任興龍，劉明輝，朱 偉，夏 亮

(中國中原對外工程有限公司，北京 100044)

“華龍一號(hào)”反應(yīng)堆冷卻劑泵(簡稱“主泵”)為軸向葉輪立式泵，反應(yīng)堆冷卻劑從與主管道過渡段垂直進(jìn)入泵殼，當(dāng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被葉輪轉(zhuǎn)換為動(dòng)能后，反應(yīng)堆冷卻劑在泵殼內(nèi)從垂直方向偏轉(zhuǎn)到水平方向，并通過主管道冷段離開泵殼，將冷卻劑注入堆芯，帶出核燃料組件裂變反應(yīng)產(chǎn)生的能量。泵由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)與上電機(jī)支座連接，上電機(jī)支座又與下電機(jī)支座連接，泵軸與電機(jī)軸通過中間軸彼此此固定連接在一起。因此，電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率可以通過軸和葉輪直接傳遞到介質(zhì)。

電機(jī)與泵共用推力軸承，推力軸承(軸向和徑向)安裝在上電機(jī)支座上。油潤滑雙向推力軸承可以承載系統(tǒng)壓力產(chǎn)生的軸向力、旋轉(zhuǎn)部件的重力和泵壓力所產(chǎn)生的軸向推力，在主泵開始運(yùn)行和到運(yùn)行結(jié)束，電機(jī)轉(zhuǎn)子始終保持一個(gè)0.08～0.09 mm的抬升量，使之能夠帶動(dòng)泵葉輪保持一個(gè)正常的旋轉(zhuǎn)。徑向力由兩個(gè)油潤滑和一個(gè)水潤滑軸承承載。

頂油泵須在主泵啟動(dòng)或關(guān)閉前啟動(dòng)，此時(shí)由于主泵轉(zhuǎn)速低、主泵所在的一回路壓力小，頂油泵啟動(dòng)后會(huì)對電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行一個(gè)抬升，用以抵消電機(jī)轉(zhuǎn)子的重力。頂油泵將滑油泵送到軸向軸承(推力軸承)的主推力瓦和副推力瓦上，使主/副推力瓦和推力盤之間形成一層致密的剛性油膜，確保主/副瓦不會(huì)磨損。正常情況下，副瓦頂油壓力(約7.0 MPa)應(yīng)高于主瓦頂油壓力(約3.5 MPa)。在主泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，頂油泵處于停運(yùn)狀態(tài)，此時(shí)主/副推力瓦和推力盤之間的油膜由與電機(jī)軸相固定的油液輪補(bǔ)充維持。

卡拉奇核電廠現(xiàn)場K-2機(jī)組3號(hào)主泵是第一臺(tái)現(xiàn)場安裝的主泵，在電機(jī)安裝完畢中油箱注油后首次執(zhí)行頂油泵啟動(dòng)承載測試，試驗(yàn)的目的是再次驗(yàn)證頂油泵電機(jī)，泵和油回路是否滿足運(yùn)行要求。由于3號(hào)電機(jī)是最早完成安裝的，首次試驗(yàn)出現(xiàn)了主推力瓦(簡稱“主瓦”)頂油壓力高于副推力瓦(簡稱“副瓦”)頂油壓力的異常情況，針對這一問題，現(xiàn)場進(jìn)行了排查、分析與應(yīng)急檢修處理。

1 推力軸承頂油調(diào)試問題描述

在K-2 3號(hào)主泵軸系安裝完成后在沒有系統(tǒng)壓力的情況下首次調(diào)試啟動(dòng)頂油泵出現(xiàn)異常情況，發(fā)現(xiàn)副瓦頂油壓力(6.62 MPa)低于主瓦頂油壓力(12.45 MPa)，而且電流偏大。正常情況下，副瓦頂油壓力(約7.80 MPa)應(yīng)高于主瓦頂油壓力(約3.5 MPa)，軸系串量約0.09 mm。在發(fā)現(xiàn)異常后，現(xiàn)場立即停止了頂油泵運(yùn)行。組織主泵廠家，安裝單位和調(diào)試單位對此進(jìn)行討論，并制定多個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)記錄見表1，頂油泵的電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。第二次重新啟動(dòng)頂油泵，同樣，副瓦頂油壓力低于主瓦頂油壓力，而且副瓦頂油相對首次啟動(dòng)的壓力更低。為了查找是否因?yàn)殡姍C(jī)或壓力表等原因?qū)е聣毫Ξ惓Ｇ闆r，后又陸續(xù)完成了表1中序3～7調(diào)試試驗(yàn)，異常情況仍然存在。

