華 雪

（中核核電運(yùn)行管理有限公司 運(yùn)行三處，浙江 海鹽 314300）

0 汽動(dòng)泵概述

ASG汽動(dòng)泵為臥式兩級(jí)離心式結(jié)構(gòu)，由汽輪機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，汽輪機(jī)包含在一與泵殼成整體的汽缸中。汽輪機(jī)葉輪具有單排葉片，泵葉輪、汽輪機(jī)葉輪和導(dǎo)葉都裝在公共軸上，該軸由兩只水潤(rùn)滑的徑向軸承來(lái)支承。軸承裝在汽缸和泵殼之間的中央水室中，并由取自第一級(jí)葉輪出口供應(yīng)的水來(lái)潤(rùn)滑，該水通過(guò)自動(dòng)清理的過(guò)濾器引入軸承。泵由泵殼和中央水室上形成的腳支承在鋼制成的底板的支座上，而泵的整體結(jié)構(gòu)消除了需要在泵和汽輪機(jī)之間的找準(zhǔn)中心。泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速由汽輪機(jī)控制裝置來(lái)控制，它調(diào)節(jié)到汽輪機(jī)的蒸汽量?？刂蒲b置的主要元件為蒸汽主汽門，調(diào)節(jié)閥和壓力調(diào)節(jié)器。泵也裝有電氣和機(jī)械超速脫扣機(jī)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定的水平時(shí)，它能關(guān)閉蒸汽主汽門。

1 ASG汽動(dòng)泵的功能

ASG系統(tǒng)能在任一正常給水系統(tǒng)（CVI、CEX、ABP、ARE、APA）發(fā)生事故時(shí)，ASG系統(tǒng)立即投入運(yùn)行，通過(guò)由輔助給水系統(tǒng)供水的蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽，導(dǎo)出堆芯余熱，直到反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)達(dá)到余熱排出系統(tǒng)（RRA）可投入的狀態(tài)。每臺(tái)蒸汽發(fā)生器配置一臺(tái)電動(dòng)泵和一臺(tái)汽動(dòng)泵，每臺(tái)泵都能以100%的能力向蒸汽發(fā)生器供水。相對(duì)于電動(dòng)泵而言ASG汽動(dòng)泵能在核電廠全廠失電的情況下仍能向ARE蒸汽發(fā)生器正常供水，用于一回路降溫冷卻，而且汽動(dòng)泵設(shè)計(jì)成能在與ASG系統(tǒng)正常使用相對(duì)應(yīng)的蒸汽壓力范圍內(nèi)運(yùn)行，即8.6MPa～0.70MPa的蒸汽壓力。在最壞情況下泵仍能以1.47MPa的吐出壓力供應(yīng)流量35m3/h，直到RRA系統(tǒng)投入運(yùn)行。

圖1 ASG汽動(dòng)泵機(jī)構(gòu)原路圖Fig.1 Original road diagram of ASG steam pump mechanism

圖2 機(jī)械超速原理圖Fig.2 Schematic diagram of mechanical overspeed

2 汽動(dòng)泵超速機(jī)構(gòu)原理

2.1 ASG汽動(dòng)泵主汽門

ASG主汽門也稱手動(dòng)截止閥，它也裝有調(diào)節(jié)閥組件，它焊接在焊嘴室上形成汽輪機(jī)蓋的一部分，閥門的伸出部分帶有一活塞。在正常運(yùn)行中，活塞的閥側(cè)受到引入汽輪機(jī)噴嘴室的蒸汽全壓力，而活塞的下側(cè)接受相同的蒸汽壓力，這是通過(guò)主汽門內(nèi)的一個(gè)鉆孔以及旋入閥延伸桿端部并由活塞防松螺母固定的一塊孔板控制泄漏的。但因主汽門的出口側(cè)處于排汽壓力，有一個(gè)凈力作用在閥門上使閥門開啟，于是蒸汽將進(jìn)入汽輪機(jī)使其開始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)超速脫扣動(dòng)作時(shí)，錐形閥開啟活塞下側(cè)的蒸汽壓力得到突然釋放，由于活塞面積大于閥座面積，其面積差使主汽門活塞上側(cè)的壓力使活塞朝該方向移動(dòng)，于是將主汽門關(guān)閉。脫扣后錐形閥將一直保持開啟，當(dāng)脫扣裝置復(fù)位后，錐形閥關(guān)閉蒸汽壓力將再次在活塞下積聚，汽輪機(jī)將重新啟動(dòng)。

