重水供應(yīng)系統(tǒng)重水泵盤根磨損原因分析及處理

江東飛

（中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江海鹽 314300）

0 引言

秦山三期2 臺機(jī)組是引進(jìn)加拿大的重水堆機(jī)組。這種反應(yīng)堆的一大特點(diǎn)是在反應(yīng)堆運(yùn)行時，由兩臺裝卸料機(jī)同時連接燃料通道的兩端相互配合實(shí)現(xiàn)不停堆換料。重水供給泵是向裝卸料機(jī)重水閥站提供重水的，用于裝卸料機(jī)冷卻和加壓，同時操作裝卸料機(jī)水力回路[1]。

該泵屬于三缸立式柱塞泵，輸出壓力高，對密封性要求較高。重水泵盤根更換屬于重水開口作業(yè)，給檢修人員帶來了放射性物質(zhì)吸入的風(fēng)險，整個更換過程加上維修后試驗(yàn)，需要一整天時間，因此花費(fèi)了大量的人力、物力。統(tǒng)計1 臺機(jī)組2017—2018年2 臺重水泵盤根泄漏率超標(biāo)缺陷共發(fā)生20 余次，影響了重水供應(yīng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此將重水泵盤根的使用壽命進(jìn)一步延長，對降低運(yùn)行成本、減少工作量，確保重水供應(yīng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 重水泵盤根組件及盤根密封原理

1.1 重水泵盤根組件介紹

重水泵柱塞盤根包括主盤根組件和輔盤根組件，其中主盤根組件包括彈簧、下支撐銅套、3 個盤根環(huán)，上支撐銅套，而輔盤根組件是由1 個平環(huán)、3 個V 形環(huán)和1 個上支撐銅套組成。柱塞盤根機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 盤根密封原理

填料裝入填料腔以后，經(jīng)壓蓋對它作軸向壓縮，當(dāng)軸與填料有相對運(yùn)動時，由于填料的塑性，使它產(chǎn)生徑向力，并與軸緊密接觸。與此同時，填料中浸漬的潤滑劑被擠出，在接觸面之間形成水膜，使盤根填料和軸類似于滑動軸承，起到了一定的潤滑作用，從而避免了盤根和軸的過度磨損。軸在微觀下表面是不平整的，與盤根只能部分貼合、部分未接觸，所以在盤根和軸之間存在微小的間隙，像迷宮一樣，帶壓介質(zhì)在間隙中多次被節(jié)流，從而達(dá)到密封的作用[2]。

盤根要保持良好的潤滑和適度的壓緊。若潤滑不良，或壓得過緊都會使水膜中斷，造成填料與軸之間出現(xiàn)干摩擦，最后導(dǎo)致燒軸和出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。

圖1 柱塞盤根機(jī)械結(jié)構(gòu)

2 重水泵盤根磨損原因分析及處理

造成重水泵盤根磨損原因可能有很多，如盤根本身的質(zhì)量問題、柱塞和柱塞導(dǎo)向銅套的磨損、拉桿與拉桿支撐架的對中不好、高溫高壓的工作環(huán)境，等等。下面通過人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面對可能導(dǎo)致重水泵盤根磨損的因素作具體分析。影響盤根泄漏率超標(biāo)的因素主要有：①人員培訓(xùn)和操作技能不足；②拉桿支撐架磨損變形；③柱塞與導(dǎo)向銅套間隙問題；④盤根本身的質(zhì)量問題；⑤其他因素，如重水泵切換頻率、高溫高壓的工作環(huán)境、盤根泄漏誤報警等下面對這些影響因素依次分析。

2.1 人員培訓(xùn)和操作技能不足

在重水泵盤根更換時，現(xiàn)場工作人員均是經(jīng)過處室內(nèi)部培訓(xùn)并取得授權(quán)的合格人員，且在整個工作過程中，能夠嚴(yán)格遵守程序執(zhí)行工作，不會在更換時損壞盤根。而現(xiàn)場使用的維修規(guī)程是根據(jù)現(xiàn)場反饋信息進(jìn)行過多次升版，能夠滿足現(xiàn)場工作的需要。因此，人員培訓(xùn)和操作技能不足是造成重水泵盤根泄漏的次要原因，本文不予考慮。

2.2 拉桿支撐架磨損變形

拉桿（配合面外徑約22.30 mm）和拉桿支撐架的安裝孔（孔內(nèi)徑約22.36 mm）之間的間隙很?。s0.06 mm），而柱塞（螺桿外徑約22.16 mm）和拉桿支撐架的安裝孔（孔內(nèi)徑約25.50 mm）之間的間隙很大（大于3 mm）。因此拉桿支撐架安裝到拉桿上，拉桿螺母緊固后，正常情況下，不會因?yàn)橹渭艿奈恢糜绊懼亩ㄎ?。但是如果拉桿支撐架變形，會導(dǎo)致拉桿和拉桿支撐架之間的對中不好而影響柱塞的定位，導(dǎo)致與柱塞配合的盤根組件局部磨損。拉桿支撐架如圖2 所示。

