海外某百萬千瓦機組主泵電機出島分析

任興龍，劉明輝，朱 偉，夏 亮

(中國中原對外工程有限公司，北京 100044)

“華龍一號”反應堆冷卻劑泵(簡稱“主泵”)為軸向葉輪立式泵，反應堆冷卻劑從與主管道過渡段垂直進入泵殼，當旋轉運動被葉輪轉換為動能后，反應堆冷卻劑在泵殼內從垂直方向偏轉到水平方向，并通過主管道冷段離開泵殼，將冷卻劑注入堆芯，帶出核燃料組件裂變反應產生的能量。泵由三相異步電動機驅動，電機與上電機支座連接，上電機支座又與下電機支座連接，泵軸與電機軸通過中間軸彼此此固定連接在一起。因此，電機驅動功率可以通過軸和葉輪直接傳遞到介質。

電機與泵共用推力軸承，推力軸承(軸向和徑向)安裝在上電機支座上。油潤滑雙向推力軸承可以承載系統壓力產生的軸向力、旋轉部件的重力和泵壓力所產生的軸向推力，在主泵開始運行和到運行結束，電機轉子始終保持一個0.08～0.09 mm的抬升量，使之能夠帶動泵葉輪保持一個正常的旋轉。徑向力由兩個油潤滑和一個水潤滑軸承承載。

頂油泵須在主泵啟動或關閉前啟動，此時由于主泵轉速低、主泵所在的一回路壓力小，頂油泵啟動后會對電機轉子進行一個抬升，用以抵消電機轉子的重力。頂油泵將滑油泵送到軸向軸承(推力軸承)的主推力瓦和副推力瓦上，使主/副推力瓦和推力盤之間形成一層致密的剛性油膜，確保主/副瓦不會磨損。正常情況下，副瓦頂油壓力(約7.0 MPa)應高于主瓦頂油壓力(約3.5 MPa)。在主泵正常運轉期間，頂油泵處于停運狀態，此時主/副推力瓦和推力盤之間的油膜由與電機軸相固定的油液輪補充維持。

卡拉奇核電廠現場K-2機組3號主泵是第一臺現場安裝的主泵，在電機安裝完畢中油箱注油后首次執行頂油泵啟動承載測試，試驗的目的是再次驗證頂油泵電機，泵和油回路是否滿足運行要求。由于3號電機是最早完成安裝的，首次試驗出現了主推力瓦(簡稱“主瓦”)頂油壓力高于副推力瓦(簡稱“副瓦”)頂油壓力的異常情況，針對這一問題，現場進行了排查、分析與應急檢修處理。

1 推力軸承頂油調試問題描述

在K-2 3號主泵軸系安裝完成后在沒有系統壓力的情況下首次調試啟動頂油泵出現異常情況，發現副瓦頂油壓力(6.62 MPa)低于主瓦頂油壓力(12.45 MPa)，而且電流偏大。正常情況下，副瓦頂油壓力(約7.80 MPa)應高于主瓦頂油壓力(約3.5 MPa)，軸系串量約0.09 mm。在發現異常后，現場立即停止了頂油泵運行。組織主泵廠家，安裝單位和調試單位對此進行討論，并制定多個試驗項目，試驗記錄見表1，頂油泵的電機設計參數見表2。第二次重新啟動頂油泵，同樣，副瓦頂油壓力低于主瓦頂油壓力，而且副瓦頂油相對首次啟動的壓力更低。為了查找是否因為電機或壓力表等原因導致壓力異常情況，后又陸續完成了表1中序3～7調試試驗，異常情況仍然存在。

表1 K-2 3號主泵現場調試頂油泵數據記錄Table 1 The data record of on-site commissioning of the top oil pump of the primary pump 3 of K-2 unit

表2 頂油泵電機參數Table 2 Parameters of the top oil pump motor

2 頂油泵電機問題排查

根據表1反饋的電流值，初步懷疑頂油泵電機異常。針對這一疑問，現場使用臨時柴油供電(由于巴方電網異常不穩定，施工現場經常使用臨時點進行施工作業)情況下對K-2 1號頂油泵電機進行了比對測試驗證，試驗結果見表3。由于現場用電量的大小對臨時供電電壓影響較大，所反饋的電流實測值與設計值相比偏大，不符合電機設計運行電流。

