林 磊，朱 文

（中國核電工程有限公司華東分公司，福建漳州 363300）

0 引言

MHSI 泵為臥式多級離心泵，轉(zhuǎn)子由泵軸、誘導(dǎo)輪、9 級葉輪、平衡鼓組成。MHSI 泵在調(diào)試階段首次啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子卡死失效事件，在處理卡死事件的過程中，又引發(fā)了芯包/筒體拉傷事件，導(dǎo)致泵直接不可用。為避免MHSI 泵再次出現(xiàn)同樣的失效事件，對本次失效的可能原因進(jìn)行全面分析，并制定相應(yīng)的優(yōu)化方案，提高泵安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。本文的原因分析內(nèi)容及優(yōu)化方案對類似結(jié)構(gòu)的臥式多級離心泵有重要的借鑒意義。

1 事件描述

某核電5 號機(jī)組MHSI 泵5RSI003PO 在首次小流量啟動(dòng)后，發(fā)生轉(zhuǎn)子卡死失效事件，在對MHSI 泵解體檢查時(shí)引發(fā)偏差：筒體/芯包驅(qū)動(dòng)端上、下180°方向有貫穿性拉傷劃痕；第4 級葉輪后口環(huán)/泵體耐磨環(huán)磨損嚴(yán)重（圖1a））；第4 級葉輪后口環(huán)有貫穿性拉傷劃痕（圖1b））。具體處理措施如下：更換了目數(shù)更多的入口濾網(wǎng)；對第4 級葉輪后口環(huán)進(jìn)行打磨，至表面無高點(diǎn)；泵體耐磨環(huán)進(jìn)行了整體更換；泵體/芯包拉傷進(jìn)行微弧焊、打磨處理。

圖1 第4 級葉輪后口環(huán)和耐磨環(huán)磨損

2 原因分析

2.1 泵體/芯包劃傷

泵體/芯包劃傷原因分析為膨脹間隙未消除。由于MHSI 泵在運(yùn)行過程中存在熱脹冷縮現(xiàn)象，需要給芯包組件預(yù)留一定的間隙，因此，在出口段與第9 級導(dǎo)葉段之間設(shè)計(jì)有2 mm 左右的膨脹間隙。芯包抽出前需要在非驅(qū)動(dòng)端通過專用工具按照設(shè)計(jì)要求施加一定的力矩以消除膨脹間隙。由于膨脹間隙在芯包正中間位置，抽芯當(dāng)中無法直接測量其間隙；若在設(shè)計(jì)力矩下未能完全消除膨脹間隙，芯包在抽出當(dāng)中與筒體直接接觸，導(dǎo)致相互拉傷。

2.2 口環(huán)磨損、拉傷

2.2.1 口環(huán)/耐磨環(huán)材料分析

從MHSI 泵口環(huán)/耐磨環(huán)材料分析，耐磨環(huán)材料X30Cr13、葉輪口環(huán)材料為Z5CND16-04，二者均為不銹鋼材質(zhì)，其材質(zhì)較軟、咬合性能差，一旦有雜質(zhì)進(jìn)入配合間隙當(dāng)中，很容易嵌入其表面；隨著芯包抽出，在結(jié)合表面處相互輕微的刮擦或劃出溝槽，刮擦產(chǎn)生的鐵屑隨著抽芯過程附著在配合間隙之間，從而致使轉(zhuǎn)子卡死、無法轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2.2 口環(huán)間隙值偏小

從MHSI 泵口環(huán)間隙值方面分析，間隙應(yīng)足夠大，以保證在所有規(guī)定工況下可靠運(yùn)行和避免咬合。MHSI葉輪后口環(huán)直徑Φ287 mm，根據(jù)ANS1/API STANDARD 610—2010 標(biāo)準(zhǔn)[1]查知，口環(huán)的最小間隙值應(yīng)為0.58 mm，廠家資料給出的間隙值為0.40～0.44 mm，解體后實(shí)測值為0.41 mm，均小于ANS1/API STANDARD 610—2010 標(biāo)準(zhǔn)中口環(huán)間隙值。由此可以判斷MHSI 泵的間隙值偏小，可能導(dǎo)致在運(yùn)行過程中口環(huán)處摩擦，最終導(dǎo)致無法轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2.3 無可靠的固定裝置

MHSI 泵非驅(qū)動(dòng)端泵蓋與筒體通過18 顆螺栓固定；驅(qū)動(dòng)端僅通過聯(lián)軸器與電機(jī)連接，軸承室與泵座、筒體等無直接固定裝置，驅(qū)動(dòng)端芯包與筒體之間僅通過兩組O 形圈配合。MHSI 泵驅(qū)動(dòng)端如圖2 所示。

圖2 MHSI 泵驅(qū)動(dòng)端

經(jīng)測量，驅(qū)動(dòng)端芯包/筒體徑向間隙為0.20 mm，存在較大的徑向竄動(dòng)量。若對中存在偏差，以及轉(zhuǎn)子撓度和膨脹間隙的影響，啟泵后將會(huì)導(dǎo)致芯包驅(qū)動(dòng)端在軸向上存在不規(guī)律的徑向竄動(dòng)，增大轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中軸向甩動(dòng)幅度，更易造成葉輪口環(huán)與耐磨環(huán)發(fā)生碰磨現(xiàn)象。

