核电厂上充泵推力轴承损伤成因及运维优化研究.pdf
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1、2023年第3期36小原技术核电厂上充泵推力轴承损伤成因及运维优化研究杨雁宇1何升亮!龙斌车银辉祖帅2王铭昌.2(1 阳江核电有限公司,广东阳江529500;2 苏州热工研究院有限公司,广东深圳518000)摘要:推力轴承是核电厂上充泵可靠运行的关键部件之一,用于承受泵轴的轴向载荷以及限制泵轴的轴向位移。针对上充泵推力轴承运维中频繁出现的损伤问题,开展其损伤成因分析,研究其运维优化工艺和措施,提升了上充泵运行的可靠性。关键词:核电厂用泵上充泵推力轴承损伤运维优化中图分类号:TH311文献标识码:A上充泵是核电厂中最关键的动力设备之一,担任主泵轴封供水、化容系统容积控制的补水、高压安注系统故障时
2、的供水等重要任务 。上充泵在接到启动信号后,需要立即投人运行,其轴承需要具备不预润滑启动的功能 2 1000MW压水堆核电厂上充泵选用法国几纳公司生产的上充泵,为卧式双壳体1 2 级离心泵,半抽芯结构,主要由叶轮、导叶、泵轴、机械密封、滑动推力轴承、2 道水润滑导轴承、泵盖等部件组成,也称为一端封闭型上充泵,如图1 所示。上充泵1 4级叶轮朝吸人口正向布置,5 1 2 级叶轮反向布置,正向布置叶轮轴向力同封闭端高压4297810651-尾部水润滑轴承(泵壳底部)2-泵轴3-泵头螺栓4-出口法兰5,10-地锚苗6-泵头7-叶轮8-泵壳9-流动扩压器图1 一端封闭型上充泵结构示意图水作用力之和,与
3、反向叶轮轴向力相平衡,残余轴向力由推力轴承来承受。推力轴承是核电厂上充泵可靠运行的关键部件之一,用于承受泵轴的轴向载荷以及限制泵轴的轴向位移。针对上充泵滑动推力轴承的可靠性技术,国内学者进行了相关研究。许德忠、孔令杰等 3对核电厂用泵不预润滑启动轴承的相关技术进行了介绍,为国内泵制造业实现核级水泵的国产化提供了重要的技术参考。许德忠、赵静等 4 在上充泵国产化中优化了上充泵轴向力,解决了推力轴承运行温升偏高的问题。郭逸等 5 根据经验反馈,介绍了方家山核电厂上充泵在增加轴径提升转子刚度、叶轮对称布置降低轴向推力、轴承系统设计优化、无预润滑启动轴瓦改进、互换性问题改进、抽芯专用工具改进等方面的设
4、计优化。然而,这些研究不涉及上充泵推力轴承在长期执行预润滑应急启动后的劣化演变情况。因此,本文对一端封闭型上充泵推力轴承长期运行后的损坏情况开展研究,针对其固有缺点提出运维优化措施,对上充泵全检周期内安全稳定运行具有现实意义。1推力轴承结构上充泵驱动端轴承室包括一个推力轴承和一个径向轴承。为确保轴承具备无预润滑启动功能,轴承室中设计制造了专门的储油腔。轴承室设计成一2023年第3期37路供油,在径向轴承一侧进油(进口A),通过径向轴瓦间隙流向推力轴承,并由腔室上部(油路B)流回油腔(出口C),如图2 所示。推力轴承由主、副推力轴瓦组成,采用中心支撑结构的可倾式扇形瓦块,主推力轴瓦布置1 1 块
5、,副推力轴瓦布置9 块。2推力轴承损伤问题鉴于上充泵轴承室采用无预润滑设计结构,推力轴承具有良好的润滑以及长寿命的特点,进而采取状态维修策略。统计了多个核电厂上充泵推力轴承检修数据,随着上充泵驱动端推力轴承长期运行,暴露出了频繁损伤的问题。2.1推力瓦块发黑及材料迁移问题正常运行期间,上充泵推力轴承的运行温度由64突然上升到7 2,然后一直稳定在7 2。解体检查发现,推力轴承瓦面存在发黑严重和材料迁移现象,如图3所示。对发黑的推力瓦块进行观察,推力瓦面的油膜峰值压力区存在微裂纹、熔融和出油侧合金材料迁移等损伤特征,如图4所示。调整推力盘轴套锁紧轴套螺图2上充泵驱动端轴承室结构图3主推力轴承发黑
6、、迁移损伤形貌图4推力瓦面熔融宏观形貌同时,瓦面还存在类似接触应力下显微机加工造成的擦伤犁沟 6-7 。整理同类型上充泵维修记录发现,上充泵推力轴承在服役1 0 年后均会出现类似现象,存在共模故障,严重影响了上充泵的可用性和可靠性。2.2推力瓦块龟裂脱落问题正常运行期间,上充泵驱动端水平振动值达6.8mm/s,超过报警值5.6 mm/s,被迫停用抢修。解体检查发现,主推力轴承存在发黑现象,其中一块推力瓦龟裂、材料脱落,如图5所示。瓦面龟裂发生于轴瓦高温区和油膜峰值压力区,裂纹沿着结合线附近疲劳扩展相遇剥落而形成凹坑,剥落区周边不规则,且有摩擦过热、表面变色的现象,如图6、图7 所示。查询该泵运
7、行记录,该推力轴承已连续服役了5年。图5推力轴承剥落损伤形貌油膜峰值压力区轴旋转方向图6推力瓦块龟裂损伤形貌2023年第3 期38小原枝术20.0kV3200um图7推力瓦块疲劳剥落形貌3推力轴承损伤成因分析针对上充泵推力轴承长期服役后出现的损伤问题,从推力轴承的设计结构、运行环境、维修工艺等各个方面开展系统分析,找出推力轴承损伤的所有影响因素,为提高推力轴承的可靠性奠定基础。3.1设计结构影响分析由于上充泵推力轴承存在发黑过热现象,参考机械设计资料 8 ,重点评价推力轴承的PV值(摩擦功大)。根据上充泵轴向力力学模型,计算出上充泵在不同工况下的轴向推力,进而计算主推力轴承的实际承载情况,如表
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