三門核電汽輪機(jī)機(jī)械超速設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

杜昀澤

（海鹽秦核新能設(shè)備檢修有限公司，浙江 嘉興 314300）

汽輪機(jī)是在高溫、高壓下運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，其旋轉(zhuǎn)部件承受著巨大的離心應(yīng)力，該離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比（F=mω2R），因此隨著轉(zhuǎn)速的升高，其離心力快速上升。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子一般是按照額定轉(zhuǎn)速的120%設(shè)計(jì)的，一旦轉(zhuǎn)速超過了設(shè)計(jì)的強(qiáng)度極限，將造成葉片斷裂、動(dòng)靜摩擦,甚至斷軸等嚴(yán)重事故。汽輪機(jī)超速不僅造成汽輪機(jī)本體損壞，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生潛在飛射物，對(duì)人員廠房及設(shè)備造成損傷，由此帶來的經(jīng)濟(jì)損失巨大。

一、核電汽輪機(jī)超速保護(hù)特點(diǎn)

（一）機(jī)械超速保護(hù)

機(jī)械超速保護(hù)是通過一個(gè)彈簧加壓的偏心飛錘來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升至110%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，飛錘在離心力作用下飛出，從而使得危急遮斷滑閥打開，保安油母管卸壓，隔膜閥開啟，進(jìn)而使AST和OPC母管卸壓，各蒸汽閥門關(guān)閉實(shí)現(xiàn)停機(jī)。

（二）電氣超速保護(hù)

電氣超速共有12個(gè)保護(hù)模塊，分為4組，每組三取二邏輯，對(duì)應(yīng)于AST4個(gè)電磁閥。當(dāng)轉(zhuǎn)速測(cè)量值超過保護(hù)設(shè)定值111%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，4個(gè)AST電磁閥斷電開啟，AST母管和OPC母管卸壓后，各蒸汽閥門關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)超速保護(hù)停機(jī)。

二、與秦山二期汽輪機(jī)機(jī)械超速設(shè)計(jì)的差異

秦山二期汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)上與三門核電基本類似，機(jī)組單機(jī)容量650MW,額定工作轉(zhuǎn)速為3000rpm。下面對(duì)三門核電與秦山二期汽輪機(jī)機(jī)械超速的設(shè)計(jì)包括從裝置、注油試驗(yàn)、超速試驗(yàn)等方面詳細(xì)分析二者之間的差異。

（一）機(jī)械超速裝置設(shè)計(jì)的差異

秦山二期機(jī)械超速手動(dòng)脫扣杠桿和手動(dòng)復(fù)位杠桿都是直接作用于碰鉤，兩個(gè)杠桿連成一體。當(dāng)汽機(jī)超速至一定值時(shí)，如果危急遮斷錯(cuò)油閥發(fā)生卡澀，秦山二期的設(shè)計(jì)將無法實(shí)現(xiàn)就地手動(dòng)緊急停機(jī)。三門核電汽輪機(jī)通過設(shè)計(jì)單獨(dú)的手動(dòng)脫扣滑閥和手動(dòng)脫扣杠桿來手動(dòng)緊急泄壓，則可避免錯(cuò)油閥故障而無法就地手動(dòng)停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。三門核電汽輪機(jī)將手動(dòng)脫扣與復(fù)位杠桿完全分離，也能降低誤操作的可能性。另外，三門核電設(shè)計(jì)有注油試驗(yàn)三通電磁閥和注油電磁閥，并設(shè)置有一些壓力儀表和位置開關(guān)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程注油試驗(yàn)，并可通過儀表的變化確定機(jī)械超速裝置的動(dòng)作情況。

（二）試驗(yàn)的差異

為驗(yàn)證機(jī)械超速裝置的可靠性，機(jī)組在首次啟動(dòng)和每次大修后需進(jìn)行注油試驗(yàn)和超速試驗(yàn)。注油試驗(yàn)時(shí)，機(jī)組未真超速，而是通過向偏心飛錘內(nèi)注入高壓油，利用油壓取代實(shí)際超速時(shí)飛錘產(chǎn)生的離心力，克服彈簧約束而使飛錘擊出，以驗(yàn)證機(jī)械超速裝置的可靠性。注油試驗(yàn)通常在每次機(jī)組啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行。超速試驗(yàn)則是在機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行一段時(shí)間后，與電網(wǎng)解列，使機(jī)組真正超速，以驗(yàn)證包括OPC保護(hù)、機(jī)械韶諫保護(hù)、電氣超速保護(hù)等動(dòng)作的可靠性。

