楊運忠，孫忠志，牛培宇，朱可欣，李明玖

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222000）

0 引言

田灣核電站二期工程共配置10 臺帶彈簧隔振基礎(chǔ)的定速主給水泵，該型號泵是水平臥式、雙殼體可抽芯結(jié)構(gòu)的多級、單吸離心泵，采用徑向滑動軸承對轉(zhuǎn)子部件進(jìn)行支撐，采用平衡鼓對主要軸向力進(jìn)行平衡，采用“米契爾”式雙面推力滑動軸承來承受殘余軸向力和瞬時軸向力，并對轉(zhuǎn)子部件進(jìn)行軸向限位，通過外部潤滑油站對滑動軸承進(jìn)行強制潤滑。主給水泵是核電站常規(guī)島最重要的水泵之一，正常工況下，主給水泵從除氧器里取水，供到高壓加熱器加熱后輸送至蒸汽發(fā)生器，為蒸汽發(fā)生器提供給水，并維持蒸汽發(fā)生器水位在定值范圍內(nèi)，其運行的安全可靠性極為重要。

為了監(jiān)測“米契爾”式雙面推力滑動軸承及轉(zhuǎn)子部件的運行狀態(tài)，在泵自由端軸承室端部配置3 個軸向位移監(jiān)測探頭，采用三取二的保護(hù)邏輯，當(dāng)軸向位移數(shù)值超過-1000 μm 或+650 μm時，便會觸發(fā)軸向位移超標(biāo)報警信號保護(hù)跳泵。

1 缺陷統(tǒng)計

田灣核電站二期主給水泵在2017 年10 月—2018 年12 月期間曾7 次出現(xiàn)因軸向位移超標(biāo)保護(hù)跳泵缺陷（表1），嚴(yán)重影響主給水系統(tǒng)及機組的安全可靠運行。

表1 田灣核電站二期主給水泵軸向位移超標(biāo)保護(hù)跳泵缺陷統(tǒng)計

2 軸向位移超標(biāo)原因分析

2.1 自由端軸承室結(jié)構(gòu)

主給水泵自由端軸承室主要由上、下軸承座、軸承室端蓋、徑向滑動軸承、“米契爾”式雙面推力滑動軸承、迷宮密封、軸向位移測量盤、儀控探頭等部件組成。

“米契爾”式雙面推力滑動軸承由1 個推力盤、1 組主推力瓦架與6 塊主推力瓦、1 組副推力瓦架與6 塊副推力瓦等部件組成。推力盤滑裝在泵軸上，通過M85 圓螺母進(jìn)行鎖緊；裝有主副推力瓦的主副推力瓦架安裝在軸承座內(nèi)；為了確?！懊灼鯛枴笔诫p面推力滑動軸承的正常運行，在推力盤和主副推力瓦之間設(shè)計350～400 μm 的推力間隙。

軸向位移測量盤通過6 個M6×20 的螺栓固定在泵軸端面，測量盤外端面是軸向位移測量基準(zhǔn)面，在主給水泵裝配時，除了需保證軸向位移測量基準(zhǔn)面的瓢偏≤0.04 mm 外，還需將轉(zhuǎn)子部件推至工作位（推力盤與主推力瓦處于貼死狀態(tài)），然后調(diào)整3 個軸向位移監(jiān)測探頭與向位移測量基準(zhǔn)面之間的距離，并將此狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)值設(shè)置為零位。主給水泵自由端軸承室結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 主給水泵自由端軸承室結(jié)構(gòu)

2.2 軸向位移超標(biāo)原因分析

泵組正常運行期間，若轉(zhuǎn)子部件整體向驅(qū)動端移動，則軸向位移變化為“+”值；若轉(zhuǎn)子部件整體向自由端移動，則軸向位移變化為“-”值。由于“米契爾”式雙面推力滑動軸承設(shè)計有推力間隙，理論上泵組運行期間其軸向位移正常值為-400～0 μm，若軸向位移數(shù)值超標(biāo)，可能的原因如下：

（1）軸向位移監(jiān)測探頭損壞或信號干擾導(dǎo)致軸向位移超過-1000 μm 或+650 μm。

（2）軸向位移監(jiān)測探頭零位設(shè)置錯誤導(dǎo)致軸向位移超過-1000 μm 或+650 μm。

（3）軸向位移測量盤瓢偏過大或松動導(dǎo)致軸向位移超過-1000 μm 或+650 μm。

（4）聯(lián)軸器中間間隙或電機磁力中心不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求導(dǎo)致軸向位移超過-1000 μm 或+650 μm。

（5）原始推力間隙不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求導(dǎo)致軸向位移超過-1000 μm 或+650 μm。

（6）副推力瓦嚴(yán)重磨損或燒毀導(dǎo)致軸向位移超過-1000 μm。

（7）主推力瓦嚴(yán)重磨損或燒毀導(dǎo)致軸向位移超過+650 μm。

（8）推力盤鎖緊圓螺母松動導(dǎo)致軸向位移超過+650 μm。

調(diào)取主給水泵運行曲線，發(fā)現(xiàn)7 次跳泵均為軸向位移監(jiān)測數(shù)值同時上漲突破+650 μm 觸發(fā)保護(hù)。