2.2.4 口環(huán)/耐磨環(huán)硬度偏差

從MHSI 泵口環(huán)/耐磨環(huán)硬度上分析，用硬度儀測量口環(huán)和耐磨環(huán)最大硬度值，分別為250 HB 和278 HB。查閱ANS1/API STANDARD 610—2010 標(biāo)準(zhǔn)得知，為了避免兩者咬合的情況發(fā)生，由可硬化材料制造的摩擦副耐磨表面應(yīng)當(dāng)具有至少50 HB 的硬度差，根據(jù)圖3 測量數(shù)據(jù)得知，MHSI 泵口環(huán)/耐磨環(huán)的硬度差值不滿足ANS1/API STANDARD 610—2010 標(biāo)準(zhǔn)要求，可能導(dǎo)致在運(yùn)行中葉輪摩擦產(chǎn)生少量鐵屑，在葉輪取出時(shí)拉傷。

圖3 實(shí)測葉輪和口環(huán)硬度

2.2.5 導(dǎo)軸承間隙過大

因MHSI 泵軸總長達(dá)到2746 mm，兩端軸承位置跨距大，因此在中間位置設(shè)有導(dǎo)軸承，兩端葉輪呈對稱布置。導(dǎo)軸承起到支撐轉(zhuǎn)子的作用，其承載能力應(yīng)滿足在所有規(guī)定工況下連續(xù)工作。導(dǎo)軸承處間隙設(shè)計(jì)值為0.30～0.34 mm（圖4），根據(jù)GB/T 3215—2019[2]標(biāo)準(zhǔn)查得該間隙應(yīng)為0.20 mm，該泵導(dǎo)軸承間隙值大于標(biāo)準(zhǔn)要求。間隙過大致使導(dǎo)軸承在運(yùn)行中未起到支撐轉(zhuǎn)子的作用，承載力僅由兩端軸承支撐，致使泵軸向下變形，屬于典型的撓性轉(zhuǎn)子，綜合導(dǎo)軸承間隙過大及葉輪間隙偏小等因數(shù)，轉(zhuǎn)子的撓度極易造成第3、4 級葉輪口環(huán)與耐磨環(huán)發(fā)生磨損抱軸現(xiàn)象，最終轉(zhuǎn)子無法轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖4 導(dǎo)軸承位置間隙測量

3 優(yōu)化措施

3.1 優(yōu)化濾網(wǎng)尺寸

臨時(shí)濾網(wǎng)由之前的0.38 mm 優(yōu)化為0.18 mm，兩臺(tái)MHSI 泵在多次運(yùn)行中均未發(fā)生異常。因此，調(diào)試階段在滿足泵流量揚(yáng)程及系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的前提下，建議更換泵入口管道濾網(wǎng)精度尺寸，防止異物進(jìn)入芯包內(nèi)導(dǎo)致磨損的可能性。

3.2 優(yōu)化口環(huán)間隙和材料硬度

從設(shè)備改進(jìn)角度，在不影響設(shè)備功能和系統(tǒng)安全的前提下，建議結(jié)合ANS1/API STANDARD 610—2010標(biāo)準(zhǔn)重新評估增大口環(huán)配合間隙和改善材質(zhì)及硬度，進(jìn)一步降低動(dòng)靜卡死的可能性?？赏ㄟ^金屬表面硬度強(qiáng)化手段，提高M(jìn)HSI 泵葉輪口環(huán)表面的硬度值大于耐磨環(huán)硬度值，使口環(huán)/耐磨環(huán)硬度差至少達(dá)到ANS1/API STANDARD 610—2010 標(biāo)準(zhǔn)的50 HB，保證泵運(yùn)行的可靠性。

3.3 芯包/筒體劃傷問題

結(jié)合同行經(jīng)驗(yàn)反饋初步判斷為芯包抽出過程中產(chǎn)生，建議從專用工具的結(jié)構(gòu)和操作方法優(yōu)化，進(jìn)一步提高維修裝配可靠性。如：確保膨脹間隙完全消除的情況下，在芯包抽出過程中，將導(dǎo)軌的水平度調(diào)整至最佳狀態(tài)，并應(yīng)不斷測量芯包的水平度，隨時(shí)觀察芯包與筒體四周的間隙，保證芯包處于筒體正中間位置，使間隙均勻可控。

3.4 增加驅(qū)動(dòng)端固定裝置

通過分析驅(qū)動(dòng)端固定裝置存在缺陷，可在軸承室外部焊接固定支架，使之與筒體或泵底座實(shí)現(xiàn)可靠的鏈接，杜絕MHSI 泵在運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)端出現(xiàn)徑向擺動(dòng)的問題，從根本上解決由該因素導(dǎo)致的葉輪/耐磨環(huán)磨損抱軸故障。

4 結(jié)束語

中壓安注泵作為安注系統(tǒng)的重要設(shè)備，也是電站內(nèi)的專用安全設(shè)施，其穩(wěn)定運(yùn)行是電站安全穩(wěn)定的重要保障。因此，針對某電廠5、6 號機(jī)組剩下的3 臺(tái)中壓安注泵需要密切關(guān)注其運(yùn)行情況，秉持著質(zhì)疑的態(tài)度，做好經(jīng)驗(yàn)反饋工作，以免出現(xiàn)類似問題導(dǎo)致設(shè)備損壞，進(jìn)而安全屏障失效，從而延誤現(xiàn)場工期。