水压试验泵工作原理及其在核电厂的作用

陈勇奇

摘 要

水压试验泵能够在全厂失电的情况下，通过小汽机提供电源，来为主冷却剂主泵轴封供水，对轴封进行润滑和冷却，从而可避免在全厂失电情况下主泵轴封处泄漏，出现一回路类似微小破口的被动局面。另外该泵还可以用来作为一回路水压试验的试验泵，还可以为中压安注箱补水，所以该泵在核电厂的地位尤其重要，值得每一位运行人员去仔细研究与探讨。

关键词

水压试验泵;轴封;柱塞泵;滑阀

中图分类号： U293.22                            文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.08.26

1 水压试验泵的功能

水压试验泵在核电厂的设计中主要有3个功能：

1）在全部失去6kV电源时，将导致失去全部冷却系统，主泵热屏失去冷却并且失去轴封水注入。且可能导致1号密封的泄漏。小汽轮机系统将在检测到6kV电源失去后的两分钟内通过水压试验泵恢复密封水注入功能，从而避免一次侧冷却剂的泄漏;

2）在一回路进行水压试验时提供水压试验的动力来源，该泵的出口压力可达240bar，超过一回路水压试验压力229bar;

3）为中压安注箱补水，在中压安注箱液位低时，在低压模式下实现安注箱的补水。

2 水压试验泵的結构组成

水压试验泵主要有以下部件组成：

油回路：油箱、增压油泵、蓄能器、主油泵、油压控制阀、安全阀等。

水回路：主柱塞泵、高压蓄能罐、低压蓄能罐等。

其他：电机、过滤器等。

下面简要介绍几个主要部件的结构及功能：

2.1 增压油泵

增压油泵为一个有内齿的自吸式齿轮泵，主要包括泵体和两个转动齿轮，齿轮支撑在两个轴承上，轴承可以轴向移动，并且可通过出口压力来进行调节平衡。齿轮在转动时腾出齿根所占据的空间（在入口侧）而造成真空，进而从油箱吸油。在齿轮、泵体和轴承之间收集的流体被输送到对应的通道。在齿轮啮合到另一齿轮的齿根空间时，将流体排到出口管道，经过逆止阀向主油泵回路提供增压的液压油，这一方面防止主油泵汽蚀，另一方面可补充主油泵回路因需冷却而从冷却器返回油箱的液压油，以及因泄漏、执行元件排油造成主油泵回路减少的压力油。

2.2 油系统蓄能器

在增压泵出口设有蓄能器，其容积2.5L，正常充压0.8MPa。动力油回路在工作过程中存在油流换向的瞬态工况，油流换向时会产生压力波动，此蓄能器可以吸收这种小幅的压力波动。

2.3 主油泵

主油泵类型为斜盘式轴向柱塞泵，工作原理如下图1所示。其将多个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上，并使柱塞中心线和缸体中心线平行。这种泵主体由缸体1、配油盘2、柱塞3和斜盘4组成。如图所示回转方向，当缸体在从上到下运行范围内时，柱塞向外伸出，柱塞底部缸孔的密封工作容积增大，通过配油盘的吸油窗口吸油;当缸体在从下到上运行范围内时，柱塞被斜盘推入缸体，使缸孔容积减小，通过配油盘的压油窗口压油。缸体每转一周，每个柱塞各完成吸、压油一次，如改变斜盘倾角，就能改变柱塞行程的长度，即改变液压泵的排量;改变斜盘倾角方向，就能改变吸油和压油的方向，即成为双向变量泵。

2.4 油压控制阀和安全阀

油压控制阀组件由电磁滑阀组件DR3和3台限压阀组成，用来控制主油泵出口的油压运行在设计范围上;安全阀组件由电磁滑阀组件DR4和3台安全阀组成，其主要功能为防止主油泵出口管线超压，保护主油泵和油压系统，进而保护了水压回路不出现超压的情况。DR3和DR4会根据水压试验泵的运行方式自动选择一组安全阀组投入增压泵出口管路上来控制出口油压，进而控制了水压试压泵的出口压力，此功能模块具体说明详见3节。

2.5 主柱塞泵

型号：GHC 2PP.125;柱塞直径：125mm;往复柱塞冲程：110mm;最大速率：40周/分;可变输出：0-6立方米/小时;额定总压头：240Bar;设计压力：吸入：2BAR;排放：260BAR;设计温度：110度。

2.6 水系统蓄能器

水压试验泵的出口有两个蓄能器，以吸收泵出口压力波动。一个为低压蓄能器，正常充压3.5MPa，在安注箱补水模式下投入。另一个高压蓄能器，正常充压15MPa，在一回路水压试验或轴封注水方式下运行，在这两种工况下必须隔离低压蓄能器，否则会致其损坏。