2.3 泵組解體檢查

對泵組進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)7 次軸向位移超標(biāo)跳泵缺陷均存在推力盤鎖緊圓螺母松動（圖2）問題，其軸向位移監(jiān)測探頭觸發(fā)的為真實信號，另檢查軸向位移測量盤瓢偏、聯(lián)軸器中間間隙、電機磁力中心、原始推力間隙、泵軸、主副推力瓦未見明顯異常。

圖2 推力盤鎖緊圓螺母松動

3 推力盤鎖緊圓螺母松動原因分析

3.1 核實推力盤鎖緊圓螺母旋向設(shè)計是否正確

為了使轉(zhuǎn)子部件上的緊固件越轉(zhuǎn)越緊，其緊固件的鎖緊方向應(yīng)與轉(zhuǎn)動部件的轉(zhuǎn)動方向相反。田灣二期主給水泵從電機向泵看為順時針轉(zhuǎn)動，所以理論上從泵驅(qū)動端對轉(zhuǎn)子零部件進(jìn)行鎖緊的緊固件為左旋螺紋，從泵自由端對轉(zhuǎn)子零部件進(jìn)行鎖緊的緊固件為右旋螺紋，而推力盤鎖緊圓螺母是從泵自由端對轉(zhuǎn)子上的推力盤進(jìn)行鎖緊，所以該圓螺母應(yīng)為右旋螺紋。經(jīng)檢查推力盤鎖緊圓螺母為M85 右旋螺紋，與理論設(shè)計一致。

3.2 核實泵組是否出現(xiàn)過反轉(zhuǎn)缺陷

若主給水泵因電機反轉(zhuǎn)或出口逆止閥損壞導(dǎo)致停泵時轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，將會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與轉(zhuǎn)子上緊固件的鎖緊方向一致，造成緊固件松動。經(jīng)查詢泵組運行參數(shù)未曾出現(xiàn)反轉(zhuǎn)信號，且主給水泵出口逆止閥功能完好，所以泵組未曾出現(xiàn)過反轉(zhuǎn)缺陷。

3.3 核實推力盤鎖緊圓螺母緊固防松情況

主給水泵推力盤的鎖緊防松裝置如圖3 所示，主要由M85 圓螺母、M85 開口圓螺母和M8 螺釘組成。開口圓螺母圓周加工有一個環(huán)形槽，環(huán)形槽外側(cè)有1 個錐形孔，內(nèi)側(cè)加工1個M8 螺紋通孔。在推力盤滑裝至泵軸后，將M85 圓螺母旋入泵軸螺紋對推力盤進(jìn)行緊固；將M85 開口圓螺母旋入泵軸螺紋并擰緊進(jìn)行雙螺母防松；將M8 螺釘旋入開口圓螺母的螺紋通孔內(nèi)并擰緊，使開口圓螺母螺紋變形進(jìn)行防松；使用樣沖在緊固好的M8 螺釘端面打樣沖眼，防止螺釘松動。

圖3 推力盤鎖緊防松裝置結(jié)構(gòu)

2017 年10 月，30LAC12AP001 首次出現(xiàn)因推力盤鎖緊圓螺母松動導(dǎo)致軸向位移超標(biāo)保護(hù)跳泵缺陷，對泵組進(jìn)行解體，檢查M85 開口圓螺母、M85 圓螺母和M8 螺釘無異常，重新回裝推力盤鎖緊防松裝置。采用手錘敲擊勾頭扳手對兩個圓螺母進(jìn)行緊固；使用開口扳手旋轉(zhuǎn)螺絲刀對螺釘進(jìn)行緊固；使用樣沖在緊固好的螺釘端面打樣沖眼；泵組回裝完畢后投入運行。

2018 年1 月，30LAC12AP001 再次出現(xiàn)因推力盤鎖緊圓螺母松動導(dǎo)致軸向位移超標(biāo)保護(hù)跳泵缺陷。按照廠家要求，在推力盤和M85 圓螺母之間增加一個圓螺母用止動墊圈（原設(shè)計無該止動墊圈），在螺紋上涂抹適量的螺紋緊固膠后正確回裝推力盤鎖緊防松裝置（圖4），此后該泵組未出現(xiàn)過同類缺陷。

圖4 設(shè)計、安裝、膠粘圓螺母止動墊圈

2018 年2 月，30LAC11AP001 出現(xiàn)因推力盤鎖緊圓螺母松動導(dǎo)致軸向位移超標(biāo)保護(hù)跳泵缺陷，對泵組進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)將M8 螺釘旋入M85 開口圓螺母的螺紋通孔并擰緊后，螺釘?shù)念^部凸出開口圓螺母端面1.90 mm（圖5）。若在該情況下裝配推力盤鎖緊防松裝置，螺釘無法使開口圓螺母的螺紋變形防松，其防松性能下降。用銼刀將螺釘?shù)拈L度銼短，使螺釘在擰緊狀態(tài)下不凸出M85 開口圓螺母端面；按照增加圓螺母用止動墊圈和涂抹適量螺紋緊固膠的方案對推力盤鎖緊防松裝置進(jìn)行正確回裝（圖6），此后該泵組未出現(xiàn)過同類缺陷。