表1 K-2 3號(hào)主泵現(xiàn)場調(diào)試頂油泵數(shù)據(jù)記錄Table 1 The data record of on-site commissioning of the top oil pump of the primary pump 3 of K-2 unit

表2 頂油泵電機(jī)參數(shù)Table 2 Parameters of the top oil pump motor

2 頂油泵電機(jī)問題排查

根據(jù)表1反饋的電流值，初步懷疑頂油泵電機(jī)異常。針對這一疑問，現(xiàn)場使用臨時(shí)柴油供電(由于巴方電網(wǎng)異常不穩(wěn)定，施工現(xiàn)場經(jīng)常使用臨時(shí)點(diǎn)進(jìn)行施工作業(yè))情況下對K-2 1號(hào)頂油泵電機(jī)進(jìn)行了比對測試驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果見表3。由于現(xiàn)場用電量的大小對臨時(shí)供電電壓影響較大，所反饋的電流實(shí)測值與設(shè)計(jì)值相比偏大，不符合電機(jī)設(shè)計(jì)運(yùn)行電流。

表3 K-2 1號(hào)主泵頂油泵試車記錄Table 3 The record of test run for the top oil pump of the primary pump 1 of K-2 unit

在核電廠恢復(fù)正常供電后，對K-2 3號(hào)頂油泵電機(jī)進(jìn)行了正式電空載測試。將K-2 3號(hào)頂油泵電機(jī)安裝到K-2 1號(hào)主泵進(jìn)行了臨時(shí)電空載測試，并與正式電空載進(jìn)行了對比，具體詳見表4。此次電機(jī)空載試驗(yàn)，所使用的的測量儀表、測量人員都相同，避免了試驗(yàn)中的各種干擾因素的存在，而且這次試驗(yàn)安排實(shí)在短時(shí)間內(nèi)一氣呵成，經(jīng)過評(píng)估，認(rèn)為頂油泵電機(jī)正常，未損壞。

表4 K-2 3號(hào)和1號(hào)主泵頂油泵電機(jī)空載試車記錄Table 4 The record of the top pump motor no-load test of the primary pumps 3 and 1 of K-2 unit

3 頂油泵和壓力表問題排查

在K-2機(jī)組3號(hào)主泵出現(xiàn)推力軸承主瓦壓力高于副瓦壓力后，由于其他兩環(huán)路主泵電機(jī)還未進(jìn)島安裝，而且考慮的此問題可能是推力軸承內(nèi)部問題，暫緩了K-2機(jī)組第一臺(tái)主泵的進(jìn)島安裝進(jìn)度。頂油泵為齒輪泵，齒輪泵的一個(gè)重要特點(diǎn)就是運(yùn)行可靠。但出于問題排查的考慮，認(rèn)為需要更換頂油泵后繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)更換壓力表。兩次試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 K-2 3號(hào)主泵頂油泵更換后試車記錄Table 5 The record of commissioning after replacement of the top oil pump of the primary pump 3 of K-2 unit

更換頂油泵后的值與更換前的進(jìn)行比對，推力軸承主瓦壓力仍然高于副瓦壓力，初步判斷非頂油泵問題導(dǎo)致的這一異常。根據(jù)表1序號(hào)6試驗(yàn)和表5的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定此問題不是壓力表不準(zhǔn)所產(chǎn)生的異常。

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4 廠內(nèi)全流量試驗(yàn)追溯

根據(jù)第2～3節(jié)問題排查，推斷此問題的發(fā)生應(yīng)該是頂油回路問題，初步懷疑可能原因是油路異物未清潔徹底而造成堵塞。鑒于此原因的不確定性，決定對主泵廠內(nèi)全流量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行再次檢查。

