論核電上充泵驅(qū)動(dòng)端垂直方向閃發(fā)振動(dòng)高報(bào)警

董志國

遼寧紅沿河核電有限公司 遼寧大連 116000

1 上充泵工作原理及運(yùn)行

1.1 上充泵是化學(xué)和容積控制系統(tǒng)（RCV）的組成部分，其主要功能如下

（1）上充功能：向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)輸送上充水，維持穩(wěn)壓器正常水位。執(zhí)行上充功能時(shí)僅需1臺上充泵運(yùn)行，由容控箱供水，當(dāng)容控箱發(fā)出低-3液位信號時(shí)，將切換至換料水箱供水。

（2）主泵密封水注入功能：為3臺反應(yīng)堆冷卻劑泵的1號軸封提供密封水注入，每臺主泵密封水的額定流量為1.8m3/h，其中1.12m3/h的水沿軸封向下進(jìn)入反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)，既阻止主回路高溫冷卻劑沿主泵軸向向外泄露，又潤滑和冷卻主泵軸承，防止主泵軸封損壞；剩余的0.68m3/h的水則經(jīng)主泵1號軸封回流管線作為密封水回流被RCV系統(tǒng)回收[1]。

（3）高壓安注功能：在安全注入情況下，上充泵作為高壓安注泵運(yùn)行，防止在LOCA事故中堆芯裸露。執(zhí)行高壓安注功能時(shí)，2臺上充泵同時(shí)運(yùn)行，正常情況下上充泵由低壓安注泵出口進(jìn)行供水，并由低壓安注泵為其增壓，低壓安注泵水源來自于換料水箱。在低壓安注泵增壓失效情況下，上充泵則直接從換料水箱取水。上充泵出口水流經(jīng)硼注入箱，將濃硼水帶入到反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)冷管段。當(dāng)換料水箱水位達(dá)到低低液位時(shí)，安注運(yùn)行進(jìn)入再循環(huán)階段，低壓安注泵吸入口自動(dòng)切換到安全殼地坑。

1.2 設(shè)備簡介

上充泵采用RHM100-205.12型泵，該泵組由帶有整體機(jī)械密封的筒體式臥式多級離心泵、6.6KV驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒式聯(lián)軸器、增速齒輪箱、潤滑油系統(tǒng)組成。

RCV泵芯是12級葉輪加導(dǎo)葉單向式布置結(jié)構(gòu)，平衡鼓和推力軸承平衡軸向推力。軸封采用2個(gè)集裝式機(jī)械密封。

6.6 KV電機(jī)為三相交流臥式電機(jī)作為泵的驅(qū)動(dòng)裝置，電機(jī)和泵通過增速齒輪箱連接，齒輪箱型號為 HTW-200，泵側(cè)和電機(jī)側(cè)聯(lián)軸器均為齒式聯(lián)軸器[2]。

2 原因分析

對可能性低的原因進(jìn)行分析

2.1 泵首級葉輪接近汽蝕邊緣

支持證據(jù)：①對入口壓波動(dòng)敏感；②雙泵運(yùn)行時(shí)振動(dòng)高；③葉輪出口導(dǎo)葉有汽蝕故障史；④系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)振動(dòng)高。

反對證據(jù)：①泵長時(shí)間在小流量運(yùn)行，根據(jù)出廠試驗(yàn)記錄，發(fā)生汽蝕可能性較?。虎谌珯z時(shí)未發(fā)現(xiàn)泵首級葉輪有汽蝕跡象。③泵在額定流量下運(yùn)行，振動(dòng)穩(wěn)定（額定工況比小流量更易汽蝕）。

針對可能性為中的原因進(jìn)行詳細(xì)分析

2.2 系統(tǒng)壓力、流量波動(dòng)或系統(tǒng)存氣

支持證據(jù)：①REA向RCV系統(tǒng)補(bǔ)水，上充泵振動(dòng)值上漲；②泵振動(dòng)幅值和上充流量存在反相關(guān)性；③機(jī)組上行期間振動(dòng)幅值較大。

