第42卷第6期2020年12月
黑龙江电力
Heilongjiang Electric Power
Vol.42Nn6
Dec.2020
D01：10.13625/jki.hljec.2222.06.013
肖胜12>/，周涛4，胡成123，许 鹏12
（1.华北电力大学核科学与工程学院，北京102226；2，华北电力大学核热工安全与标准化研究所，北京102226；
6华北电力大学非能动核能安全技术北京市重点实验室，北京100206；
4.东南大学能源与环境学院，南京211189；.广西防城港核电有限公司，广西防城港/36000）
摘要：为保证核电机组安全稳定运行，针对核电站主泵常见故障展开研究，分析了核电站主泵注水参数变化、电泳现象和注水水化学现象。分析结果表明：电泳现象会引起机械密封泄漏流量异常，且注入水水化学现象可加剧恶化机械密封性能；对比发现，屏蔽泵具有结构相对简单、振动小、运行可靠等优点，但泵的检修很困难。 关键词：核电；主泵；故障分析；电泳现象；注水
中图分类号：TM621文献标志码：A文章编号：2095-6843（2020）06-0533-05
Common faults analysis and maintenance of main pump in nuclear power plant XIAO Sheng82，,ZHOU Tan4,HU Cheng1，，,XU Peng1，，
(1.School of Nuclear Science and Engineering,Nortri Chinn Electric Power University，Beijing102206,Chinn；
2.Institute of Nuclear Thermal-hydranlic S；ety and Standardization,Nortri China Electric Power University,Beijing112206,China；
3.Beijing Key Laboratory of Passive Safety Technology for Nuclenr Energy,Nortri Chinn Electric Power University,
Beijing102226,Chinn；4.School of Nuclenr Eneryy and Eavironment,Southeast University,Nanjing211119,Chirm；
3.Guanyxi Fangchengyang Nuclenr Power Co.,Ltri.,Fangchengyang53800,Chinn)
Abstracl：1n orgea to ensura trie safe s O str l e opebion of nncleea powea plant,trie chmmoo fanlts of main pump in nucleea powea plant ara stuuien.The chanyes of watea injection parameters,electronPoresis ppenomena ani hydaTchemichl ppenomena of main pump in nuceer powea plant ara analyzeC.The results show triat electrooporesis chn chnsa dbnormb leabaye Oow of mechanicht seb,and trie hyZnchemicb phenomena of injecteC watea chn a;-yravate trie eeteyoration of mechanicht sei performance.Compyisons show triat trie chnnen-motoraump has trie ab-vantayes of relativetz simpte s tractura,smab vinration and opeyion,Out trie皿；0«of trie pump is vera diffichtt.
