水壓試驗泵工作原理及其在核電廠的作用

陳勇奇

摘 要

水壓試驗泵能夠在全廠失電的情況下，通過小汽機提供電源，來為主冷卻劑主泵軸封供水，對軸封進行潤滑和冷卻，從而可避免在全廠失電情況下主泵軸封處泄漏，出現(xiàn)一回路類似微小破口的被動局面。另外該泵還可以用來作為一回路水壓試驗的試驗泵，還可以為中壓安注箱補水，所以該泵在核電廠的地位尤其重要，值得每一位運行人員去仔細研究與探討。

關鍵詞

水壓試驗泵;軸封;柱塞泵;滑閥

中圖分類號： U293.22 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.08.26

1 水壓試驗泵的功能

水壓試驗泵在核電廠的設計中主要有3個功能：

1）在全部失去6kV電源時，將導致失去全部冷卻系統(tǒng)，主泵熱屏失去冷卻并且失去軸封水注入。且可能導致1號密封的泄漏。小汽輪機系統(tǒng)將在檢測到6kV電源失去后的兩分鐘內(nèi)通過水壓試驗泵恢復密封水注入功能，從而避免一次側冷卻劑的泄漏;

2）在一回路進行水壓試驗時提供水壓試驗的動力來源，該泵的出口壓力可達240bar，超過一回路水壓試驗壓力229bar;

3）為中壓安注箱補水，在中壓安注箱液位低時，在低壓模式下實現(xiàn)安注箱的補水。

2 水壓試驗泵的結構組成

水壓試驗泵主要有以下部件組成：

油回路：油箱、增壓油泵、蓄能器、主油泵、油壓控制閥、安全閥等。

水回路：主柱塞泵、高壓蓄能罐、低壓蓄能罐等。

其他：電機、過濾器等。

下面簡要介紹幾個主要部件的結構及功能：

2.1 增壓油泵

增壓油泵為一個有內(nèi)齒的自吸式齒輪泵，主要包括泵體和兩個轉動齒輪，齒輪支撐在兩個軸承上，軸承可以軸向移動，并且可通過出口壓力來進行調(diào)節(jié)平衡。齒輪在轉動時騰出齒根所占據(jù)的空間（在入口側）而造成真空，進而從油箱吸油。在齒輪、泵體和軸承之間收集的流體被輸送到對應的通道。在齒輪嚙合到另一齒輪的齒根空間時，將流體排到出口管道，經(jīng)過逆止閥向主油泵回路提供增壓的液壓油，這一方面防止主油泵汽蝕，另一方面可補充主油泵回路因需冷卻而從冷卻器返回油箱的液壓油，以及因泄漏、執(zhí)行元件排油造成主油泵回路減少的壓力油。

2.2 油系統(tǒng)蓄能器

在增壓泵出口設有蓄能器，其容積2.5L，正常充壓0.8MPa。動力油回路在工作過程中存在油流換向的瞬態(tài)工況，油流換向時會產(chǎn)生壓力波動，此蓄能器可以吸收這種小幅的壓力波動。

2.3 主油泵

主油泵類型為斜盤式軸向柱塞泵，工作原理如下圖1所示。其將多個柱塞配置在一個共同缸體的圓周上，并使柱塞中心線和缸體中心線平行。這種泵主體由缸體1、配油盤2、柱塞3和斜盤4組成。如圖所示回轉方向，當缸體在從上到下運行范圍內(nèi)時，柱塞向外伸出，柱塞底部缸孔的密封工作容積增大，通過配油盤的吸油窗口吸油;當缸體在從下到上運行范圍內(nèi)時，柱塞被斜盤推入缸體，使缸孔容積減小，通過配油盤的壓油窗口壓油。缸體每轉一周，每個柱塞各完成吸、壓油一次，如改變斜盤傾角，就能改變柱塞行程的長度，即改變液壓泵的排量;改變斜盤傾角方向，就能改變吸油和壓油的方向，即成為雙向變量泵。

2.4 油壓控制閥和安全閥

油壓控制閥組件由電磁滑閥組件DR3和3臺限壓閥組成，用來控制主油泵出口的油壓運行在設計范圍上;安全閥組件由電磁滑閥組件DR4和3臺安全閥組成，其主要功能為防止主油泵出口管線超壓，保護主油泵和油壓系統(tǒng)，進而保護了水壓回路不出現(xiàn)超壓的情況。DR3和DR4會根據(jù)水壓試驗泵的運行方式自動選擇一組安全閥組投入增壓泵出口管路上來控制出口油壓，進而控制了水壓試壓泵的出口壓力，此功能模塊具體說明詳見3節(jié)。

2.5 主柱塞泵

型號：GHC 2PP.125;柱塞直徑：125mm;往復柱塞沖程：110mm;最大速率：40周/分;可變輸出：0-6立方米/小時;額定總壓頭：240Bar;設計壓力：吸入：2BAR;排放：260BAR;設計溫度：110度。

2.6 水系統(tǒng)蓄能器

水壓試驗泵的出口有兩個蓄能器，以吸收泵出口壓力波動。一個為低壓蓄能器，正常充壓3.5MPa，在安注箱補水模式下投入。另一個高壓蓄能器，正常充壓15MPa，在一回路水壓試驗或軸封注水方式下運行，在這兩種工況下必須隔離低壓蓄能器，否則會致其損壞。