表3 K-2 1號主泵頂油泵試車記錄Table 3 The record of test run for the top oil pump of the primary pump 1 of K-2 unit

在核電廠恢復正常供電后，對K-2 3號頂油泵電機進行了正式電空載測試。將K-2 3號頂油泵電機安裝到K-2 1號主泵進行了臨時電空載測試，并與正式電空載進行了對比，具體詳見表4。此次電機空載試驗，所使用的的測量儀表、測量人員都相同，避免了試驗中的各種干擾因素的存在，而且這次試驗安排實在短時間內一氣呵成，經過評估，認為頂油泵電機正常，未損壞。

表4 K-2 3號和1號主泵頂油泵電機空載試車記錄Table 4 The record of the top pump motor no-load test of the primary pumps 3 and 1 of K-2 unit

3 頂油泵和壓力表問題排查

在K-2機組3號主泵出現推力軸承主瓦壓力高于副瓦壓力后，由于其他兩環路主泵電機還未進島安裝，而且考慮的此問題可能是推力軸承內部問題，暫緩了K-2機組第一臺主泵的進島安裝進度。頂油泵為齒輪泵，齒輪泵的一個重要特點就是運行可靠。但出于問題排查的考慮，認為需要更換頂油泵后繼續進行試驗，同時更換壓力表。兩次試驗結果見表5。

表5 K-2 3號主泵頂油泵更換后試車記錄Table 5 The record of commissioning after replacement of the top oil pump of the primary pump 3 of K-2 unit

更換頂油泵后的值與更換前的進行比對，推力軸承主瓦壓力仍然高于副瓦壓力，初步判斷非頂油泵問題導致的這一異常。根據表1序號6試驗和表5的試驗數據，確定此問題不是壓力表不準所產生的異常。

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4 廠內全流量試驗追溯

根據第2～3節問題排查，推斷此問題的發生應該是頂油回路問題，初步懷疑可能原因是油路異物未清潔徹底而造成堵塞。鑒于此原因的不確定性，決定對主泵廠內全流量試驗數據進行再次檢查。

主泵全流量試驗都是在系統壓力不低于2.4 MPa壓啟機試驗。因此，不能查到系統壓力為0時的頂油供應壓力。但是，試驗6a系統壓力2.4 MPa下的循環啟停機試驗，可類比系統壓力為0的工況。試驗6a，當系統壓力為2.4 MPa時，軸系完全自由落下，推力盤與副瓦RTB貼合。此時，系統會產生向上的推力，但是，系統推力遠小于軸系自重，因此會使推力盤與副瓦貼合。查閱試驗6a在停機狀態(轉速為0 r/min)的副瓦頂油壓力，加上系統向上的2.4 MPa壓力，即為副瓦頂油壓力。試驗6a的試驗工況為2.4 MPa的系統壓力，吸入口溫度為100 ℃，冷卻水溫度為35 ℃。如圖1(a)～(c)分別為1、2、3號主泵的試驗6a停機對應的主、副瓦頂油壓力曲線圖。

表6為三臺主泵對應主瓦、副瓦頂油壓力值的對比表。從表中的數據可明顯看出，K-2 1號和K-2 2號主泵的副瓦頂油壓力值正常，而K-2 3號主泵的副瓦頂油壓力值明顯異常，而且主瓦頂油壓力偏大。

表6 試驗6a停機后的主、副瓦頂油壓力值Table 6 The oil pressure values of the main and secondary tile tops after the shutdown of the test 6a

對主泵出廠全流量試驗對比也發現3號主泵主瓦壓力高于副瓦壓力的現象存在，而此數據因為臺架的局限，一般不會作為重要參考，因此出廠時忽略了此異常現象。由此可初步判斷此問題為節流器被異物堵塞的可能性較小，因為主泵在廠內全流量試驗后，需要全部拆解，清潔包裝后運輸到現場，在現場安裝時還要進行多次清潔、目視和電視檢查。由此，著手于油路中的零部件規格檢查。