圖5 螺釘凸出開口圓螺母端面

圖6 修銼后的螺釘安裝狀態(tài)

3.4 持續(xù)改進(jìn)

總結(jié)30LAC11/12AP001 缺陷的處理經(jīng)驗，對3 號機組其余3 臺主給水泵采取檢查M8 螺釘、增加圓螺母用止動墊圈和涂抹適量螺紋緊固膠的方案對推力盤鎖緊防松裝置進(jìn)行處理，此后3 號機組5 臺主給水泵未出現(xiàn)過同類缺陷。

該方案雖然有效解決了3 號機組主給水泵推力盤鎖緊圓螺母松動導(dǎo)致軸向位移超標(biāo)跳泵缺陷，但在后續(xù)檢修過程中發(fā)現(xiàn)涂抹過螺紋緊固膠的圓螺母無法正常拆卸，強行拆卸對泵軸螺紋有較大損傷，因此多次對圓螺母采取切割破壞拆除的方式。由于涂抹螺紋緊固膠存在一定弊端，為此對4 號機組5 臺主給水泵只采取了檢查M8 螺釘和增加M85 圓螺母止動墊圈的措施。

2018 年11—12 月，4 號機組4 臺主給水泵先后出現(xiàn)因推力盤鎖緊圓螺母松動導(dǎo)致軸向位移超標(biāo)保護(hù)跳泵缺陷，對泵組解體發(fā)現(xiàn)圓螺母止動墊圈均存在斷裂情況（圖7）。

圖7 圓螺母止動墊圈斷裂

經(jīng)分析，M85 圓螺母在圓周上對稱加工有4 個矩形槽，用于將圓螺母止動墊圈防松齒翻邊卡至矩形槽內(nèi)對圓螺母進(jìn)行防松，由于止動墊圈防松齒位置是固定的，當(dāng)圓螺母鎖緊后，其矩形槽可能無法完全與防松齒對齊，導(dǎo)致無法將防松齒翻邊卡至矩形槽內(nèi)。而為了將防松齒翻邊卡至矩形槽內(nèi)，往往采取以下兩種方式：

（1）將M85 圓螺母完全擰緊，此時矩形槽與防松齒可能無法完全對齊，通過將防松齒寬度銼窄直至防松齒能夠翻邊卡至矩形槽內(nèi)，但銼窄的防松齒強度會降低，容易產(chǎn)生疲勞斷裂。3號機組5 臺主給水泵采用該方式，由于在螺紋上涂抹螺紋緊固膠，提高了防松能力，因此避免了止動墊圈斷裂失效。

（2）將M85 圓螺母緊固至矩形槽與防松齒對齊位置，然后將防松齒翻邊卡至矩形槽內(nèi)，但此時圓螺母的緊固力度可能不夠，圓螺母在泵組振動的作用下容易松動，此時防松齒相比正常情況下承受的作用力更大，更容易產(chǎn)生疲勞斷裂破壞。4號機組5 臺主給水泵采用該方式，最終造成圓螺母用止動墊圈斷裂失效。

經(jīng)分析研究，內(nèi)舌鎖緊墊圈不受圓螺母矩形槽位置的影響，可在任意位置進(jìn)行翻邊并卡在矩形槽內(nèi)，為了提高圓螺母防松性能，決定采用內(nèi)舌鎖緊墊圈替代圓螺母止動墊圈。首先將4 號機組5 臺主給水泵的圓螺母止動墊圈更換為內(nèi)舌鎖緊墊圈（圖8）投入運行（螺紋未涂抹螺紋緊固膠），運行狀態(tài)良好，且不影響泵組檢修時圓螺母的正常拆卸。之后將該方案繼續(xù)推廣至3 號機組5 臺主給水泵；此后，10 臺主給水泵再未出現(xiàn)因軸向位移超標(biāo)保護(hù)跳泵缺陷。

圖8 設(shè)計、安裝內(nèi)舌鎖緊墊圈

4 結(jié)束語

分析田灣二期主給水泵軸向位移超標(biāo)跳泵缺陷，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生該缺陷的原因是推力盤鎖緊圓螺母松動所致。為此，先在3 號機組采用增加圓螺母止動墊圈和涂抹適量螺紋緊固膠的方案，但發(fā)現(xiàn)涂抹螺紋緊固膠的圓螺母無法正常拆卸，該方案存在一定弊端；之后在4 號機組采用只增加圓螺母止動墊圈方案，由于圓螺母止動墊圈自身結(jié)構(gòu)的原因，無法可靠對圓螺母進(jìn)行防松；最后采用內(nèi)舌鎖緊墊圈替代圓螺母止動墊圈，在未涂抹螺紋緊固膠的前提下解決了推力盤鎖緊圓螺母松動問題，且不影響泵組檢修時圓螺母的正常拆卸。