主泵全流量試驗(yàn)都是在系統(tǒng)壓力不低于2.4 MPa壓啟機(jī)試驗(yàn)。因此，不能查到系統(tǒng)壓力為0時(shí)的頂油供應(yīng)壓力。但是，試驗(yàn)6a系統(tǒng)壓力2.4 MPa下的循環(huán)啟停機(jī)試驗(yàn)，可類比系統(tǒng)壓力為0的工況。試驗(yàn)6a，當(dāng)系統(tǒng)壓力為2.4 MPa時(shí)，軸系完全自由落下，推力盤與副瓦RTB貼合。此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生向上的推力，但是，系統(tǒng)推力遠(yuǎn)小于軸系自重，因此會(huì)使推力盤與副瓦貼合。查閱試驗(yàn)6a在停機(jī)狀態(tài)(轉(zhuǎn)速為0 r/min)的副瓦頂油壓力，加上系統(tǒng)向上的2.4 MPa壓力，即為副瓦頂油壓力。試驗(yàn)6a的試驗(yàn)工況為2.4 MPa的系統(tǒng)壓力，吸入口溫度為100 ℃，冷卻水溫度為35 ℃。如圖1(a)～(c)分別為1、2、3號(hào)主泵的試驗(yàn)6a停機(jī)對應(yīng)的主、副瓦頂油壓力曲線圖。

表6為三臺(tái)主泵對應(yīng)主瓦、副瓦頂油壓力值的對比表。從表中的數(shù)據(jù)可明顯看出，K-2 1號(hào)和K-2 2號(hào)主泵的副瓦頂油壓力值正常，而K-2 3號(hào)主泵的副瓦頂油壓力值明顯異常，而且主瓦頂油壓力偏大。

表6 試驗(yàn)6a停機(jī)后的主、副瓦頂油壓力值Table 6 The oil pressure values of the main and secondary tile tops after the shutdown of the test 6a

對主泵出廠全流量試驗(yàn)對比也發(fā)現(xiàn)3號(hào)主泵主瓦壓力高于副瓦壓力的現(xiàn)象存在，而此數(shù)據(jù)因?yàn)榕_(tái)架的局限，一般不會(huì)作為重要參考，因此出廠時(shí)忽略了此異?，F(xiàn)象。由此可初步判斷此問題為節(jié)流器被異物堵塞的可能性較小，因?yàn)橹鞅迷趶S內(nèi)全流量試驗(yàn)后，需要全部拆解，清潔包裝后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，在現(xiàn)場安裝時(shí)還要進(jìn)行多次清潔、目視和電視檢查。由此，著手于油路中的零部件規(guī)格檢查。

5 K-2 3號(hào)主泵推力軸承檢查

頂油回路最窄處為主瓦節(jié)流器，而主副瓦節(jié)流器的中心節(jié)流孔經(jīng)過多次孔徑變更，其他零部件未有過變更，制造廠也進(jìn)行過多次的不同孔徑節(jié)流器的采購；分析認(rèn)為最大可能就未將最終版變更的節(jié)流器安裝，認(rèn)為需要將K-2 3號(hào)主泵電機(jī)出島后對推力軸承拆解查驗(yàn)，并著重檢查節(jié)流器孔徑。

5.1 節(jié)流器介紹及其變更過程

節(jié)流器(130.22和130.23)分別安裝在主瓦M(jìn)TB和副瓦RTB上，其作用是節(jié)流降壓實(shí)現(xiàn)主、副瓦承載壓力差的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)頂油供應(yīng)時(shí)的承載力平衡。其中，圖2(a)為主瓦M(jìn)TB節(jié)流器的安裝圖，圖2(b)為副瓦RTB節(jié)流器的安裝圖。

圖3為主瓦M(jìn)TB的節(jié)流器變更圖，其中，中心節(jié)流孔的變更尺寸過程為節(jié)流器變更圖。

圖4為副瓦RTB的節(jié)流器變更圖，其中，中心節(jié)流孔的變更尺寸過程為節(jié)流器變更圖。

圖2 主、副瓦節(jié)流器的安裝Fig.2 Installation of the main and secondary tile throttles

圖3 主瓦M(jìn)TB節(jié)流器變更Fig.3 Change of the main watt MTB throttle

圖4 副瓦RTB節(jié)流器變更Fig.4 Change of the secondary tile RTB throttle

主瓦和副瓦的節(jié)流器在不同版次圖紙中的孔徑變值對比，明確K-2 3號(hào)主泵軸承瓦塊上安裝的節(jié)流器中心孔徑應(yīng)該為D版中的數(shù)值：MTR為0.9 mm；RTB為1.0 mm。(注：C版圖紙無數(shù)據(jù)。)