5 K-2 3號主泵推力軸承檢查

頂油回路最窄處為主瓦節流器，而主副瓦節流器的中心節流孔經過多次孔徑變更，其他零部件未有過變更，制造廠也進行過多次的不同孔徑節流器的采購；分析認為最大可能就未將最終版變更的節流器安裝，認為需要將K-2 3號主泵電機出島后對推力軸承拆解查驗，并著重檢查節流器孔徑。

5.1 節流器介紹及其變更過程

節流器(130.22和130.23)分別安裝在主瓦MTB和副瓦RTB上，其作用是節流降壓實現主、副瓦承載壓力差的調節，從而實現頂油供應時的承載力平衡。其中，圖2(a)為主瓦MTB節流器的安裝圖，圖2(b)為副瓦RTB節流器的安裝圖。

圖3為主瓦MTB的節流器變更圖，其中，中心節流孔的變更尺寸過程為節流器變更圖。

圖4為副瓦RTB的節流器變更圖，其中，中心節流孔的變更尺寸過程為節流器變更圖。

圖2 主、副瓦節流器的安裝Fig.2 Installation of the main and secondary tile throttles

圖3 主瓦MTB節流器變更Fig.3 Change of the main watt MTB throttle

圖4 副瓦RTB節流器變更Fig.4 Change of the secondary tile RTB throttle

主瓦和副瓦的節流器在不同版次圖紙中的孔徑變值對比，明確K-2 3號主泵軸承瓦塊上安裝的節流器中心孔徑應該為D版中的數值：MTR為0.9 mm；RTB為1.0 mm。(注：C版圖紙無數據。)

5.2 軸承拆解檢查

圖5 K-2 3號主泵拆解下的主瓦節流器(130.22)Fig.5 The main tile throttle under K-2 3 disassembly (130.22)

圖6為K-2 3號拆解下的副瓦RTB節流器(8件)，其中，5件的中心節流孔徑約為0.7 mm，與A版圖紙相對應；另外3件的中心節流孔徑約為1.0 mm，與D版圖紙相對應。

圖6 K-2 3號主泵拆解下的副瓦節流器(130.23)Fig 6 The secondary tile throttle under K-2 3 disassembly (130.23)

通過拆解檢查，說明在廠內完成的首臺主泵(K-2 3號)全流量試驗應用的節流器為未改版的節流器，拆解后由于未及時發現而直接清潔包裝發運卡拉奇現場，從而導致首臺頂油泵壓力調試時出現副瓦的頂油壓力低于主瓦的頂油壓力。這一結果，也與全流量試驗6a的壓力值相吻合。

廠內K-2 3號全流量試驗所用的節流器均由供方提供，并未做修改(供方不提供全套細節軸承圖)。疏于對試驗結果的分析，導致未及時發現供方供應的節流器存在問題。

在確定問題后，制造廠對主瓦和副瓦節流器重新供貨，已完成了節流器的更換。更換節流器后再次組裝進島進行試驗驗證，各項數據合格。

6 結論

K項目首臺安裝的主泵因為主瓦節流器變更未執行，導致進島安裝后又拆卸出島，并在組裝車間對推力軸承拆解檢查，完成后又組裝進島，前后共耽誤30 d工期。此次事件的直接原因為主泵主瓦節流器孔徑偏小，根本原因為廠內對設計變更未嚴格遵循質保流程。同時不論是廠內全流量試驗前的組裝還是現場安裝前的組裝過程中，并未檢查節流器孔徑。而且主泵組裝控制文件中也未明確要求在安裝前要對節流器進行孔徑檢測，導致源頭的問題在后續的系列活動中被層層忽略。

通過此次事件，有以下多點需要在主泵加工制造、組裝安裝中多加重視：

1)加強設備制造廠的質保流程監察，設置質量見證人員全流程跟蹤監察；

2)仔細審核加工制造、組裝安裝文件，對于已變更、過程反饋和需要檢查而并未明確的地方進行修改，最終升版文件；

3)制造廠在主泵全流量和小流量試驗期間，盡可能驗證主泵的每個附屬系統、附屬設備和各儀表零部件，不能因為有主次之分，而忽視一些試驗項目和試驗參數；

4)主泵頂油泵現場試驗和廠內試驗過程中、主副瓦相對壓力變化較大，但對于此問題，目前原因并不明確，需要廠家進一步分析，最終給出主副瓦壓力值的標準范圍。