核電汽輪機(jī)主輔油泵切換時(shí)壓力突降的探究

于海成

摘? 要：本次研究針對某核電項(xiàng)目汽輪機(jī)組工程運(yùn)行事故進(jìn)行研究，分析機(jī)組轉(zhuǎn)速到特定值時(shí)，主、輔油泵切換時(shí)候，潤滑油壓力大幅下降?，F(xiàn)采用 AMESim仿真技術(shù)對汽輪機(jī)組潤滑油系統(tǒng)事故發(fā)生進(jìn)行了仿真模擬分析，了解到油泵機(jī)切換停機(jī)時(shí)候給油量發(fā)生斷流發(fā)生問題。經(jīng)過研究顯示，提升主、輔油泵機(jī)切換時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和延長輔助停機(jī)時(shí)候突降幅度，預(yù)防其對整個(gè)裝置的影響。

關(guān)鍵詞：核電汽輪機(jī)? 主輔油泵? 壓力突降? 探究

中圖分類號：TK263 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2020）07（a）-0076-03

Abstract： This study aimed at a Nuclear Power Project Steam Turbine Unit Operation Accident Research， analysis of the unit speed to a specific value， the main and auxiliary oil pump switching， the lubricating oil pressure dropped to. AMESIM simulation technology is used to simulate and analyze the accident of lubricating oil system of steam turbine unit， and the problem of cut-off of oil supply when the pump is switched off is found out. The research shows that the speed of steam turbine and the sudden drop of auxiliary shutdown are prolonged when the main and auxiliary pumps are switched to prevent their influence on the whole device.

Key Words： Nuclear Steam Turbine; Main and Auxiliary Oil Pump; Sudden pressure drop; Exploration

中國是能源消費(fèi)大國，而我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中化石燃料發(fā)電占比仍接近70%。隨著人民生活水平的提高，公眾對大氣環(huán)境污染的容忍度越來越低。為此，我國提出了綠色發(fā)展、建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)、大力發(fā)展清潔能源的戰(zhàn)略方針。核電和其他能源相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢，其燃料能量密度高、負(fù)荷穩(wěn)定、生產(chǎn)過程零碳排放，因此大力發(fā)展核電是解決我國巨大能源需求和環(huán)境治理問題的優(yōu)選方案之一。國家能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）中提出，在采用國際最高安全標(biāo)準(zhǔn)、確保安全的前提下，適時(shí)在東部沿海地區(qū)啟動(dòng)新的核電項(xiàng)目建設(shè)，研究論證內(nèi)陸核電建設(shè)。到2020年，核電裝機(jī)容量將達(dá)到5800萬kW。現(xiàn)通過AMESim仿真模擬軟件分析核電汽輪機(jī)運(yùn)行中主輔油泵切換時(shí)常見壓力突降問題，希望能夠?yàn)閷?yīng)的生產(chǎn)單位提供參考借鑒。

1? 運(yùn)行環(huán)境概述

核電汽輪機(jī)屬于核電站常規(guī)島中最關(guān)鍵的設(shè)備之一。電和其他能源相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢，其燃料能量密度高、負(fù)荷穩(wěn)定、生產(chǎn)過程零碳排放，作為核電汽輪機(jī)的重要特點(diǎn)，功率大、進(jìn)汽參數(shù)低，對軸承潤滑油提出了極高的用油量要求，現(xiàn)代潤滑油系統(tǒng)多采用主軸驅(qū)動(dòng)直接供油，且伴有壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)整控制系統(tǒng)油壓。實(shí)際運(yùn)行中，核心的電汽輪機(jī)主油泵為齒輪泵，其結(jié)構(gòu)較為簡單，在保證潤滑油供油穩(wěn)定和安全時(shí)，也會(huì)因?yàn)橹鬏o油泵切換發(fā)生壓力突降問題，影響整個(gè)裝置的運(yùn)行質(zhì)量。本次研究針對主輔油泵切換時(shí)壓力突降原因進(jìn)行模擬分析，探討其發(fā)生突降的原因，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)單位提供參考借鑒。

