核電汽輪機主油泵及壓力調節(jié)閥試驗方案

劉升志　楊暉　李堯　鐘鼎

引言：核電汽輪機主油泵及壓力調節(jié)閥在工程應用之前需對其性能進行驗證，出廠前必須進行工廠試驗。本文主要介紹了主油泵性能驗證試驗方法以及壓力調節(jié)閥在系統(tǒng)中的設定方法，著重闡述試驗系統(tǒng)的原理及設計方案，詳細說明試驗系統(tǒng)主要設備的功能及使用方法。通過對該試驗方案的研究，指導試驗臺的建設及試驗規(guī)程的制訂，指導了試驗數(shù)據(jù)處理及試驗結果驗證，為核電主油泵及壓力調節(jié)閥型式試驗和出廠試驗提供理論依據(jù)。

一、前言

核電汽輪機的特點是功率大、進汽參數(shù)低，因此轉子重量大，軸承所需潤滑油量大。為了保證安全、穩(wěn)定的軸承供油，潤滑油系統(tǒng)采用主軸驅動式主油泵直接供油，壓力調節(jié)閥調節(jié)系統(tǒng)油壓。

核電汽輪機主油泵為齒輪泵，齒輪泵結構相對簡單，潤滑油系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性高，在工程應用經(jīng)驗核電汽輪機主油泵的試驗研究為其國產化提供了理論依據(jù)。

二、目的

對于首次研制的主油泵，按照機械行業(yè)標準要求須對其進行型式試驗，以檢驗其性能是否達到設計指標，能否滿足使用要求。

為了完成試驗，設計一套試驗系統(tǒng)來進行測試。

三、試驗項目及試驗方法

根據(jù)機械行業(yè)標準要求以及核電汽輪機潤滑油系統(tǒng)的運行特點，確定主油泵、壓力調節(jié)閥的試驗項目以及試驗方法，本試驗項目包括：

1、排量驗證試驗

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

2、效率試驗（容積效率、總效率）

在額定轉速至最低轉速范圍內的六個等分轉速下，分別測量空載壓力至額定壓力范圍內至少六個等分壓力點（包括空載壓力和額定壓力）的有關效率的流量、壓力、轉速、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

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

5、噪聲試驗

在額定轉速下，進口壓力在-16kPa至設計規(guī)定最高的進口壓力的范圍內，分別測量被試泵空載壓力至額定壓力范圍內，至少六個等分壓力點（包括空載壓力和額定壓力）的噪聲值；

6、低速試驗

在輸出穩(wěn)定的額定壓力，連續(xù)運轉10分鐘以上測量流量、壓力數(shù)據(jù)，計算容積效率并記錄最低轉速；

7、超速試驗

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

8、超載試驗

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

9、效率檢查

完成上述規(guī)定項目試驗后測量額定工況下的容積效率和總效率。

10、壓力調節(jié)閥試驗

測量壓力調節(jié)閥在不同壓力下對應的流量。

四、試驗系統(tǒng)設計

1、系統(tǒng)主要組成及功能

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

變頻電機用于向被試泵提供動力并調節(jié)轉速；主油泵試驗系統(tǒng)提供被試泵的各種工況；儀器儀表用于測量壓力、流量、溫度、轉速、扭矩等參數(shù)并遠傳信號；集控中心實現(xiàn)油溫控制、壓力控制、轉速控制、數(shù)據(jù)采集和計算機通信等。

2、主油泵試驗系統(tǒng)工作原理

針對主油泵試驗需要驗證的項目，模擬核電汽輪機潤滑油系統(tǒng)實際布置情況，設計本試驗系統(tǒng)。

試驗系統(tǒng)主要設備：

1）變頻電機、主油泵試驗箱體

變頻電機向主油泵提供動力，與泵減速齒輪之間采用撓性聯(lián)軸器連接，同時安裝扭矩儀和速度傳感器。變頻電機可根據(jù)試驗需要調節(jié)轉速并穩(wěn)定在設定值。

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

根據(jù)主油泵的結構特點設計試驗箱體，泵進、出油管均在箱體下方。試驗時箱體密閉，防止油泄漏。

2）流量調節(jié)閥

使用流量調節(jié)閥可調節(jié)系統(tǒng)回油箱的流量，通過調節(jié)流量以達到給系統(tǒng)加載的目的，實現(xiàn)主油泵出口壓力的調節(jié)。

3）壓力調節(jié)閥

壓力調節(jié)閥與主油泵同屬于潤滑油系統(tǒng)設備，也是被試對象。

汽輪機潤滑油系統(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)一壓力調節(jié)閥，使過量的油經(jīng)過旁路回到主油箱以調節(jié)潤滑油供油母管壓力。在進行主油泵試驗時，壓力調節(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、扭矩儀、速度傳感器等，儀表精度應符合相應規(guī)范要求并能實現(xiàn)信號遠傳。

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

5）供油設備

包括油箱、供油泵、冷油器、電加熱器、溫度計、潤滑油箱等。

3、試驗結果驗證

通過調整泵的轉速和出口壓力從而得出對應的流量，記錄試驗數(shù)據(jù)，試驗完畢后將得出的數(shù)據(jù)進行整理，編制詳細的試驗報告，繪制相關特性曲線。

1）流量-轉速曲線

齒輪泵是容積泵，其流量隨著轉速增加而增大，理論上是成正比關系。

2）流量-壓力曲線

齒輪泵理論上在轉速一定的情況下流量不變，泵的結構特性，實際上泵齒間、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

在額定轉速下，泵的容積效率隨工作壓力的增大而降低；泵的機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、結語

隨著我國核電事業(yè)的不斷發(fā)展，核電項目不斷增多，從長遠利益考慮，核電汽輪機主油泵的自主化設計勢在必行，主油泵試驗系統(tǒng)以及試驗規(guī)程必不可少，因此本試驗研究具有很大的實際意義。由于本試驗系統(tǒng)是全新設計且較復雜，在試驗過程中還需不斷摸索、完善。

參考文獻

[1] 國家發(fā)展和改革委員會，《液壓齒輪泵》（JB/T 7041-2006），機械行業(yè)標準.

[2] 國家機械工業(yè)委員會，《液壓泵、馬達空載排量 測定方法》（GB7936-87），國家標準.

[3] 關醒凡，《泵的理論與設計》，機械工業(yè)出版社，1987年.

（作者單位：東方汽輪機有限公司 ）