5.2 軸承拆解檢查

圖5 K-2 3號(hào)主泵拆解下的主瓦節(jié)流器(130.22)Fig.5 The main tile throttle under K-2 3 disassembly (130.22)

圖6為K-2 3號(hào)拆解下的副瓦RTB節(jié)流器(8件)，其中，5件的中心節(jié)流孔徑約為0.7 mm，與A版圖紙相對應(yīng)；另外3件的中心節(jié)流孔徑約為1.0 mm，與D版圖紙相對應(yīng)。

圖6 K-2 3號(hào)主泵拆解下的副瓦節(jié)流器(130.23)Fig 6 The secondary tile throttle under K-2 3 disassembly (130.23)

通過拆解檢查，說明在廠內(nèi)完成的首臺(tái)主泵(K-2 3號(hào))全流量試驗(yàn)應(yīng)用的節(jié)流器為未改版的節(jié)流器，拆解后由于未及時(shí)發(fā)現(xiàn)而直接清潔包裝發(fā)運(yùn)卡拉奇現(xiàn)場，從而導(dǎo)致首臺(tái)頂油泵壓力調(diào)試時(shí)出現(xiàn)副瓦的頂油壓力低于主瓦的頂油壓力。這一結(jié)果，也與全流量試驗(yàn)6a的壓力值相吻合。

廠內(nèi)K-2 3號(hào)全流量試驗(yàn)所用的節(jié)流器均由供方提供，并未做修改(供方不提供全套細(xì)節(jié)軸承圖)。疏于對試驗(yàn)結(jié)果的分析，導(dǎo)致未及時(shí)發(fā)現(xiàn)供方供應(yīng)的節(jié)流器存在問題。

在確定問題后，制造廠對主瓦和副瓦節(jié)流器重新供貨，已完成了節(jié)流器的更換。更換節(jié)流器后再次組裝進(jìn)島進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，各項(xiàng)數(shù)據(jù)合格。

6 結(jié)論

K項(xiàng)目首臺(tái)安裝的主泵因?yàn)橹魍吖?jié)流器變更未執(zhí)行，導(dǎo)致進(jìn)島安裝后又拆卸出島，并在組裝車間對推力軸承拆解檢查，完成后又組裝進(jìn)島，前后共耽誤30 d工期。此次事件的直接原因?yàn)橹鞅弥魍吖?jié)流器孔徑偏小，根本原因?yàn)閺S內(nèi)對設(shè)計(jì)變更未嚴(yán)格遵循質(zhì)保流程。同時(shí)不論是廠內(nèi)全流量試驗(yàn)前的組裝還是現(xiàn)場安裝前的組裝過程中，并未檢查節(jié)流器孔徑。而且主泵組裝控制文件中也未明確要求在安裝前要對節(jié)流器進(jìn)行孔徑檢測，導(dǎo)致源頭的問題在后續(xù)的系列活動(dòng)中被層層忽略。

通過此次事件，有以下多點(diǎn)需要在主泵加工制造、組裝安裝中多加重視：

1)加強(qiáng)設(shè)備制造廠的質(zhì)保流程監(jiān)察，設(shè)置質(zhì)量見證人員全流程跟蹤監(jiān)察；

2)仔細(xì)審核加工制造、組裝安裝文件，對于已變更、過程反饋和需要檢查而并未明確的地方進(jìn)行修改，最終升版文件；

3)制造廠在主泵全流量和小流量試驗(yàn)期間，盡可能驗(yàn)證主泵的每個(gè)附屬系統(tǒng)、附屬設(shè)備和各儀表零部件，不能因?yàn)橛兄鞔沃?，而忽視一些試?yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)參數(shù)；

4)主泵頂油泵現(xiàn)場試驗(yàn)和廠內(nèi)試驗(yàn)過程中、主副瓦相對壓力變化較大，但對于此問題，目前原因并不明確，需要廠家進(jìn)一步分析，最終給出主副瓦壓力值的標(biāo)準(zhǔn)范圍。