本次研究選用的汽輪機(jī)組結(jié)構(gòu)有（1）齒輪泵構(gòu)成的主油泵;（2）交流電機(jī)離心泵構(gòu)成的輔助油泵;（3）直流電機(jī)離心泵構(gòu)成的事故油泵。三個(gè)油泵供油穩(wěn)定運(yùn)行保證汽輪機(jī)軸承運(yùn)動(dòng)可行性。其中主油泵屬于容積式齒機(jī)，且布置在汽輪機(jī)前的軸承內(nèi)，也是由汽輪機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)，當(dāng)機(jī)組達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，整個(gè)主油泵可靠自身的吸油特征，實(shí)現(xiàn)主油箱自吸特征，為汽輪發(fā)電機(jī)組軸承提供潤滑油。

機(jī)組正常工作時(shí)候，有且僅有輔助油泵為系統(tǒng)運(yùn)輸潤滑油，研究表示，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到了1350r/min時(shí)，系統(tǒng)油壓若穩(wěn)定，整個(gè)輔助油泵也會(huì)停止運(yùn)行，若此時(shí)依靠主油泵為系統(tǒng)供油，在機(jī)組正常停止運(yùn)行期間，若汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速變成1350r/min以下時(shí)候，整個(gè)機(jī)組的輔助油泵也會(huì)停止運(yùn)行，機(jī)組轉(zhuǎn)速也會(huì)直接下降，直到速度變?yōu)榱恪Ｈ羰且驗(yàn)槭鹿视绊憣?dǎo)致非正常停機(jī)，輔助油泵和事故油泵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，投入生產(chǎn)運(yùn)行中。

2? 故障發(fā)生現(xiàn)象簡述

本次研究的核電項(xiàng)目中，主、輔系統(tǒng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換壓力突降問題表現(xiàn)在系統(tǒng)機(jī)組轉(zhuǎn)速1350r/min，其主油泵和輔助油泵切換出現(xiàn)了突降問題。若直接停止輔助油泵運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致潤滑油系統(tǒng)發(fā)生突降問題，進(jìn)而產(chǎn)生較大降幅問題，嚴(yán)重時(shí)候會(huì)引起汽輪機(jī)出現(xiàn)強(qiáng)制停車問題。

3? 仿真分析回路問題

現(xiàn)針對突降問題仿真分析，選用軟件為AMESim仿真模擬軟件。

現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中，主油泵輸油經(jīng)過停止回閥直接和輔助油泵會(huì)和，整個(gè)處理過程經(jīng)過了冷油器和雙聯(lián)濾油器，順著滑動(dòng)軸承經(jīng)過孔板閥門后實(shí)現(xiàn)潤滑。經(jīng)過冷油器和雙聯(lián)濾油器壓力調(diào)節(jié)閥可控制潤滑油系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)和設(shè)計(jì)控制。

AMESim仿真模擬系統(tǒng)表示，整個(gè)輔助油泵在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速中速度控制為 1350r/min、1500r/min時(shí)候就會(huì)發(fā)生停機(jī)問題，且輔助油泵的快速停機(jī)時(shí)間約為2s，現(xiàn)模擬對比這個(gè)變化階段的仿真情況。

仿真壓力監(jiān)測點(diǎn)：選用壓力調(diào)節(jié)閥壓力控制口作為監(jiān)測點(diǎn)。

檢測臨界值：當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為1300r/min;1500r/min時(shí)候多會(huì)出現(xiàn)快速停機(jī)問題。且對比二者停機(jī)表現(xiàn)，當(dāng)在1500r/min時(shí)候，快速降低值低于1350r/min。對比兩組延時(shí)、快速停機(jī)壓力值變化中，1350r/min停機(jī)壓力幅度值變化較小。可對比分析1500r/min的停機(jī)壓力變化，汽輪機(jī)在1500r/min延時(shí)停機(jī)的壓力值幅度變化稍大。

結(jié)果分析：仿真結(jié)果表示，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)主油泵和輔助泵切換效果，且通過輔助油泵的延長停機(jī)控制，可以在一定范圍中控制潤滑油系統(tǒng)的壓力，且隨著延時(shí)時(shí)間變化，效果愈加明顯。