主汽門有個(gè)手輪，現(xiàn)場(chǎng)保持鎖開，當(dāng)手輪關(guān)閉時(shí)可將截止閥強(qiáng)制關(guān)閉；當(dāng)手輪在開啟時(shí)，手動(dòng)截止閥活塞的上側(cè)受引入汽輪機(jī)噴汽室的蒸汽全壓力，而活塞下部接受來(lái)自閥門內(nèi)的一個(gè)鉆孔的蒸汽，正常時(shí)上下壓力一樣，保持壓力平衡。

2.2 汽動(dòng)泵的電氣超速原理

電子脫扣的動(dòng)作通常用來(lái)自電子測(cè)速器的信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行，它開啟一電磁閥，該閥連接在來(lái)自主汽門到錐形閥的蒸汽管以及錐形閥出口到蒸汽排汽之間。當(dāng)電子脫扣觸發(fā)時(shí)，電磁閥打開，從而讓主汽門下部活塞的蒸汽壓力釋放關(guān)閉主汽門，使汽動(dòng)泵安全停運(yùn)。在就地控制盤上和主控室內(nèi)都提供操作員控制下的手動(dòng)按鈕，也提供復(fù)位按鈕。

在試驗(yàn)機(jī)械脫扣時(shí)，在就地控制盤上提供一按鈕，當(dāng)按下時(shí)，它超越電子脫扣使泵達(dá)到機(jī)械脫扣轉(zhuǎn)速；當(dāng)釋放按鈕時(shí)，電子脫扣重新得到觸發(fā)。萬(wàn)一機(jī)械脫扣未能動(dòng)作，松開超越按鈕自動(dòng)將泵脫扣，因?yàn)檗D(zhuǎn)速是在電子脫扣的預(yù)設(shè)定水平之上。

2.3 汽動(dòng)泵的機(jī)械超速原理

如圖2所示機(jī)械超速是獨(dú)立電氣超速來(lái)動(dòng)作，機(jī)械超速是偏心的飛錘裝在汽動(dòng)泵的軸上，當(dāng)汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速到達(dá)機(jī)械超速定值時(shí)，飛錘受到離心力的作用甩出撞擊觸發(fā)器，觸發(fā)器的運(yùn)動(dòng)松開向上擺動(dòng)的脫扣操縱桿。這會(huì)導(dǎo)致手動(dòng)復(fù)位操縱桿向下移動(dòng)，從而減低彈簧的壓力，使錐形閥打開。通過(guò)連到氣缸壁出口的一個(gè)管道通向截止閥活塞的下側(cè)管道中的蒸汽壓力降到汽機(jī)排出的通道的壓力，在截止閥活塞上側(cè)的壓力作用下導(dǎo)致主汽門關(guān)閉，切斷汽機(jī)蒸汽，完成機(jī)械超速保護(hù)。

超速脫扣通過(guò)提升復(fù)位桿來(lái)復(fù)位，它關(guān)閉錐形閥并放下脫扣桿，直到它與觸發(fā)器嚙合并將它與軸脫開。復(fù)位桿能用手提升，或由裝在底板的泵支座段上的一只電動(dòng)螺線管來(lái)提升。螺線管心桿上的滾柱通常與復(fù)位桿保持脫離，但當(dāng)從主控制室執(zhí)行時(shí)，心桿一直提升著，直到滾柱與桿接觸，并將它向上推入復(fù)位位置。一旦脫扣裝置被復(fù)位，心桿被抽回與桿脫離。

3 汽動(dòng)泵調(diào)節(jié)原理

在手動(dòng)截止閥后有一個(gè)蒸汽流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作由壓力調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)到汽輪機(jī)的蒸汽流量，從而調(diào)節(jié)泵的輸出，以滿足運(yùn)行的要求。壓力調(diào)節(jié)器平衡受3個(gè)變量的影響：泵出口壓力、彈簧的壓縮量、截止閥和調(diào)節(jié)閥之間的蒸汽壓力。

