浅谈核电余热排出泵的设备调试

陈创,李卓林

中国核电工程有限公司华东分公司  浙江海盐 314300

摘要：余热排出泵作为核电厂的重要设备，在建造阶段调试热态性能试验时，出现泵转子堵转和电机持续渗水。通过对故障现象和零部件的测量检查，得出泵转子堵转的根本原因是泵盖形变，径向偏差超标，造成泵后口环与泵盖口环间隙不均匀，设备升温热膨胀，口环间隙变小，启动后动静碰磨贴合，导致故障发生。电机渗水的根本原因是密封垫上涂抹密封胶不连续，未能全面覆盖密封面。通过制定针对性的处理措施，完成试验内容，并形成良好经验反馈，为后续同类问题的处理提供经验借鉴。

关键词：余热排出泵；堵转；口环

中图分类号：U27               文献标识码：A

0 引言

目前核电厂拥有大量的系统和各类设备，余热排出系统作为核电厂的重要组成部分，其主要功能是在电厂停堆期间，在经蒸汽发生器初步冷却和降压后，从堆芯和反应堆冷却剂系统排出热量。系统在使用时：

1)将反应堆冷却剂温度降至停堆值；

2)维持反应堆冷却剂系统的冷停堆温度；

3)维持冷却剂通过堆芯的强制循环。

余热排出泵是此系统的重要组成部分，共2台。

1 设备简介

余热排出泵机组包括余热排出泵、电机、联轴器、管路系统、仪控系统等，基本参数见表1。泵和电机装在一个共同的底座上，共同底座采用焊接结构并用地脚螺栓锚定在混凝土底座上。电机和泵利用膜片联轴器直接联接并驱动。电机为6.6kV三相鼠笼式感应电动机。

表1 设备基本参数表

明细	参数
泵	上海凯泉泵业（集团）有限公司
电机	佳木斯电机股份有限公司
额定功率	250KW
额定流量	610m3/h
额定扬程	77m
转速	1490r/min
介质	一回路水，15~180℃
NPSHr	≤3.9m
等级	核二级

余热排出泵主要包括：泵体、泵盖、叶轮、径向导叶、主轴、集装式机械密封、轴承体部件、主螺栓等，泵的结构剖面简图见图1。

图1 结构剖面简图

泵的结构形式为卧式、单级、单吸、后开门式离心泵、泵中心支撑。泵采用水平吸入、垂直向上吐出结构，转子为悬臂结构。通过拆卸加长型膜片联轴器，即可将泵体和泵芯包部件分离，在泵检修时不用拆卸泵的进出口接管，使得检修更加方便，占地面积减小。叶轮外设置径向导叶，使液体均匀进入环形压水室，以消除及平衡径向力。叶轮设置前后口环配置平衡孔，调整轴向力的大小，使泵轴正常运转时处于拉伸状态，以提高轴的刚度，轴的支承结构型式采用驱动端轴承双向固定，非驱动端轴承游动支承，轴向力由驱动端的成对安装的角接触球轴承承受，径向力主要由非驱动端的圆柱滚子轴承承受。轴封采用集装式机械密封，型式为单端面平衡型集装式机械密封，机封冲洗方案为泵送循环冲洗（AP1682 PLAN23）。

2 案例描述

2021年10月，某核电厂启动2号余热排出泵，47s后跳泵，电气柜显示“转子堵转”。拆开联轴器，对泵和电机单独盘车，发现电机可轻松盘动，泵无法手动盘动，借助F扳手依然无法转动，判断转子严重卡涩。

同时，电机漏液探测器报警，底部持续有水渗出，需解体检查。

3 设备解体

10月27日，根据技术方案开展解体工作。首先拆除联轴器、振动温度探头、泵设冷及排气管、出口管道部分保温，将电机冷却器及泵芯包吊出。

电机内部存水较多，疑似冷却器渗水。将冷却器拆出，进行2.0MPa打压，确认后水室法兰存在泄漏，拆开法兰，发现密封垫上有胶水，部分凝结，胶水未能连续覆盖密封面。

泵解体发现以下问题：

1)泵体叶轮腔室存在金属片状物；

2)叶轮前口环与导叶口环有碰磨点；

3)拆卸前叶轮螺母未完全紧固，稍用力可旋出；

4)
叶轮螺母旋出4扣螺纹后无法正常拆卸，采用切割剖出，轴头螺纹损伤，存在多处缺肉、毛刺、黏着，如图2所示；

图2 泵轴头

5)叶轮无法正常抽出，确认叶轮后口环与泵盖口环动静咬死，采用100T千斤顶+40mm厚工装顶出，叶轮与轴存在多处研伤，如图3所示；后口环动静已完全咬死贴合，无法分开；