反對證據(jù)：①不是每臺設(shè)備均閃發(fā)報(bào)警，3、4號機(jī)組設(shè)備相對穩(wěn)定；②多次排氣操作，未見效果。

針對可能性為高的兩點(diǎn)原因進(jìn)行詳細(xì)分析

2.3 水力設(shè)計(jì)問題

支持證據(jù)：①5倍頻信號明顯，OPT測量的振動(dòng)頻譜顯示5倍頻信號突出。上充泵首級葉輪選用5枚葉片，葉片通過頻率為5倍頻，從頻譜上看，首級葉輪對泵的振動(dòng)貢獻(xiàn)值偏大；②入口壓波動(dòng)時(shí)振動(dòng)同步波動(dòng)，流量計(jì)有流量指示時(shí)振動(dòng)幅值上漲。證明泵的水力設(shè)計(jì)不能良好吸收和緩解系統(tǒng)波動(dòng)，介質(zhì)流態(tài)穩(wěn)定性較差，流道橫截面或者流向過渡不理想。③1、2號機(jī)組振動(dòng)閃發(fā)遠(yuǎn)多于3、4號機(jī)組，3、4號機(jī)組上充泵首級葉輪已經(jīng)進(jìn)行升級換型，上充泵新型首級葉輪入口通流面積有所增大，改善與入口管線匹配性，減少過流面積突變引起的水力波動(dòng)，同時(shí)對水力進(jìn)行了優(yōu)化升級，抗汽蝕能力有一定提升。注：新型首級葉輪入口直徑為：143.15mm；舊型首級葉輪入口直徑為137.15mm。④振動(dòng)現(xiàn)象最明顯的一臺泵大修期間更換新型芯包后不再閃發(fā)振動(dòng)報(bào)警，通過零件置換縮小根本原因排查范圍，根本原因鎖定在芯包部件上，調(diào)研各基地KSB生產(chǎn)的上充泵振動(dòng)情況和核電站類似，應(yīng)用舊型首級葉輪上充泵多次閃發(fā)振動(dòng)報(bào)警，新型葉輪上充泵基本無振動(dòng)閃發(fā)報(bào)警問題[3]。⑤調(diào)研各個(gè)基地情況和核電站類似，應(yīng)用舊型葉輪上充泵多次閃發(fā)振動(dòng)報(bào)警，新型葉輪基本無振動(dòng)閃發(fā)報(bào)警問題。

反對證據(jù)：①上充泵驅(qū)動(dòng)端軸承不是持續(xù)產(chǎn)生振動(dòng)報(bào)警，系統(tǒng)不穩(wěn)定因素影響（如：REA向RCV系統(tǒng)補(bǔ)水，調(diào)整流量，單雙孔板切換等因素）。②頻譜中7倍頻信號也突出，上充泵2-12級葉輪均采用七枚葉片，多級葉輪信號累積，7倍頻信號突出正常，對比3、4號機(jī)組頻譜也同樣存在。③1、2號機(jī)組1號泵閃發(fā)振動(dòng)報(bào)警次數(shù)少。1號泵相對運(yùn)行時(shí)間較短。

2.4 驅(qū)動(dòng)端支持剛度低。

支持證據(jù)：①驅(qū)動(dòng)端軸承增加配重后垂直向振動(dòng)顯著改善（最大振動(dòng)烈度從2.8mm/s 降低到1.3mm/s）；②各基地所有該型號上充泵驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)幅值高于非驅(qū)動(dòng)端；③從結(jié)構(gòu)上比較驅(qū)動(dòng)端的強(qiáng)度明顯較非驅(qū)動(dòng)端差；④驅(qū)動(dòng)端垂直向固有頻率（595HZ）接近葉頻（546HZ）。

反對證據(jù)：①1、2號機(jī)組與3、4號機(jī)組泵振動(dòng)存在差異；②閃發(fā)報(bào)警非持續(xù)報(bào)警；③增加配重后水平向固有頻率降低至（542.6HZ）更接近葉頻（546HZ）振動(dòng)增幅不顯著；④垂直向重力約束對垂直向振動(dòng)有一定改善。

3 后續(xù)措施

臨時(shí)行動(dòng)：加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)測，長期執(zhí)行。

最終行動(dòng)：①首級葉輪已完成物項(xiàng)替，待窗口更換新型首級葉輪，并對首級葉輪進(jìn)行鏟背處理，增大葉輪和導(dǎo)葉隔舌當(dāng)量距離，減小汽蝕風(fēng)險(xiǎn)。②聯(lián)合廠家對泵驅(qū)動(dòng)端支撐和軸承箱體換型。③上充泵振動(dòng)報(bào)警值標(biāo)準(zhǔn)修改，由4.5mm/s變?yōu)?.6mm/s。④RCV芯包戰(zhàn)略備件采購。