如圖3可知，小汽輪機(jī)控制裝置由主汽門、調(diào)節(jié)閥及差壓調(diào)節(jié)器3部分組成。差壓調(diào)節(jié)器上端的壓力引自泵出口管線的壓力，其下端的壓力來(lái)自泵出口管線上的文丘里管喉部的壓力。在連桿裝置平衡的情況下，作用在調(diào)節(jié)閥上的壓力與彈簧力之和應(yīng)與作用在活塞上的壓力差相等。

圖3 ASG汽動(dòng)泵調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)Fig.3 ASG Auto Pump adjusting mechanism

泵的流量控制可以通過(guò)兩種方法：第一，改變泵的特性曲線。當(dāng)汽動(dòng)泵進(jìn)汽壓力增加泵的轉(zhuǎn)速提高，流量增大，導(dǎo)致文丘里管喉部的壓力降低，擴(kuò)壓段的壓力上升，從而使調(diào)節(jié)器壓縮彈簧，關(guān)小進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥，減小泵轉(zhuǎn)速，從而降低流量，回到穩(wěn)定之前狀態(tài)，反之亦然；第二，調(diào)節(jié)泵出口調(diào)節(jié)閥。當(dāng)泵出口調(diào)節(jié)閥關(guān)小時(shí)，泵出口流量下降，文丘里管喉部和擴(kuò)壓部分壓差也變小，導(dǎo)致蒸汽調(diào)節(jié)閥會(huì)輕微打開，轉(zhuǎn)速稍微上升，流量上升趨于穩(wěn)定值，反之亦然。

4 汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)

4.1 汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)原理

汽動(dòng)輔助給水泵超速試驗(yàn)主要是通過(guò)使輔助給水泵發(fā)生汽蝕，出口揚(yáng)程低，導(dǎo)致汽動(dòng)泵突然甩負(fù)荷，從而達(dá)到超速的目的。試驗(yàn)時(shí)通過(guò)關(guān)閉汽動(dòng)泵的入口閥，使汽動(dòng)泵的入口壓力降低，當(dāng)汽動(dòng)泵吸入壓力低于汽動(dòng)泵的必須汽蝕余量時(shí)，泵將產(chǎn)生汽蝕，泵揚(yáng)程急劇下降，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升，達(dá)到超速保護(hù)定值時(shí)，保護(hù)打閘裝置動(dòng)作，汽動(dòng)泵跳閘。從汽動(dòng)泵調(diào)速機(jī)構(gòu)也可以分析即當(dāng)泵發(fā)生汽蝕時(shí)，泵出口處文丘里管喉部和擴(kuò)壓部分壓差突然減小，蒸汽調(diào)節(jié)閥將開大，汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速迅速上升直到超速機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

4.2 超速試驗(yàn)的前提條件及風(fēng)險(xiǎn)

某廠一號(hào)機(jī)組ASG汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)每3個(gè)燃料循環(huán)執(zhí)行一次，二號(hào)機(jī)組改成長(zhǎng)燃料循環(huán)后每?jī)蓚€(gè)燃料循環(huán)執(zhí)行一次，電站處于熱停堆或雙相中間停堆狀態(tài)（RRA系統(tǒng)退出運(yùn)行，蒸發(fā)器二次側(cè)壓力高于2MPa），汽動(dòng)泵在線完成。VVP系統(tǒng)可以向汽動(dòng)泵正常供蒸汽。本試驗(yàn)存在對(duì)設(shè)備和人員造成嚴(yán)重傷害的重大風(fēng)險(xiǎn)，試驗(yàn)期間維修機(jī)械和儀控工作負(fù)責(zé)人必須在現(xiàn)場(chǎng)與運(yùn)行人員一同配合，首次啟動(dòng)汽動(dòng)泵后現(xiàn)場(chǎng)必須與主控核對(duì)轉(zhuǎn)速指示的一致性，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差大于500RPM時(shí)，應(yīng)停止試驗(yàn)，并要求儀控人員檢查轉(zhuǎn)速傳感器的正確性。否則可能導(dǎo)致電氣超速不能正常動(dòng)作，為了不影響APG系統(tǒng)，進(jìn)行試驗(yàn)之前應(yīng)把帶鑰匙開關(guān)APG001 CV置于“閉鎖”位置，在試驗(yàn)之后，根據(jù)需要把它恢復(fù)至“非閉鎖”位置，如果試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)泵的振動(dòng)、噪音和溫升異常，立即停止試驗(yàn)。