Key wordt:ndcleay powea;main pump；fantt analysis;electronhoresis ppenomena；watea injection
0引言
核电作为一种新型的高效清洁能源，符合我国可持续发展方针。在核电站中，需要用到各类的核安全
一级到三级泵，而在核安全一级泵中，反应堆冷却剂泵（简称主泵）由于可以为一回路的冷却剂循环提供动力，是核电站的关键设备。实际运行情况下，核安全一级泵需要在高温、高压、放射性环境下工作，容易发生各种故障，从而直接威胁到核电站的安全运行。虽然洪振旻等［1］对主泵机械密封
总参战略规划部
收稿日期：2222-29-29。
作者简介：肖胜（1994）男，助理工程师，主要研究方向为动力工程。泄漏量异常进行过研究，齐盼进等⑵对主泵轴承故障进行过分析研究，黄佳平等［6］对气动阀诊断检修技术进行了探讨，但是都对主泵注入水引起的故障研究还不够深入。因此，对主泵的注入水参数与常见故障进行深入研究具有重要意义，能为今后核电站主泵维修工作提供相关借鉴O
1主泵的结构与特点
1.1CPR1100主泵结构
1.4.1结构组成
压水堆中的主泵多采用立式混流泵、立式轴流泵、离心泵。它们的结构均为泵在主体的下部，电机在泵上部。泵的运行由电机直接驱动，通常使用
• 534 -黑龙江电力第42卷
密封方式作为轴密封的措施。电机结构⑴如 图1所示。
泵壳 叶轮
鸚撑
飞轮
电机轴------二静子一 空气冷却器一懶
出水口扩散器
•入水口
电动机
图1主泵结构
Fig. 1 Structure of main pump
图1可以看到，主泵结构大致可以分为3个
分：1）水力机械部分，包括吸入口和出水口接管、
泵壳、叶轮、扩压器和导流管、泵轴、水泵
和热
屏 件;2）轴封系统，主要是3个轴密封部件；3）
电动机部分，包括电动机、止推
、上下径向轴
承、顶轴油泵系统和惯性飞轮
件。
1.1.2运行参数
以大亚湾核电站1、号机主泵为例⑷，大亚湾
核电站的安全壳内放置主泵机组，其运行参数为：
环境温度化最高温度为55兀，最低温度为15 °C ； 正常工
主泵吸入口管嘴压力为
15. 2 MPa，温度为293 C ，其最低运行压力不小于 2.3 MPa ，若出现运行压力低于2.3 MPa ，易发生叶
轮汽蚀；3
主泵出水口管嘴处的最大压力为
17. 1 MPa 。
堆云堆雪1 2 AP1000主泵结构
AP1000主泵与二代核电主泵不同，为单级、全
密封、高转动惯量屏蔽 泵，AP1000主泵结构⑴如图2所示。
图2可以看到，
主泵水力部件（包含
叶轮、吸入段、导叶等）是设计安装在主泵电动机上 端的，部件之间
有联轴器。 主泵的转子
分（包含水力部件和转子部分）的支撑是依靠电
动机
分的径向滑动
和下方双向推力轴
，
和润滑主要依 水进行
。 主泵的电动机及转子部分包
壳内 ， 壳 主要 泵 主 壳 、 热 屏蔽
分、定子壳 及定子端盖组成，其主要
担来自核
系统的所有压力。
“c 强勰轟
废水和推气管
“c ”型密封
轴承水RTD 径向轴承 外部换热器-
二養次接管
定子正都康体
主法兰螺栓、螺母
冷却水入口-是子冷却水套 套事组件
-转子屏蔽套
—
定子屏蔽套 -引出线密封 -径向轴承接线盒 推力盘组件•-定子端盖 「端盖螺钉
一if®
l||b
图2主泵轴封结构
Fig. 1 Structurr of main pump shaft seal
0. 2 AP1000 与 CPR1000 主泵对比
1.3.1参数比较
相对于传统 封式主泵，屏蔽泵在额定功
率、额定流量、扬程等参数上有所不同，AP1000主
泵与CPR1000主泵参数对比如表1所示。
表1 AP1000与CPR1000参数对比
Tabla 1 Comparison of parumetere between
AP1000 and CPR1000
主泵
类型
总高额定功率额定流量 /(m 3 • h_i )
扬程
/m /MW /bar
API 000主泵屏蔽泵 6. 77 5. 15
17 88011. 1CPR1000主泵 封泵8.00
6.3
23 793
337
从表1可以看到,AP1000主泵总高较CPR1000
主泵低15. 4%，额定功率低22. 3%，在额定流量面较
CPR1000主泵低22.3%，而扬程反比CPR1000
高 14%。
1.3.2特点比较
AP1000屏蔽泵与CPR1000主泵相比，其主要
