申伽奇，夏繼豪

摘 要：核電廠的冷卻水泵設備，是核電站回路輔助系統(tǒng)中最為重要的設備之一，其在核電廠發(fā)電以及水冷卻過程中發(fā)揮著不可替代的重要作用。但是，設備在運行過程中不可避免地會出現(xiàn)一些問題，通過長期的歷史數(shù)據(jù)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，冷卻水泵在使用過程中可能會出現(xiàn)漏水和后期維修性能較差的問題，這也給現(xiàn)場操作人員以及維修管理人員的工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。同時，冷卻水設備的問題也會影響到核電站發(fā)電設備的正常運轉(zhuǎn)，會導致核電站發(fā)電效率低或回水冷卻性能低下等多種問題。文章主要分析了核電廠冷卻水泵的維修性，并就核電廠冷卻水泵的維修改造方案進行了探討，希望能夠為提升核電廠冷卻水泵的應用性能提供參考。

關鍵詞：核電廠冷卻水泵;維修性;改造方案

中圖分類號：TH311 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）12-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.12.009

核電廠的設備冷卻水泵，是核反應堆以及一回路輔助系統(tǒng)中的關鍵設備之一，冷卻水泵不僅能夠在核反應堆正常運行時輸送設備冷卻水，同時當發(fā)生停堆以及其他問題的狀況下，也能夠持續(xù)不斷地向設備輸送冷卻水，冷卻水泵的正常運行與冷卻一回路系統(tǒng)的安全運行具有密不可分的關系。冷卻水泵在運行過程中，采用的是機械與水泵共軸式連接的方法，軸封采用的是散裝式機械密封的方式。

然而，從長期的冷卻水泵運行參數(shù)數(shù)據(jù)看，這種軸封方式會導致冷卻水泵在運行過程中出現(xiàn)嚴重的漏水問題，并且也加大了維修管理人員后期的工作難度。如果軸發(fā)生磨損，就必須要更換整個電機，這也增加了維修和管理的時間，同時還為核電廠帶來了高額的維修成本。因此，核電廠必須要分析設備冷卻水泵的維修性以及改造方案，以有效提升改造后的維修效率，幫助核電廠在維修管理過程中降低成本。

1 設備冷卻水泵的基礎參數(shù)信息

1.1 設備冷卻水泵簡介

設備冷卻水泵的結(jié)構形式主要為單級單吸離心泵，在運行過程中，水泵的運轉(zhuǎn)和電機的運轉(zhuǎn)需要共用同一根軸，但是水泵和電機應用的軸分段不同。水泵應用的軸分段屬于電機軸的延伸部分。冷卻水泵的安裝方式為立式掛壁安裝，外殼屬于水平方向的剖分結(jié)構。在這樣的結(jié)構作用下，冷卻水的進出是通過水平吸入和水平吐出的方式實現(xiàn)的，冷卻水的吸入主要通過進水彎管和進水蓋結(jié)合作用實現(xiàn)。設備冷卻水泵的結(jié)構圖如圖1所示。

1.2 設備冷卻水泵的解體探究

為了直觀地了解設備冷卻水泵運行過程中出現(xiàn)的實際問題，必須對設備冷卻水泵進行解體檢測。在檢查過程中，筆者發(fā)現(xiàn)了以下幾個問題：第一，設備冷卻水泵安裝機封部位的軸磨損較為嚴重;第二，機封內(nèi)部的摩擦副和靜環(huán)座內(nèi)墻磨損較為嚴重。

2 設備冷卻水泵的維修性分析

設備冷卻水泵中的電機和水泵采用的是同一條軸，這種同軸式結(jié)構的優(yōu)勢在于，冷卻水泵內(nèi)部的組軸尺寸較小，但是在應用過程中也會出現(xiàn)一定的缺陷，并且后期維修管理工作較為困難。尤其是在使用過程中，如果軸的磨損情況較為嚴重，必須要更換整個電機設備，這也在一定程度上為核電廠的設備冷卻水泵維修增加了一定的成本。本次解體的設備冷卻水泵，電機軸磨損情況就較為嚴重，磨損部位主要處于裝機械密封口處。

