核电汽轮机主油泵及压力调节阀试验方案

刘升志　杨晖　李尧　钟鼎

引言：核电汽轮机主油泵及压力调节阀在工程应用之前需对其性能进行验证，出厂前必须进行工厂试验。本文主要介绍了主油泵性能验证试验方法以及压力调节阀在系统中的设定方法，着重阐述试验系统的原理及设计方案，详细说明试验系统主要设备的功能及使用方法。通过对该试验方案的研究，指导试验台的建设及试验规程的制订，指导了试验数据处理及试验结果验证，为核电主油泵及压力调节阀型式试验和出厂试验提供理论依据。

一、前言

核电汽轮机的特点是功率大、进汽参数低，因此转子重量大，轴承所需润滑油量大。为了保证安全、稳定的轴承供油，润滑油系统采用主轴驱动式主油泵直接供油，压力调节阀调节系统油压。

核电汽轮机主油泵为齿轮泵，齿轮泵结构相对简单，润滑油系统安全、稳定性高，在工程应用经验核电汽轮机主油泵的试验研究为其国产化提供了理论依据。

二、目的

对于首次研制的主油泵，按照机械行业标准要求须对其进行型式试验，以检验其性能是否达到设计指标，能否满足使用要求。

为了完成试验，设计一套试验系统来进行测试。

三、试验项目及试验方法

根据机械行业标准要求以及核电汽轮机润滑油系统的运行特点，确定主油泵、压力调节阀的试验项目以及试验方法，本试验项目包括：

1、排量验证试验

测量泵在空载稳态工况下设定转速的流量和转速，转速测量分3档，额定转速、停辅助油泵转速及二者中间转速；

2、效率试验（容积效率、总效率）

在额定转速至最低转速范围内的六个等分转速下，分别测量空载压力至额定压力范围内至少六个等分压力点（包括空载压力和额定压力）的有关效率的流量、压力、转速、输入扭矩等各组数据；

3、压力振摆检查

在额定工况下，观察并记录被试泵出口压力振摆值；

4、自吸试验

检验泵的吸油能力，在额定转速、空载压力工况下，测量被试泵吸入口真空度为零时的排量。以此为基准，逐渐增加吸入阻力，直至排量下降1%时，测量其真空度；

5、噪声试验

在额定转速下，进口压力在-16kPa至设计规定最高的进口压力的范围内，分别测量被试泵空载压力至额定压力范围内，至少六个等分压力点（包括空载压力和额定压力）的噪声值；

6、低速试验

在输出稳定的额定压力，连续运转10分钟以上测量流量、压力数据，计算容积效率并记录最低转速；

7、超速试验

分别在空载压力及额定压力下，逐渐升速至额定转速的115%，各自连续运转15分钟以上；

8、超载试验

在被试泵的进口温度为52～55℃、额定转速和125%额定压力下作连续运转1分钟以上；

9、效率检查

完成上述规定项目试验后测量额定工况下的容积效率和总效率。

10、压力调节阀试验

测量压力调节阀在不同压力下对应的流量。

四、试验系统设计

1、系统主要组成及功能

该试验系统主要由变频电机、液压系统、仪器仪表、控制等组成。

变频电机用于向被试泵提供动力并调节转速；主油泵试验系统提供被试泵的各种工况；仪器仪表用于测量压力、流量、温度、转速、扭矩等参数并远传信号；集控中心实现油温控制、压力控制、转速控制、数据采集和计算机通信等。

2、主油泵试验系统工作原理

针对主油泵试验需要验证的项目，模拟核电汽轮机润滑油系统实际布置情况，设计本试验系统。

试验系统主要设备：

1）变频电机、主油泵试验箱体

变频电机向主油泵提供动力，与泵减速齿轮之间采用挠性联轴器连接，同时安装扭矩仪和速度传感器。变频电机可根据试验需要调节转速并稳定在设定值。

为了模拟主油泵在润滑油系统中的正常运行工况，变频电机与主油泵安装在油箱液面大约4.5米高的平台上，以检验泵的自吸性能。

根据主油泵的结构特点设计试验箱体，泵进、出油管均在箱体下方。试验时箱体密闭，防止油泄漏。

2）流量调节阀

使用流量调节阀可调节系统回油箱的流量，通过调节流量以达到给系统加载的目的，实现主油泵出口压力的调节。

3）压力调节阀

压力调节阀与主油泵同属于润滑油系统设备，也是被试对象。

汽轮机润滑油系统正常工况主油泵的流量是恒定的，为了克服损耗的变化并使油压维持在恒定值，在供油管道上并联一压力调节阀，使过量的油经过旁路回到主油箱以调节润滑油供油母管压力。在进行主油泵试验时，压力调节阀可用于稳定系统压力。

4）仪器仪表

包括压力传感器、热电阻、流量计、扭矩仪、速度传感器等，仪表精度应符合相应规范要求并能实现信号远传。

流量计安装在直管段上，其前后直管段长度要求：前10D，后5D（D管道公称直径）。

5）供油设备

包括油箱、供油泵、冷油器、电加热器、温度计、润滑油箱等。

3、试验结果验证

通过调整泵的转速和出口压力从而得出对应的流量，记录试验数据，试验完毕后将得出的数据进行整理，编制详细的试验报告，绘制相关特性曲线。

1）流量-转速曲线

齿轮泵是容积泵，其流量随着转速增加而增大，理论上是成正比关系。

2）流量-压力曲线

齿轮泵理论上在转速一定的情况下流量不变，泵的结构特性，实际上泵齿间、齿壳间存在间隙，有泄露，泵出口压力升高泄露量增大，泵出口流量减小。

3）效率-压力曲线

在额定转速下，泵的容积效率随工作压力的增大而降低；泵的机械效率随工作压差的增大而提高；泵的总效率等于输出功率和输入功率之比，随着压力增大，其输出功率增大幅度大于输入功率增大幅度，因此泵的总效率随压力增大而提高。

五、结语

随着我国核电事业的不断发展，核电项目不断增多，从长远利益考虑，核电汽轮机主油泵的自主化设计势在必行，主油泵试验系统以及试验规程必不可少，因此本试验研究具有很大的实际意义。由于本试验系统是全新设计且较复杂，在试验过程中还需不断摸索、完善。

参考文献

[1] 国家发展和改革委员会，《液压齿轮泵》（JB/T 7041-2006），机械行业标准.

[2] 国家机械工业委员会，《液压泵、马达空载排量 测定方法》（GB7936-87），国家标准.

[3] 关醒凡，《泵的理论与设计》，机械工业出版社，1987年.

（作者单位：东方汽轮机有限公司 ）