特点有：
1） AP1000主泵为屏蔽式主泵，由于其旋转轴
存在向外延伸 分，因此就不会出现输送液体
向外泄露 ， 了
密封失效
全 电 故工自己的花是让别人看的教学设计
存
泄漏风
险，将极大
化了核
安全性能。
2CPRW00具有轴封系统，而屏蔽泵
轴封系统和与之相
辅助系统，大大简化了发电
第2期肖胜，等：核电站主泵常见故障分析及检修•336-
机组的运行，同时有效降低屏蔽泵工作量。
3)屏蔽泵向力主要转子本身重量及水对叶轮产推力组。对 泵设置，电动机设置布局，两部分轴向力方向相反，在静止时推力来自于转子的重量，在泵运行过程中叶轮水推力能分转子量。
综上所述，AP1000的主泵—
—屏蔽泵具备封性强、安全系数高、结构、占地面、运行为平稳。
2主泵的常见故障分析
2.1注入水参数变化
岭澳的二号机组⑸的3台CPR1000主泵自从运行以来，期发号密封的泄漏量异常的现象。年的例行大修前45
号密封均会发生泄漏量，严重时泄漏量。大修时都会对一号密封进行，并进行，这对人力物力造成了大量。
行第3次大修时，为分析3年一号密封泄漏量异常的现象，将原有一号密封组件进行拆
文件共享
其送国行。
2.1.1实验数据
号密封组件由JSPM，材质为氧化铝，密封方式为机械密封。1999年12月进行，示数正常，注入温度62兀，注入压力15.9MPv，泄漏流量为493L/h o JSPM通
对机械密封行，所结果⑴如表2所示。
表2数据可知：正常运行工，主泵的一号密封系统运行数据正常，和设定大。
表2试验台架数据
Table2Date on test bench
时间入口压力/MPv泄漏压力/MPa注入温度/°C泄漏温度/°C泄漏流量/(LW1) /h设定值实测值设定值实测值设定值实测值实测值实测值
0.015.5-0.51-62---
0.515.515.90.510.516222353459
1.015.515.90.510.5162269.1470
1.515.5 1.90.510.5162269.0465
2.015.515.90.510.5162269.0446
2.515.915.90.510.5162269.2446
3.015.515.90.510.512269.0
4..
2.1.2参数变化趋势
表2试验数泄漏压力、泄漏流量随
时间变化如图6所示，泄漏温度、注入温度随
时间变化如图4所示。
图3泄漏压力、泄漏流量随时间的变化Fig.3Variation of lenkaae pressure and lenkaee flow with time
图4泄漏温度、注入温度随时间的变化
Fig.3Variation of lenkaee temperrtrrr and
injection temperrtrrr with hme
图6可以看出，主泵泄漏压力时间的变化而变化。时间大，泄漏流量大
小，在时间为1.5h到2.5h内，泄漏流量几乎不
•536•黑龙江电力第42卷
变，在时间到达3h时泄漏流量突然减小。从图4可以看到，注入温度一直保持62C不变，而泄漏温度刚
开始由63.3C在经过lh增长到29.5C后，就一直保持平稳，在1.5h到3.5h之间几乎不变。
从图3、图4泄漏压力、泄漏流量、泄漏温度、注入温度随时间的变化可知，一号轴封各部件并未产生异常反应，机械密封并不是导致在运行时间末期所产生的泄漏流量异常现象的原因。厂家经过试验后指出，运行寿期末所产生的泄漏流量异常现象，可能是由水注入特性的变化引起的机械密封性能突变引起的。
2.2电泳现象
溶液中带电粒子在电场中移动的现象叫作电泳，电泳现象是导致一号密封泄漏量异常的重要因素，当流体流经一号密封时，流体中的带电颗粒在密封面处在电泳现象的作用下堆积，进而对一号密封组件的密封面流道产生影响，改变流道面积，导致一号密封组件泄漏。电泳现象的控制对机组的稳定运行及一号密封泄漏量的控制起至关重要的作用。一号密封中存在的电泳现象主要有以下几部分组成：
1）机械密封注入水的物性参数;
2）注入水中所含腐蚀产物颗粒对一号密封组件;
3）将一号密封组件中的动环和静环当作电极。
2.3注水水化学现象
核反应堆主泵在运行中，随着机组的燃耗增加，回路系统内的硼浓度将不断降低，容控箱的pH 值增加，这时会导致腐蚀颗粒的沉积一溶解的平衡，使得腐蚀颗粒更容易沉积，进而引起轴封密封性发生恶化。而在寿期末容控箱出水pH增长的斜率明显加大，相应引起的效应更加明显。