通過對核電廠的設備、冷卻水泵尺寸進行測繪工作，再加上與用戶之間進行技術交底，筆者決定將電和水泵采用同一條軸的結(jié)構方式改造為分軸式結(jié)構。在改造過程中，需要應用剖分式聯(lián)軸器，將電機應用的軸與水泵應用的軸相連接，水泵軸與電機軸需要應用分半卡環(huán)以及螺栓，將剖分式的聯(lián)軸器固定好。剖分式聯(lián)軸器屬于一種剛性聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器在運用過程中具有一定的優(yōu)勢。剖分式連接軸在組裝及拆卸過程中，不需要采用軸向移動的方式，因此組裝和拆卸的流程較為簡單。除此之外，剖分式連接軸在運行過程中，采用的是軸向力傳導的動力原理，傳動過程中不需要耗費大量的電力。由于本次研究中設備冷卻水泵的轉(zhuǎn)速較高，最高轉(zhuǎn)速甚至達到了2 900 r/min，這也導致剖分式聯(lián)軸器等運行速度較大。為了減少軸運行過程中的不平衡量，可以將剖分式聯(lián)軸器上的六顆螺栓設計成對稱軸的分布方式，并且需要單獨對剖分式聯(lián)軸器進行平衡測試實驗，確保剖分式聯(lián)軸器在運行過程中減少不平衡量，并且有效降低設備冷卻水泵運行過程中的振動頻率。

通過對該核電廠的設備冷卻水泵進行解體，筆者還發(fā)現(xiàn)，設備冷卻水泵的軸封方式為非集裝式機械密封方式。在軸風口處靜環(huán)內(nèi)孔與軸的表面磨損較為嚴重，設備冷卻水泵的壓蓋上并沒有安裝排氣孔。這種非集裝式的機械密封方式，在運行過程中會出現(xiàn)巨大的缺陷。這種密封方式本身的安裝流程較為復雜，并且在運行時容易發(fā)生泄露問題，因此在安裝過程中，必須要靈活調(diào)整彈簧的壓縮量，這也為施工工人安裝以及后期的維修管理帶來了巨大挑戰(zhàn)。除此之外，非集裝式密封采用的是同一根大型彈簧，這種彈簧在使用過程中會導致摩擦副端面受力不均勻的問題，并且在其風口處還容易發(fā)生泄露。由于這種非集裝式機封具有一系列的應用缺陷，因此筆者決定在不改變原有水泵尺寸的情況下，對機械密封的軸封方式進行改造，將原有的非集裝式機械密封方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧b式的機械密封方式，以有效防止運行過程中的水泄露問題。

集裝式的機械密封方式，主要是將密封壓蓋以及動靜環(huán)結(jié)合運用在軸套部位。在安裝過程中，可以應用體型較小的彈簧代替原先的大型彈簧，這種小彈簧能夠確保端面上的彈簧比壓受力較為均勻，并且還不會受到軸直徑變化帶來的影響。集裝式機械密封在正式投入運行前，就需要將彈簧的壓縮量調(diào)整到合理位置，在使用過程中，直接將機械密封組裝安裝在傳動軸上就可以應用，不需要再次調(diào)整彈簧的壓縮量，整體的安裝操作流程較為簡單。除此以外，在軸的安裝方面還設計了保護套，確保整個冷卻泵的軸能夠與冷卻水分離開來，防止冷卻水與軸帶直接接觸而帶來的磨損或腐蝕問題。與此同時，還在機械密封壓蓋上設置了排氣閥，防止機械密封腔體內(nèi)存留的氣體導致機械密封損壞[1]。

為了進一步優(yōu)化轉(zhuǎn)子的軸結(jié)構，本次改造過程中，需要在冷卻水泵上安裝水潤滑倒軸承承受泵轉(zhuǎn)子運行過程中帶來的壓力。在方案規(guī)劃過程中，將導軸承的安裝部位確定在原先安裝葉輪口環(huán)的區(qū)域。為了確保初步設計規(guī)劃的可行性，需要與軸承設計的廠家經(jīng)過多次技術交底工作，確認該方案是否可行。確認無誤后需要用水潤滑導軸承代替原先的葉輪，這樣既能起到一定的密封作用，同時又能夠更好地承受水泵轉(zhuǎn)子帶來的作用力。水潤滑導軸承主要的材質(zhì)為碳纖增強型復合材料，這種材料本身就具有一定的潤滑效果，并且在使用過程中還具有良好的抗磨性能。這項材料在運轉(zhuǎn)過程中能夠有效縮小運轉(zhuǎn)閑帶來的空隙。同時，還能防止葉輪摩擦或出現(xiàn)咬合的問題。通過運轉(zhuǎn)過程中減小口環(huán)之間的間隙，還能夠有效提升冷卻水泵等運轉(zhuǎn)效率，同時降低冷卻水泵機組在運行過程中的振動頻率[2]。