3 水压试验泵的启动及工作过程

油回路启动具体进入哪种功能模式由1/2RIS136VB和1/2LLS001VV的状态决定，逻辑图、结构图及示意图如2所示。

结合上述四幅图可知：

1）当1/2RIS136VB任一处于开启状态并且1/2LLS001VV全关闭时，则003/005EL通电，004/006EL断电，引入352/357VH限压，水压试验泵处于安注箱补水模式。

2）当1/2LLS001VV任一处于开启状态并且1/2RIS136VB全关闭时，则004/006EL通电，003/005EL断电，引入355/354VH限压，水压试验泵处于轴封注入模式。

3）当1/2LLS001VV全关且1/2RIS136VB也全关时，003/ 004 /005/006EL均断电，引入353/356VH限压，此时进入水压试验模式。

4 水压试验泵在全厂失电情况下的作用及注意事项

由图3可知，在全厂失电时，如果初始LLS未隔离，则水压试验泵能在1分钟内启动成功，实现从PTR换料水箱吸水并以约6t/h的流量（回路的分配自动进行）进行密封水注入。

密封水的注入补偿了主冷却剂的收缩量，确保了轴封的冷却，稳定了稳压器水位，从而保证了一回路的水装量，这对于一回路的状态控制起着至关重要的作用。通过对于在水压试验泵上的可调安全阀RIS355VH的就地调节（调节位于锁定箱内的六角螺钉）可实现轴封流量的调节。

如果小汽轮发电机组起动失败，则禁止带轴封注入进行启动，因为密封水延时（2分钟以后）注入对密封的冲击（此时轴封温度已升至一回路温度）会对密封产生更大的损坏作用（热冲击使密封破坏有主冷却剂逸出的危险）。此时可将水压试验泵在线到上充管线后再进行启动，用上充来补偿一回路水的泄漏，这与从轴封注入相比有一个很大的不同：就是从上充处注入时轴封处会一直有小流量泄漏出来，相当于一回路有微小破口。而如果能保证轴封注入此处的泄露就会被轴封注入堵住，减少一回路向外泄露的风险，更容易保证一回路的水装量。

5 水压试验泵在秦山二期应用中的问题

5.1 执行H3.1规程中的问题

在执行规程H3.1时，按目前操作单需要运行人员现场手动调节9RIS355VH的压力，以便在一回路降压过程中控制轴封水的压力即流量，保证稳压器的液位。对于这一重要操作，目前运行人员几乎无法实现：

●此阀门操作需要专用工具

●此阀门被锁在就地盒子里

●此阀门操作的操作方法未经培训

鉴于此，对于此阀门届时是由维修操作还是运行人员操作需要明确，如果真的需要运行人员来操作建议尽快完成阀门的操作培训，以便在真正需要操作阀门的时候能从容应对，保障机组的安全稳定。

5.2 水压试验泵出口管道超压问题

根据参考电站相关资料，2006年9月13日，大亚湾核电站在执行PT2LLS002时发现水压试验泵出口水压绝对压力瞬间最高达到35 MPa，远远高于系统26 MPa的设计承压能力。水压试验泵出口超压的最大风险是可能导致相关的管道阀门以及泵本身损坏。为了分析查找原因，2006年9月26 日以及28日岭澳核电两次进行PTLLS02试验，试验结果同前一次一样。

我厂目前的试验方法与参考电站试验方法一样，存在同样的问题。此问题的存在直接威胁水压泵的可用性，出口的瞬间高压已远超过系统设计壓力，长此以往，难免会在水压试验泵长时间高压力运行情况下出问题，一旦出问题，可能就是影响核安全的问题。所以还是建议对此类工况进行积累总结，相关专业进行充分调研分析寻找解决方法，另外还希望各相关部门能尽快评估这种短暂的高压冲击对泵、管道和阀门的影响，以确认这些问题会否影响到水压试验泵的可用性。

6 结束语

综上所述可以看出，水压试验泵在核电厂作用重大且该设备无可替代，所以这就要求我们务必全面理解和掌握水压试验泵的各项知识，这是摆在我们每一位运行人员面前的课题;另外通过前文也可看出目前我们的水压试验泵还有一些亟待解决的问题，希望在不久的将来这些问题都能一一解决，以保证水压试验泵在需要它投入运行时能发挥其应有的作用。

参考文献

[1]秦山第二核电厂1、2号机组最终安全分析报告[S].C版，核电秦山联营有限公司，2008，09.

[2]？RIS系统手册[S].核工业第二研究设计院，2005，05.

[3]？LLS系统手册[S].核工业第二研究设计院，2005，05.

[4]水压试验泵设备操作和维修手册[S].核电秦山联营有限公司，2003，05.

[5]H3.1事故解释规程[S].核工业第二研究设计院，2001，09.