉速下的油壓一致，以使改動前后超速轉速基本一致。按計算結果生產新節流孔板并更換在機組上。（表1）

泵的全部流量均通過節流孔板排回油箱，考慮到在泵和孔板更換前后，其泵出口（即孔板前）的壓力需求維持不變，亦即孔板前后壓差與原來相同，根據上述孔板計算有：

根據該方案，理論上通過調整節流孔板尺寸使改進型信號泵出口油壓與原泵（配原節流孔板）在相同轉速下的油壓一致，以使改動前后超速轉速基本一致。實際操作中，因為孔板加工精度限制，實際孔板孔徑為3.37mm，對應跳機轉速5678r/min，滿足要求。

1.2.3 調節超速控制單元彈簧

核算在現有節流孔板尺寸下，改進型雙聯泵中信號泵和原泵在相同超速轉速下油壓差別，確定兩者間的差值。

核算超速控制單元彈簧伸縮量和超速壓力的關系，計算出滿足差值時彈簧的調整量，現場根據計算值直接調整超速控制單元彈簧。

1.2.4 更換節流孔板+調節超速控制單元彈簧

按理論計算節流孔板尺寸更換新孔板，當運行中轉速有所偏差時，可適當微調調節超速控制單元彈簧伸縮量，實現機組設計工況穩定運行。

小結：要準確確定超速設定值，采用超速試驗最準確，但需要拆除給水泵相關部套及外部管路，機組空載重新做超速保護試驗，超速保護合格后恢復部件及外部管路，試驗周期長，存在反復拆除問題。

方案①因雙聯齒輪泵重新加工周期長，且受理論計算和加工精度的影響，較難達到原設計出油量要求。方案②、③、④相對來說超速設定值都有偏差，但通過詳細計算，偏差不會很大，風險可控。方案③較方案②計算精度更高，方案④是方案②、③的組合。

綜上所述，在同時滿足整改周期短和誤差小的條件下，建議按方案④執行。應首先根據上文的理論計算結果，加工節流孔板。完成2號汽輪給水泵復裝后，開展該機組超速保護速關試驗，再根據汽輪給水泵的實際運行情況確定是否實施調節超速控制單元彈簧。

2 ?結語

從目前2號汽輪給水泵現場情況分析，汽輪給水泵更換改進型雙聯泵后，存在滿功率實驗提前跳機風險。考慮現場周期緊張，建議按方案④執行，首先更換節流孔板，根據運行實際情況再確定是否實施調節超速控制單元彈簧。

同時通過計算，汽輪機轉子、動葉片、給水泵泵輪可以在7000r/min轉速以下安全運行，相比機組設計的超速轉速安全余量較大，同時機組設置有數顯轉速儀表，汽輪給水泵改進型雙聯泵后按防范措施進行超速整定安全風險可控。

經過方案④的有效實施，在現場展開對2號汽輪給水泵的超速保護驗證試驗時，超速保護系統能按照設計轉速準確完成機組速關。

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