核反应堆冷却剂循环泵安装与维护中的常见问题分析

摘 要：长期以来，核电以安全、高效、节能、环保等优势受到了各国青睐。反应堆冷却剂循环泵作为核岛内唯一的高速旋转机械，它的可靠运行，将直接影响反应堆的安全正常工作。本文通过分析核反应堆冷却剂循环泵的基本特点，针对安装与维护中的常见问题进行分析并提出几点处理建议。

关键词：核反应堆冷却剂循环泵 维护 故障处理

一、核反应堆冷却剂循环泵的基本特点

反应堆发展到今天已经是第三代，其中第一代核电站主要是早期的原型堆电站，即二十世纪五、六十年代开发的轻水堆核电站，著名的有美国的希平港压水堆、德累斯顿沸水堆和英国的镁诺克斯石墨气冷堆等。

第三代反应堆的由来要追溯到上世纪的三里岛核事故和切尔诺贝利核事故，为了提高反应堆的安全性，美国于上世纪90年代提出了第三代核电站的概念。

第三代反应堆（即先进的轻水堆）具有模块化、简易化设计的特点，并使用了安全性能更高的非能动安全系统，即利用物质的重力、密度和对流等自然力势差，来减少部分动力设备。这样增强了核电站的安全和运转性能，减少了基础建设的成本，使核电具有更大的经济优势。

目前，全球处于商业运行的第三代反应堆主要有：美国西屋的AP600及其升级型APl000、欧洲压水堆EPR、先进的沸水堆ABWR和系统80+等。

核反应堆冷却剂循环泵是核岛的心脏，又称主泵，安全级别是质保一级。主要用途就是给反应堆供给冷却剂，实现冷却剂在一回路系统内的循环，以便将反应堆的热量带至蒸汽发生器加热二回路热工质。主泵输送的是高温、高压、高辐射的流体，泵若频繁地停机将会给电厂造成巨大经济损失，故在结构上除保证耐高温高压、防辐射要求外，还需满足以下几点基本要求：

（1）能实现在长期无人维护条件下安全可靠运行；

（2）结构需便于维修，检修只需很少人在短期内迅速完成；

（3）过流零部件表面材料要求采用特殊的耐腐蚀材料；

（4）放射性冷却剂应无外泄漏或少泄漏。

二、核反应堆冷却剂循环泵安装与维护中的常见问题

核反应堆冷却剂循环泵安装与维护中的常见问题可以分为机械故障、电气故障和功能故障。在各种故障类型中，机械故障造成的影响最为严重，且机械故障一般为渐进式的，很难在故障的早期发现，对故障诊断带来了一定的难度。以下针对常见问题进行分析：

1、转子不对中

转子不对中不仅改变了转子轴径与轴承的相互位置和轴承的工作状态，同时也改变了轴系的固有频率。不对中的形式有高度不对中、角度不对中、二者共存3种。轴系由于转子不对中，而使转子受到的力及轴承所受的附加力是转子发生异常振动和轴承早期损坏的重要原因。一般是轴弯曲产生预负载或轴承座安装不正确或轴中心线偏置。

振动特点为转轴径向振动出现二倍频，以一、二倍频分量为主，不对中越严重，二倍频所占的比例就越大，并有可能出现高次谐波。转轴不对中典型的轴心轨迹呈香蕉形。振动对负荷变化敏感，当负荷改变时，联轴器扭矩发生改变，如果联轴器不对中，则振动状态也立刻发生变化。

2、基座松动

松动性故障泛指轴承座松动、支座松动、螺栓松动、叶轮、转子轴和轴承装配过盈不足所引起的故障。松动可以使任何已有的不平衡、不对中所引起的振动问题更加严重。在松动情况下，任何一个很小的不平衡量都会引起很大振动。

松动故障的振动特点为故障可能引起转子的分数次谐波共振，即亚谐波共振，并存在同频或倍频振动；由于松动情况下非线性的存在，当转速变化时，振动会突然增大或减小；频域特征表现出具有一定的低频分量，低频带宽且多集中于l/2工频前，伴有工频分量和高次谐波。

3、转轴碰摩

由于主泵高速旋转，为了提高机器效率，把密封间隙、轴承间隙做得较小，以减少气体和冷却剂泄漏。但是，小间隙除了会引起流体动力激振之外，还会发生动静件的摩擦碰撞。转轴碰摩是一个复杂的过程，可能导致全周摩擦从而引起自激振动，期间产生的冲击作用使主泵振动成为叠加的复杂振动。当转轴与静止件发生摩擦时，受到的附加作用力是时变非线性的，所产生的非线性振动在频谱图上表现出频谱成分丰富，不仅有工频，还有低次和高次谐波分量，当摩擦加剧时，这些谐波分量的增长很快。当转子在一阶临界转速以下时，碰摩发生在振动高点处并产生热弯曲，转轴被越磨越弯，转子处于一阶临界转速以上时，不平衡部分由于被磨掉而不再发生摩擦，而当转子远离一阶临界转速而接近二阶临界转速时，摩擦后引起的二阶不平衡量将明显增大，从而引起进一步摩擦，甚至使转轴发生弯曲，这种情况下很危险，将会导致泵发生严重破坏。

转轴碰摩故障的振动特点为转子失稳前频谱丰富，波形畸变，轴心轨迹不规则变化，失稳后波形严重畸变或削波，轴心轨迹发散；轻微摩擦时同频幅值波动，轴心轨迹带有小圆环；碰摩严重时，各频率成分幅值迅速增大。

三、核反应堆冷却剂循环泵日常维护与技术处理措施

1、及时更换油

滑动轴承每运行2000～2500h需换油1次。滚动轴承大修时应换油，运行中不必换油，但运行中要及时加油，使其经常维持在所需的油位；油质应符合规定，禁止不同牌号的油混杂使用。

2、及时更换和正确安装盘根

盘根磨损或老化后应及时更换。安装新盘根。要求接口互错120°，接口两端间隙越小越好，盘根盖压紧至最大限度后，拧回0.5～2.5扣，至盘根有水滴滴出时为止。更换盘根应在停泵时进行，但松紧程序可在开泵后作最后调整。定期清刷龙头罩，清除吸水井杂物。

3、定期进行各种项目检查

应定期检查真空表、压力表、电流表、电压表是否正常，轴承温度及油是否正常，机体有无异常声响或振动。检查盘根松紧程度，管路是否漏气漏水。平衡装置工作是否正常，吸水龙头是否被堵塞。电机温度是否正常。排水泵轮换运行，对于不经常运行的水泵（或水泵升井大修）的电机，应每隔10天空转2～3h，以防潮湿，长期停泵应将泵内的水放掉，以防锈蚀或冻裂。值班的电钳工还需要检查启动装置及端子螺栓是否松动，同时要检查电缆线路及地线情况。

四、结束语

经过几年的现场实践，结合外部的经验反馈，我们已经掌握了预防和控制核反应堆冷却剂循环泵常见故障的处理技术，并对产生问题的原因有了一定的认识。在中国核电高速发展的形势下，内陆和北方寒冷地区建造的核电站在主泵安装与维护过程中还会遇到新的问题。为此还需要我们进行进一步研究。

参考文献

[1] 秦武，李志鹏，沈宗沼，等.核反应堆冷却剂循环泵的现状及发展[J].水泵技术，2007（3）：1-6.

[2] 关醒凡.泵的理论与设计I-M].北京：机械工业出版2004.