在实验过程中可以发现：主泵一号密封组件在系统进行慢稀释和快稀释时的泄漏量会产生变化。慢稀释⑷时，主泵机械密封泄漏流量不断上升，除盐水由硼水补给系统注入到容控箱中，与容控箱中原有的水进行混合，并流入上充流。这部分水与正常状态下的上充流水质相差不大，但当可进行快稀释时，水直接注入上充流入口，此时上充流流量增大，与正常上充流比较pH低。此时的上充流对一号密封组件密封面的颗粒层存在溶解作用。当采慢稀释时，时解降低，会导致密封面的密封性能恶化。2.4其他故障分析
主泵除了一号轴封引起的典型故障外，还有其他一些故障°〕，如表3所示，例如轴的故障、转子的
故障还有汽蚀作用导致的故障等等，这些故障差异性较大，准确判断故障的类型对之后的检修工作显得尤为重要。
表3主泵故障频带
Table3Failurr frequency band of main pump
频带区域故障类型振动特征
不平衡
由于旋转体轴心周围的质量分布不均，振
动频率一般与旋转频率相同
不对中
当两根旋转轴用联轴器连接有偏移时，振
动频率般为旋转频率高频低频轴弯曲
因旋转轴自身弯曲变形而引起的振动，一喷嘴设计
般发旋转频率高分
基座松动
因基础螺栓松动或轴承磨损引起的振动，
般发旋转频率高分
油膜振荡
在滑动轴承做强制润滑的旋转体中产生,
振动频率约为旋转频率的一半
压力脉动
当流体通过涡旋壳体时，发生压力变动，
则发生压力中频脉动
频
干扰振动
涡流运行时，在动静叶片间因叶轮、喷嘴
干扰发振动
由于局部压力下降而产生气泡，到达高压空穴作用部分时气泡破裂，通常发生随机的高频振
动和噪声
高频
由于压力发生机构和密封件的异常而产流体振动生的一种涡流，也会产生随机的高频振动
和噪声
3主泵的常见故障处理
通过对第2节主泵的常见故障分析可知，主泵的故障处理可以采用以下几种方法：
1）降低轴封水温度。降低轴封水温度，一个方面可以改变其流体特性，水的粘度增大，密封效果更佳，降低了泄露量。另一个方面，轴封水温度降低，热膨胀和热应力减小，进而减少密封面的变形程度，减少了泄漏量。
2）切换滤网。轴封注入水装设有一个备用滤网。备用滤网之前一直处于备用状态，在早期就充满了水，当切换到备用滤网时，注入水的硼浓度较高、温度较低、含氧量也较高，这样一定程度上可以利用其酸性对沉积在密封面上的颗粒物进行清
第6期肖胜，等：核电站主泵常见故障分析及检修•537•
洁［9］利于密封面形状的恢复，从而减少泄漏量。
3）改变密封注入水的滤网精度。加入轴封注入水中具有较多的颗粒物，颗粒物的沉积会使得密封面形状改变、性能下降。在对主泵进行检修时，采用过滤更细的滤网可以有利地改善水质，从而提高密封面的工作性能，有利于降低泄漏量。
4）AP1000屏蔽泵的维修。屏蔽泵具有运行稳定、运行时振动小、结构简单等优点。但在日常运行中会存在不可预见的问题，因此西屋公司在对屏蔽泵进行设计时在泵内部预留下一部分空间便于检修，然而由于此空间预留面积较力、，反而增加了维修难度。
5）其他故障预防及处理。在正常运行维护时，比较简单的预防方式为按时更换润滑油。润滑轴承运行一段时间后需要进行换油。滚动轴承换油的时间则要在大修期间，运行时需要关注其油位，及时补充。其次，要及时更换盘根，安装要正确。发现盘根磨损比较严重或者已经老化时，要及时更换。最后，定期检查可以事先排除故障。定期检查各显示仪表是否正常，检查各关键点温度是否正常，存漏，分
符合松紧要求。
4结论
通过对主泵易出现的其他故障特征等进行归类，主要对引起主泵机械密封恶化的3个原因（注水参数变化、电泳现象和注水水化学现象）进行分析。系统地展现了主泵的主要故障问题，针对出现的问题提出了相应的干预措施和检修方案，为现场的检修人员提供了理论上的参考意见。
1）电泳现象可造成机械密封动静环间流道特性改变，引起机械密封泄漏流量异常。
2）注入水水化学现象可加剧恶化机械密封性能。
3）屏蔽泵具有结构相对简单、振动小、运行可靠等优点，但泵的检修很困难。参考文献：
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(编辑王珊珊)
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