图3 叶轮毂

6)轴套外圆存在轻微研伤；

7)机械密封处轴颈有约1mm深凹痕；

8)待上述部件拆除后，可轻松盘车，拆轴承压盖，检查确认轴承状态良好；

9)对轴承支架止口、轴、轴套打跳动，确认正常；

10)测量轴套与衬套间隙，确认不均匀，最大水平方向相差0.18mm；

11)对泵盖后口环打径向和轴向跳动，径向跳动超标，最大0.17mm；

12)对泵盖止口打径向和轴向跳动，径向跳动超标，最大0.12mm；

13)对泵盖与泵体连接法兰面打径向和轴向跳动，均超标，端面最大0.15mm，径向最大0.11mm。

4 原因分析

综上设备零部件情况和检测数据，得出转子堵转的根本原因：泵盖形变，径向偏差超标，造成泵后口环与泵盖口环间隙不均匀，设备升温热膨胀，口环间隙变小，启动后动静碰磨贴合，导致故障发生。

次要原因：叶轮螺母没有进行力矩紧固，启动后造成叶轮晃动。

电机渗水的根本原因：密封垫上涂抹密封胶不连续，未能全面覆盖密封面。

次要原因：橡胶密封垫存在变形，不能有效补偿缝隙；电机冷却器后水室密封垫胶水凝结，形成缝隙造成冷却水渗入。

查找设备历史记录，发现2019年安装阶段对设备进行过解体检查。泵由于在运输、转运或吊装过程中，由于各种原因产生较大瞬时冲击加速度，导致转子、定子或支撑部件变形，产生动静干涉。从设备解体中发现泵轴套及衬套有损伤，轴套伤痕宽约8mm，深约0.2mm，整圈损伤（直径120mm）；衬套损伤4圈齿，最长损伤长度约150mm，根据甲供消缺单，更换轴套和衬套备件。

5处理措施

根据零部件测量结果和原因分析，制定处理措施。

对泵：

1)更换整轴备件；

2)更换轴套备件，场外加工衬套，内径由Ф120.4H7调整为Ф120.6H7；

3)更换后口环备件，场外加工叶轮后口环，外径由Ф275h6调整为Ф274.8h6；

4)回装叶轮，测量叶轮端面与轴肩距离满足设计值4mm；

5)对前后口环表面进行修磨，叶轮口环喷涂着色剂，回装导叶进行盘车，找出对应着色高点进行打磨；

6)更换叶轮螺母备件，安装涂抹防咬剂后，打200NM力矩固定。

对电机：

1)更换前后水室橡胶密封垫，打压验证未渗漏；

2)对电机线圈持续用风机鼓吹，待绝缘测量合格后，空载试车正常。

6 回装验证

12月12日，按计划进行设备验证。启动前未充水时可盘车，充水后盘车卡涩，需再次拆解检查。

抽出泵芯包，导叶未拆时存在卡涩，拆掉导叶盘车顺畅，还可惰转几圈，判断前口环存在研磨。

用着色剂喷涂叶轮口环，回装导叶后盘车，找出导叶口环和叶轮口环摩擦高点，进行打磨。

介质水冷态和热态时，启动前均先手动盘车，确认正常后再启动，验泵满足要求。

7结术语

设备安装质量的好坏直接影响调试阶段设备能否正常运行。建议开展以下工作：

1)设备发货前需厂家提供最后一次设备组装检查记录和零部件清洁的照片；

2)设备运输严格按照《核岛机械设备包装、贮存和运输技术条件》执行；

3)设备到场后开箱检查，留存各零部件照片；

4)泵运抵现场不能马上安装的，为避免冷凝的形成和持续腐蚀（尤其是晶间腐蚀）、轴承的破坏和污染，应该选择一个干燥、恒温、无冲击的贮存空间；若泵的贮存空间为潮湿，温度变化较大，较脏环境，泵的进出口法兰必须封堵；

5)在竖起泵装置过程中，必须小心，确保没有任何零件掉在或遗留在泵部件内。如果有任何零件掉落其中，必须取出该零件并彻底检查泵，确保没有其他松动的零件遗留在泵内；

6)安装单位首次设备试车需见证，检查设备运行状态，记录工况参数，并与出厂数据对比，提早发现隐患；

7)系统移交前检查泵入口滤网清洁度或压差，设备投运后定期巡检和维护保养；

8)关键节点关键设备，尤其是长期未运行的设备，启动前重点检查，如盘车、轴封泄漏、油质化验、滤网清洁等；

9)关键节点关键设备，可要求厂家提前到场；

10)现场工具有限，虽口环间隙已通过测量计算满足厂家要求，但口环边缘凸点，通过着色剂这种简陋方法无法精准找出，导致后面2次盘车失败，返工修复，需提前采购维修专用工器具和耗材。

参考文献：

[1]上海凯泉泵业（集团）有限公司.安装运行维护手册.2018.06