3 設備冷卻水泵的維修改造措施

3.1 改造設備冷卻水泵的電機軸

筆者對電機軸和泵軸采用了分軸式的結(jié)構改造方式，并且在分軸連接部位增加了剖分式聯(lián)軸器，為了確保分軸式的軸承正常運轉(zhuǎn)，必須要對電機部分使用的軸承進行改造[3]。在改造之前，首先要精確測量電機軸的尺寸，在現(xiàn)有電機軸的基礎上進行二次加工，并且在電機軸的源頭處添加一道5 mm左右的槽，用來安裝剖分式聯(lián)軸器。在改造過程中，需要將原有的電機軸全部拆除，然后對軸承的兩端部位進行支撐，確保軸的徑向跳動空間不超過0.08 mm，如果軸的徑向跳動空間超過了這一系數(shù)，就不能在現(xiàn)有的電機軸基礎上進行改造，需要將電機軸全部拆除，重新加工一根全新的軸。經(jīng)過檢測，筆者發(fā)現(xiàn)原有的電機軸跳動系數(shù)沒有超過0.08 mm。因此，可以在原有的電機軸基礎上進行二次改造[4]。

3.2 改造設備冷卻水泵的制造泵軸

采用分軸式的結(jié)構方式后，需要重新加工一根新的水泵軸，在加工之前需要測繪出設備冷卻水泵全新的結(jié)構圖紙。全新的水泵軸采用的是不銹鋼材質(zhì)，在應用之前，需要對不銹鋼材質(zhì)進行熱處理工作[5]。

3.3 分軸式結(jié)構改造的跳動檢測

在水泵軸與電機軸進行連接之后，需要對分軸式的結(jié)構進行跳動檢測。在檢測過后，筆者發(fā)現(xiàn)軸跳動系數(shù)為0.015 mm。安裝完成后需要裝配葉輪口，并且對葉輪口環(huán)的位置進行進一步的跳動檢測，確保測試紙?zhí)幵?.1 mm左右。

3.4 分軸式結(jié)構的保護套安裝工程

為提高水泵機組運行的安全性以及穩(wěn)定性，需要在電機支架的窗口部位設置保護裝置。保護裝置的材質(zhì)為金屬材質(zhì)，需要選擇不銹鋼材料起到一定的耐磨和抗壓作用，并且防止水泵機組在運行過程中，對工作人員造成身體傷害[6]。

3.5 確保轉(zhuǎn)子動平衡

在水泵機組運行過程中，為降低轉(zhuǎn)子不平衡而導致的水泵機組振動頻率，必須要對水泵機組的轉(zhuǎn)子運行參數(shù)進行調(diào)整，同時需要進行平衡試驗測試。在實驗過程中，需要按照一定的標準進行，確保轉(zhuǎn)子的動平衡精確度符合G1.0級的標準，允許轉(zhuǎn)子在運動過程中出現(xiàn)不平衡誤差，但是不平衡量必須要控制在0.1 g的范圍之內(nèi)[7]。在轉(zhuǎn)子運動過程中，需要進行去重工作，可以通過在葉輪前壓蓋板上進行去重的方式操作，但是去重的厚度不能超過壓蓋板厚度的1/3。

3.6 維修改造過后的性能測試

在設備冷卻水泵機組維修改造過后，需要對水泵機組進行二次運轉(zhuǎn)測試，在多次測試后才能驗證維修改造后的水泵機組的運行是否穩(wěn)定可靠。與此同時，還要對水泵機組的性能參數(shù)進行進一步的測試，如圖2所示[8]。在水泵試驗臺上進行測試操作，水泵機組的安裝方式為立式，側(cè)掛式安裝，如圖3所示，要在安裝支架上另外設置減震設備，從而降低水泵機組運行過程中的振動頻率。在實驗過程中，需要考核水泵機組運行的穩(wěn)定性，記錄水泵機組在額定功率下的振動頻率、噪音程度、軸承流暢性以及溫度、水泄漏量等各項參數(shù)，實驗過程需要連續(xù)10個小時。在這10小時內(nèi)，如果冷卻水設備機組運行的各項參數(shù)保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，軸承溫度正常，密封口無水泄露現(xiàn)象，那么就證明本次設備冷卻水泵的維修改造取得了成功，可以在生產(chǎn)線上大批量應用[9]。

4 結(jié)語

綜上所述，核電廠在發(fā)電過程中，冷卻水泵的運行關系到整個發(fā)電機組的運行穩(wěn)定性以及安全性，但是冷卻水泵在運行過程中會出現(xiàn)一系列的問題，這也為冷卻水泵的維修和管理工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，必須深入分析設備，冷卻水泵運行過程中的維修性，采用科學的改造方式，提高冷卻水泵運行過程中的穩(wěn)定性，確保冷卻水泵機組在運行過程中能夠發(fā)揮其應有的作用。

參考文獻

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