1.遠(yuǎn)控注油試驗(yàn)差異分析。三門核電通過設(shè)置三個(gè)電磁閥、兩個(gè)壓力開關(guān)、一個(gè)壓差開關(guān)和一個(gè)限位開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)主控室或就地進(jìn)注油試驗(yàn)，而秦山二期僅能在就地進(jìn)行注油試驗(yàn)。一是主控室在汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)試驗(yàn)界面上選擇“Mechanical overspeed”。二是選擇“MOST Test CLockout）”，阻斷AST母管通過隔膜閥泄壓通路，同時(shí)接通EH油供油母管通過隔膜閥的泄壓路徑。三是由于EH油供油母管設(shè)置了節(jié)流孔板，壓力P1低于AST母管的油壓P1，正常運(yùn)行時(shí)，AST母管與隔膜閥相通，P1壓力等于P3，當(dāng)試驗(yàn)三通電磁閥動(dòng)作后，油路改變，P1壓力等于P3卻低于P1，當(dāng)壓差開關(guān)PDS072探測(cè)到P1與P3之間存在的壓差后，即向主控室發(fā)出信號(hào)顯示“Under MOST Test”,四是在主控室持續(xù)按下“Test ON”按鈕，以使注油試驗(yàn)電磁閥得電開啟，向飛錘內(nèi)油孔注油，當(dāng)油壓超過彈簧的約束，飛錘擊出。五是當(dāng)飛錘擊出時(shí)，保安油壓快速下降，壓力開關(guān)PS026動(dòng)作。

2.就地注油試驗(yàn)的差異分析。秦山二期在進(jìn)行就地汽輪機(jī)注油試驗(yàn)時(shí)，首先將試驗(yàn)滑閥轉(zhuǎn)至“試驗(yàn)”位置并保持該位置，然后將手動(dòng)脫扣杠桿轉(zhuǎn)至“復(fù)位”位置，再緩慢打開飛錘注油閥，當(dāng)就地觀察到手動(dòng)脫扣杠桿振動(dòng)且有移向“脫扣”位置趨勢(shì)時(shí)，記錄009LP所示的注油壓力并關(guān)閉注油閥，然后將手動(dòng)脫扣手柄置于“正?！蔽恢茫詈髮⒃囼?yàn)滑閥轉(zhuǎn)至“正?！蔽恢?，完成試驗(yàn)。三門核電汽輪機(jī)就地注油試驗(yàn)過程為。首先將試驗(yàn)滑閥轉(zhuǎn)至“試驗(yàn)”位置并保持，然后緩慢打開注油試驗(yàn)手動(dòng)閥，通過就地壓力儀表PI006觀察注油壓力緩慢上升，當(dāng)油壓上升至克服飛錘彈簧約束力而擊出飛錘的時(shí)候，危急遮斷錯(cuò)油閥動(dòng)作，就地觀察到PI005指示的壓力突然下降，此時(shí)記錄PI006所指示的注油壓力，然后關(guān)閉注油手動(dòng)閥，再將手動(dòng)復(fù)位杠桿置于“復(fù)位”位置，通過就地手動(dòng)復(fù)位杠桿對(duì)碰鉤及危急遮斷錯(cuò)油閥復(fù)位，再松開試驗(yàn)滑閥回到“正常”位置，注意觀察PI005所示的保安油壓恢復(fù)正常后，完成試驗(yàn)。

總結(jié)：汽輪機(jī)是核電廠重要的設(shè)備之一，而機(jī)械超速保護(hù)對(duì)于汽輪機(jī)的安全可靠運(yùn)行又發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。三門核電汽輪機(jī)機(jī)械超速及相關(guān)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與秦山二期相比，具有明顯的先進(jìn)性：一是通過增設(shè)手動(dòng)脫扣滑閥，使手動(dòng)脫扣杠桿與手動(dòng)復(fù)位杠桿完全獨(dú)立，可避免危機(jī)遮斷錯(cuò)油閥卡澀引起的無法就地手動(dòng)停機(jī)事故，有利于機(jī)組安全運(yùn)行；二是通過增設(shè)兩個(gè)電磁閥和一些壓力、位置開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)主控注油試驗(yàn)，利于提高機(jī)組自動(dòng)化程度，減少運(yùn)行就地工作量，提高工作效率；三是通過在試驗(yàn)滑閥下游設(shè)置就地壓力儀表PI005，在就地試驗(yàn)時(shí)依靠其壓力變化即可確定機(jī)械超速裝置動(dòng)作J隋況，提高就地注油試驗(yàn)的可操作性。