圖2 拉桿支撐架

拉桿與拉桿支撐架是通過上下兩對對中調(diào)節(jié)塊和固定螺母進(jìn)行連接。拉桿支撐架與對中調(diào)節(jié)塊的配合面經(jīng)常會出現(xiàn)凹坑，如果不及時處理，長期運(yùn)行后，會影響與拉桿之間的對中，加速與柱塞配合的盤根組件的磨損。

綜上分析，可以明確拉桿支撐架的變形是導(dǎo)致柱塞盤根磨損的原因之一，而要從根本上解決這一現(xiàn)象，就必須研磨拉桿支撐架與對中調(diào)節(jié)塊的配合面，以保證拉桿與拉桿支撐架的良好對中，從而有效減輕柱塞盤根的磨損。

為了解決這一問題，設(shè)計并制作了拉桿支撐架的研磨工具（圖3），根據(jù)拉桿支撐架與對中調(diào)節(jié)塊的配合原理，在部位1的斜面上粘貼可貼式砂紙研磨拉桿支撐架內(nèi)部與對中調(diào)節(jié)塊接觸的配合面；部位2 是在研磨拉桿支撐架內(nèi)部與對中調(diào)節(jié)塊接觸配合面時對拉桿支撐架進(jìn)行導(dǎo)向，使之研磨準(zhǔn)確。如果拉桿支撐架內(nèi)壁有毛刺等有缺陷，也可以在部位2 上粘貼可貼式砂紙進(jìn)行研磨。目前對拉桿支撐架的檢查要求已經(jīng)固化到維修規(guī)程當(dāng)中。

圖3 拉桿支撐架研磨工具

2.3 柱塞與導(dǎo)向銅套間隙問題

秦三廠104 大修重水供給泵解體檢修過程中，發(fā)現(xiàn)所有3個柱塞下導(dǎo)向銅套內(nèi)徑磨損嚴(yán)重，與柱塞的配合間隙超出要求（柱塞與導(dǎo)向銅套的間隙要求為0.08～0.18 mm）。對該重水泵的3 個柱塞導(dǎo)向銅套進(jìn)行了更換。更換導(dǎo)向銅套后，間隙滿足要求，該泵盤根使用壽命長達(dá)6 個月之多，有效地延長了重水泵盤根的更換頻率。后續(xù)在其他重水泵檢修過程中發(fā)現(xiàn)，也有柱塞外徑出現(xiàn)嚴(yán)重磨損的情況，對柱塞也進(jìn)行了更換，同樣延長了重水泵盤根的更換頻率。

綜上分析，柱塞與導(dǎo)向銅套間隙過大也是導(dǎo)致柱塞盤根磨損的原因之一。目前對重水泵盤根柱塞與導(dǎo)向銅套間隙的檢查項(xiàng)目已經(jīng)固化到維修規(guī)程當(dāng)中。

2.4 盤根本身的質(zhì)量問題

盤根是直接從盤根制造商UTEX 供貨。從到貨盤根的文件和泵的歷史文件，確認(rèn)了UTEX 提供的盤根環(huán)型號與泵的歷史文件、月城提供的型號一致，盤根環(huán)供貨型號也沒有問題。故盤根本身的質(zhì)量問題不予考慮。

2.5 其他因素

在盤根泄漏報警時，會逐一排除可能出現(xiàn)的故障，以有效制定措施。而重水泵切換頻率、承受高溫高壓的工作環(huán)境是客觀存在的，對盤根壽命的影響是固定的，本文不予考慮。

2.6 小結(jié)

影響重水泵盤根泄漏率超標(biāo)的主要原因是拉桿支撐架的磨損變形和柱塞與導(dǎo)向銅套間隙過大。

目前，秦山三期的4 臺重水泵的拉桿支撐架已經(jīng)按要求完成了打磨，滿足與拉桿的對中度要求。對尺寸不滿足要求的柱塞或?qū)蜚~套也進(jìn)行了更換。這些措施大大降低了盤根與柱塞間的局部摩擦力，滿足運(yùn)行要求。近期重水泵盤根使用壽命平均達(dá)6 個月之久，有效地延長了重水泵盤根的更換頻率，對降低運(yùn)行成本、減少工作量，確保重水供應(yīng)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 結(jié)論

本文從重水泵盤根更換頻繁、使用壽命短，開始查找原因，并找出影響重水泵盤根密封效果的主要原因，制定了延長其壽命的控制措施，并將這些措施嚴(yán)格運(yùn)用到檢修中。通過有效地實(shí)施檢修，大大降低了盤根更換的頻率，節(jié)省了處理缺陷的人力、物力，保障了系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

在以后重水泵盤根更換檢修過程中，增加拉桿支撐架狀態(tài)檢查，對檢查不合格的拉桿支撐架進(jìn)行打磨。精確測量柱塞與導(dǎo)向銅套的間隙，對尺寸不滿足要求的柱塞或?qū)蜚~套進(jìn)行更換。這種方式已經(jīng)在維修文件中進(jìn)行固化，使得在今后盤根更換檢修工作規(guī)范化。