4? 分析壓力突降原因

現(xiàn)針對核電項(xiàng)目類型，仿真結(jié)果研究，分析主、輔油泵機(jī)壓力突降原因。分析已經(jīng)投運(yùn)的項(xiàng)目，輔助油泵采用的是交流離心泵，選用參數(shù)為3.33Bar，流量為134.32L/S。當(dāng)壓力不斷增加，輸出的流量也隨著減少。173.5L/S是潤滑油正常運(yùn)行的流量，但隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速變化，汽油泵機(jī)的輸出量也會(huì)相應(yīng)改變。例如，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到了1500r/min時(shí)，主油泵機(jī)的實(shí)際流量為182.2L/S。此過程中，汽輪機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行較為明顯，當(dāng)系統(tǒng)供油量和樹葉壓力不斷變化的時(shí)候，機(jī)組的轉(zhuǎn)速也在不斷改變，且供油量也隨著有油液壓力逐漸升高。當(dāng)離心泵輸出量降低時(shí)候，整個(gè)主油泵的輸出量會(huì)穩(wěn)定上升;離心泵輸出量減低時(shí)候，主輸油泵的壓力也會(huì)隨之上升，當(dāng)二者流量超過一定范圍值的時(shí)候，整個(gè)壓力的調(diào)節(jié)閥也類似一個(gè)旁路管理機(jī)制，不再具有對應(yīng)的調(diào)節(jié)壓力作用。此時(shí)系統(tǒng)的壓力也會(huì)隨著流量的增加而有所變化。當(dāng)輔助油泵停止運(yùn)行后，機(jī)組系統(tǒng)不會(huì)再在提供流量，若輔助油泵機(jī)停機(jī)明顯，會(huì)直接引發(fā)總流量突降，若突降流量占據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的很大部分，最終導(dǎo)致壓力突降明顯。實(shí)際上，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到1500r/min時(shí)候，油壓下降幅度可控，機(jī)組承擔(dān)的流量和油壓較高，因此要達(dá)到此轉(zhuǎn)速時(shí)候，輸油泵的輸油量也處于較低的位置，主油泵流量和轉(zhuǎn)機(jī)轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，整個(gè)機(jī)組都已經(jīng)達(dá)到了最大流量。若輔助油泵的輸出流量和總流量比值發(fā)生變化，突發(fā)停機(jī)一般不會(huì)引起大范圍的下降問題;當(dāng)輔助油泵延時(shí)停機(jī)，因?yàn)闄C(jī)組流量和輸油量能力有限，流量梯度較小，一般不會(huì)表現(xiàn)出明顯的突降問題。短時(shí)間內(nèi)停機(jī)時(shí)，受大壓力突降影響機(jī)組會(huì)及時(shí)上升，形成一個(gè)特殊壓力脈沖，這是因?yàn)檩o助油泵切斷了流量供應(yīng)，讓壓力突發(fā)下降，此時(shí)壓力調(diào)節(jié)閥才起到了控制調(diào)節(jié)的作用?？偨Y(jié)分析可知，經(jīng)過現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析和仿真測試研究，主、輔泵停機(jī)所造成的油壓突降問題是不可取的，但是可以通過延長輔助油泵停機(jī)過程和處理時(shí)間，及時(shí)調(diào)整油壓幅度，以此來控制、預(yù)防汽輪機(jī)組誤停機(jī)問題。

5? 結(jié)語

綜上所述，隨著我國工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)步，核電項(xiàng)目逐漸增加，主輔油泵切換時(shí)壓力突降問題也得到了廣大單位的關(guān)注，本文從工業(yè)化生產(chǎn)監(jiān)督分析，闡述了其影響原因，建議相關(guān)生產(chǎn)單位因地制宜，做好工業(yè)化調(diào)控管理。

參考文獻(xiàn)

[1] 史進(jìn)淵.核電汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在低周疲勞與高周疲勞交互作用下裂紋擴(kuò)展壽命的研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2015，51（22）：152-158.

[2] 何阿平，沈國平，黃慶華，等.中國核電汽輪機(jī)發(fā)展與展望[J].熱力透平，2015，44（4）：225-232，238.

[3] 章洪亮，余強(qiáng)，石聯(lián)峰，等.1000MW核電汽輪機(jī)主油泵用34CrAlNi7-10鋼熱處理工藝研究[J].大型鑄鍛件，2019（2）：35-36，39.

[4] 吳澤波. 海洋平臺核能汽輪機(jī)軸系強(qiáng)度及穩(wěn)定性研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2018.

[5] 楊璋.核電濕蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組不平衡響應(yīng)特性及典型振動(dòng)故障研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2018.

[6] 鄭軍偉，汪彥，劉航，等.1755MW核電汽輪機(jī)軸向位移跳機(jī)閾值調(diào)整與驗(yàn)證[J/OL].熱能動(dòng)力工程，2020（5）：59-63[2020-06-15].https：//doi.org/10.16146/j.cnki.rndlgc.2020.05.008.