4.3 ASG超速試驗(yàn)主要步驟

運(yùn)行汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)可以歸納以下4步：第1步檢查電站內(nèi)部及外部條件滿足超速試驗(yàn)的要求，例如電站處于熱停堆或雙相中間停堆狀態(tài)（RRA系統(tǒng)退出運(yùn)行，蒸發(fā)器二次側(cè)壓力高于2MPa），汽動(dòng)泵在線完成，VVP可以向汽動(dòng)泵供蒸汽；第2步將電氣超速保護(hù)定值整定到5000rpm，并驗(yàn)證電氣超速保護(hù)動(dòng)作正常，后將電氣超速定值調(diào)整到正常9226rpm，驗(yàn)證主控跳閘和復(fù)位功能，驗(yàn)證就地控制柜跳閘和復(fù)位功能；第3步保證汽動(dòng)泵在小流量狀況下運(yùn)行30min各種參數(shù)正常，驗(yàn)證主控和就地跳閘、復(fù)位功能；第4步進(jìn)行電氣超速試驗(yàn)，合格后將電氣超速整定10000rpm（作為機(jī)械超速的后備保護(hù)）后，進(jìn)行機(jī)械超速試驗(yàn)，合格后恢復(fù)電氣超速正常值。

4.4 歷年超速試驗(yàn)中遇到問(wèn)題

回顧核電廠歷年來(lái)汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)出現(xiàn)多次不如人意的地方。例如2011年在汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)人員手動(dòng)進(jìn)行脫扣試驗(yàn)時(shí)，本應(yīng)轉(zhuǎn)速降至0rpm，但是轉(zhuǎn)速卻降到1100rpm；復(fù)位后主控再次進(jìn)行主控脫扣，轉(zhuǎn)速也無(wú)法降至0rpm，同樣最終轉(zhuǎn)速在1100rpm。后分析原因是在調(diào)試期間ASG管道沖洗不是很干凈，殘留的雜物混雜在蒸汽中，在停機(jī)時(shí)蒸汽中的夾雜異物散落在關(guān)斷閥的閥面上，導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)，致使泵的轉(zhuǎn)速無(wú)法降為零后多次重新啟機(jī)用蒸汽沖洗閥面，將散落在閥面上的異物沖走試驗(yàn)才滿足要求；2006年在執(zhí)行汽動(dòng)泵的超速試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到10000rpm，機(jī)械脫扣裝置仍未脫扣，后電氣超速動(dòng)作汽動(dòng)泵安全跳閘；2014年在執(zhí)行汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)時(shí)，由于機(jī)械超速定值調(diào)整不理想共執(zhí)行9次試驗(yàn)才滿足要求；2011年12月，在執(zhí)行PT1ASG016超速試驗(yàn)，當(dāng)ASG003PO啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)速為8290rpm，主控出現(xiàn)ASG031AA報(bào)警（1ASG003PO跳閘），主控人員立即查看相關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)ASG003PO實(shí)際并未跳閘，即ASG235VV未關(guān)閉，同時(shí)KIT中ASG242EC翻轉(zhuǎn)（機(jī)械超速），后儀控確認(rèn)為機(jī)械超速開關(guān)觸點(diǎn)因振動(dòng)誤動(dòng)，重新調(diào)整觸點(diǎn)后報(bào)警消失。

回顧往年試驗(yàn)汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)主要問(wèn)題在于機(jī)械超速定值不好整定，所以運(yùn)行人員在執(zhí)行試驗(yàn)一定要有機(jī)械超速不一定能正常動(dòng)作的心理準(zhǔn)備。

4.5 ASG汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)注意事項(xiàng)

1）在執(zhí)行試驗(yàn)時(shí)主控操縱員可以將一回路溫度適當(dāng)?shù)靥岣撸梢詼p小蒸汽發(fā)生器的排污流量，從而防止當(dāng)汽動(dòng)泵啟動(dòng)時(shí)造成一回路溫度過(guò)度冷卻，并在試驗(yàn)期間密切關(guān)注一回路溫度。