3 水壓試驗泵的啟動及工作過程

油回路啟動具體進入哪種功能模式由1/2RIS136VB和1/2LLS001VV的狀態(tài)決定，邏輯圖、結構圖及示意圖如2所示。

結合上述四幅圖可知：

1）當1/2RIS136VB任一處于開啟狀態(tài)并且1/2LLS001VV全關閉時，則003/005EL通電，004/006EL斷電，引入352/357VH限壓，水壓試驗泵處于安注箱補水模式。

2）當1/2LLS001VV任一處于開啟狀態(tài)并且1/2RIS136VB全關閉時，則004/006EL通電，003/005EL斷電，引入355/354VH限壓，水壓試驗泵處于軸封注入模式。

3）當1/2LLS001VV全關且1/2RIS136VB也全關時，003/ 004 /005/006EL均斷電，引入353/356VH限壓，此時進入水壓試驗模式。

4 水壓試驗泵在全廠失電情況下的作用及注意事項

由圖3可知，在全廠失電時，如果初始LLS未隔離，則水壓試驗泵能在1分鐘內(nèi)啟動成功，實現(xiàn)從PTR換料水箱吸水并以約6t/h的流量（回路的分配自動進行）進行密封水注入。

密封水的注入補償了主冷卻劑的收縮量，確保了軸封的冷卻，穩(wěn)定了穩(wěn)壓器水位，從而保證了一回路的水裝量，這對于一回路的狀態(tài)控制起著至關重要的作用。通過對于在水壓試驗泵上的可調(diào)安全閥RIS355VH的就地調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)位于鎖定箱內(nèi)的六角螺釘）可實現(xiàn)軸封流量的調(diào)節(jié)。

如果小汽輪發(fā)電機組起動失敗，則禁止帶軸封注入進行啟動，因為密封水延時（2分鐘以后）注入對密封的沖擊（此時軸封溫度已升至一回路溫度）會對密封產(chǎn)生更大的損壞作用（熱沖擊使密封破壞有主冷卻劑逸出的危險）。此時可將水壓試驗泵在線到上充管線后再進行啟動，用上充來補償一回路水的泄漏，這與從軸封注入相比有一個很大的不同：就是從上充處注入時軸封處會一直有小流量泄漏出來，相當于一回路有微小破口。而如果能保證軸封注入此處的泄露就會被軸封注入堵住，減少一回路向外泄露的風險，更容易保證一回路的水裝量。

5 水壓試驗泵在秦山二期應用中的問題

5.1 執(zhí)行H3.1規(guī)程中的問題

在執(zhí)行規(guī)程H3.1時，按目前操作單需要運行人員現(xiàn)場手動調(diào)節(jié)9RIS355VH的壓力，以便在一回路降壓過程中控制軸封水的壓力即流量，保證穩(wěn)壓器的液位。對于這一重要操作，目前運行人員幾乎無法實現(xiàn)：

●此閥門操作需要專用工具

●此閥門被鎖在就地盒子里

●此閥門操作的操作方法未經(jīng)培訓

鑒于此，對于此閥門屆時是由維修操作還是運行人員操作需要明確，如果真的需要運行人員來操作建議盡快完成閥門的操作培訓，以便在真正需要操作閥門的時候能從容應對，保障機組的安全穩(wěn)定。

5.2 水壓試驗泵出口管道超壓問題

根據(jù)參考電站相關資料，2006年9月13日，大亞灣核電站在執(zhí)行PT2LLS002時發(fā)現(xiàn)水壓試驗泵出口水壓絕對壓力瞬間最高達到35 MPa，遠遠高于系統(tǒng)26 MPa的設計承壓能力。水壓試驗泵出口超壓的最大風險是可能導致相關的管道閥門以及泵本身損壞。為了分析查找原因，2006年9月26 日以及28日嶺澳核電兩次進行PTLLS02試驗，試驗結果同前一次一樣。

我廠目前的試驗方法與參考電站試驗方法一樣，存在同樣的問題。此問題的存在直接威脅水壓泵的可用性，出口的瞬間高壓已遠超過系統(tǒng)設計壓力，長此以往，難免會在水壓試驗泵長時間高壓力運行情況下出問題，一旦出問題，可能就是影響核安全的問題。所以還是建議對此類工況進行積累總結，相關專業(yè)進行充分調(diào)研分析尋找解決方法，另外還希望各相關部門能盡快評估這種短暫的高壓沖擊對泵、管道和閥門的影響，以確認這些問題會否影響到水壓試驗泵的可用性。

6 結束語

綜上所述可以看出，水壓試驗泵在核電廠作用重大且該設備無可替代，所以這就要求我們務必全面理解和掌握水壓試驗泵的各項知識，這是擺在我們每一位運行人員面前的課題;另外通過前文也可看出目前我們的水壓試驗泵還有一些亟待解決的問題，希望在不久的將來這些問題都能一一解決，以保證水壓試驗泵在需要它投入運行時能發(fā)揮其應有的作用。

參考文獻

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