圖4 汽動(dòng)泵軸封水示意Fig.4 Axial sealing water signal of steam pump

2）就地關(guān)汽動(dòng)泵入口閥時(shí)一定要緩慢，主控和就地要一直關(guān)注汽動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速，一旦轉(zhuǎn)速到達(dá)9800rpm時(shí)要果斷打閘。

3）在關(guān)閉入口閥時(shí)可以通過(guò)泵運(yùn)行的聲音、泵入口壓力、泵的轉(zhuǎn)速及小流量的變化來(lái)判斷汽動(dòng)泵將要超速。

4）在汽動(dòng)泵超速的瞬間，汽動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速迅速上漲，在以往執(zhí)行試驗(yàn)時(shí)當(dāng)機(jī)械超速?zèng)]有動(dòng)作時(shí)，由于轉(zhuǎn)速迅速上漲到9800rpm時(shí)，操作人員來(lái)不及反應(yīng)，導(dǎo)致后備電超速保護(hù)動(dòng)作，而由于電氣超速整定值為10000rpm，當(dāng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)由于電氣保護(hù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作需要一定的延時(shí)，實(shí)際上當(dāng)電氣超速保護(hù)動(dòng)作時(shí)，汽動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速很接近限制了，建議將電氣超速定值適當(dāng)?shù)恼{(diào)小。

5）如圖4所示由于整個(gè)泵體的轉(zhuǎn)動(dòng)部件由兩個(gè)水潤(rùn)滑的徑向軸承支撐，泵沒有潤(rùn)滑油系統(tǒng)，軸承由水來(lái)潤(rùn)滑，而潤(rùn)滑水取自泵的入口，當(dāng)關(guān)閉泵的入口閥進(jìn)行超速試驗(yàn)時(shí)有可能導(dǎo)致軸承失去潤(rùn)滑水而此時(shí)泵的轉(zhuǎn)速很高，有導(dǎo)致軸承損壞的風(fēng)險(xiǎn)，建議在執(zhí)行試驗(yàn)時(shí)臨時(shí)接入外接管線供軸承潤(rùn)滑水。

6）汽動(dòng)泵只有一個(gè)轉(zhuǎn)速探頭，也就是說(shuō)主控轉(zhuǎn)速表、就地轉(zhuǎn)速表、電氣超速轉(zhuǎn)速都是通過(guò)同一個(gè)轉(zhuǎn)速探頭測(cè)的，這就給汽動(dòng)泵做機(jī)械超速試驗(yàn)帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)，一旦機(jī)械超速不能可靠動(dòng)作，如果此時(shí)轉(zhuǎn)速表指示偏低，那么很有可能出現(xiàn)實(shí)際汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速超過(guò)10000rpm時(shí)，汽動(dòng)泵仍未跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。因此，建議在執(zhí)行試驗(yàn)時(shí)新增加一個(gè)轉(zhuǎn)速表和原轉(zhuǎn)速表進(jìn)行校核，減小超速風(fēng)險(xiǎn)。

5 小結(jié)

ASG輔助給水系統(tǒng)作為核電廠重要專設(shè)系統(tǒng)之一，而ASG汽動(dòng)泵又是ASG系統(tǒng)的重要組成部分，該設(shè)備運(yùn)行是否可靠直接影響核電廠的安全。ASG汽動(dòng)泵的超速試驗(yàn)是ASG的重要試驗(yàn)之一，中核運(yùn)行二廠ASG汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)一般在機(jī)組大修后熱停堆后執(zhí)行，該試驗(yàn)是大修的關(guān)鍵路徑，此試驗(yàn)執(zhí)行的順利與否不僅關(guān)乎大修的進(jìn)度，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益而且試驗(yàn)執(zhí)行不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞、危機(jī)人身安全。本文通過(guò)對(duì)汽動(dòng)泵調(diào)節(jié)原理、超速機(jī)構(gòu)及試驗(yàn)原理進(jìn)行分析和總結(jié)并對(duì)目前ASG汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析并提出合理化的建議，對(duì)今后的ASG汽動(dòng)泵超速試驗(yàn)有很好的指導(dǎo)意義。