核电站主给水泵轴向位移超标原因分析与处理

杨运忠，孙忠志，牛培宇，朱可欣，李明玖

（江苏核电有限公司，江苏连云港 222000）

0 引言

田湾核电站二期工程共配置10 台带弹簧隔振基础的定速主给水泵，该型号泵是水平卧式、双壳体可抽芯结构的多级、单吸离心泵，采用径向滑动轴承对转子部件进行支撑，采用平衡鼓对主要轴向力进行平衡，采用“米契尔”式双面推力滑动轴承来承受残余轴向力和瞬时轴向力，并对转子部件进行轴向限位，通过外部润滑油站对滑动轴承进行强制润滑。主给水泵是核电站常规岛最重要的水泵之一，正常工况下，主给水泵从除氧器里取水，供到高压加热器加热后输送至蒸汽发生器，为蒸汽发生器提供给水，并维持蒸汽发生器水位在定值范围内，其运行的安全可靠性极为重要。

为了监测“米契尔”式双面推力滑动轴承及转子部件的运行状态，在泵自由端轴承室端部配置3 个轴向位移监测探头，采用三取二的保护逻辑，当轴向位移数值超过-1000 μm 或+650 μm时，便会触发轴向位移超标报警信号保护跳泵。

1 缺陷统计

田湾核电站二期主给水泵在2017 年10 月—2018 年12 月期间曾7 次出现因轴向位移超标保护跳泵缺陷（表1），严重影响主给水系统及机组的安全可靠运行。

表1 田湾核电站二期主给水泵轴向位移超标保护跳泵缺陷统计

2 轴向位移超标原因分析

2.1 自由端轴承室结构

主给水泵自由端轴承室主要由上、下轴承座、轴承室端盖、径向滑动轴承、“米契尔”式双面推力滑动轴承、迷宫密封、轴向位移测量盘、仪控探头等部件组成。

“米契尔”式双面推力滑动轴承由1 个推力盘、1 组主推力瓦架与6 块主推力瓦、1 组副推力瓦架与6 块副推力瓦等部件组成。推力盘滑装在泵轴上，通过M85 圆螺母进行锁紧；装有主副推力瓦的主副推力瓦架安装在轴承座内；为了确保“米契尔”式双面推力滑动轴承的正常运行，在推力盘和主副推力瓦之间设计350～400 μm 的推力间隙。

轴向位移测量盘通过6 个M6×20 的螺栓固定在泵轴端面，测量盘外端面是轴向位移测量基准面，在主给水泵装配时，除了需保证轴向位移测量基准面的瓢偏≤0.04 mm 外，还需将转子部件推至工作位（推力盘与主推力瓦处于贴死状态），然后调整3 个轴向位移监测探头与向位移测量基准面之间的距离，并将此状态的监测数值设置为零位。主给水泵自由端轴承室结构如图1 所示。

图1 主给水泵自由端轴承室结构

2.2 轴向位移超标原因分析

泵组正常运行期间，若转子部件整体向驱动端移动，则轴向位移变化为“+”值；若转子部件整体向自由端移动，则轴向位移变化为“-”值。由于“米契尔”式双面推力滑动轴承设计有推力间隙，理论上泵组运行期间其轴向位移正常值为-400～0 μm，若轴向位移数值超标，可能的原因如下：

（1）轴向位移监测探头损坏或信号干扰导致轴向位移超过-1000 μm 或+650 μm。

（2）轴向位移监测探头零位设置错误导致轴向位移超过-1000 μm 或+650 μm。

（3）轴向位移测量盘瓢偏过大或松动导致轴向位移超过-1000 μm 或+650 μm。

（4）联轴器中间间隙或电机磁力中心不满足标准要求导致轴向位移超过-1000 μm 或+650 μm。

（5）原始推力间隙不满足标准要求导致轴向位移超过-1000 μm 或+650 μm。

（6）副推力瓦严重磨损或烧毁导致轴向位移超过-1000 μm。

（7）主推力瓦严重磨损或烧毁导致轴向位移超过+650 μm。

（8）推力盘锁紧圆螺母松动导致轴向位移超过+650 μm。

调取主给水泵运行曲线，发现7 次跳泵均为轴向位移监测数值同时上涨突破+650 μm 触发保护。

2.3 泵组解体检查

对泵组进行解体检查，发现7 次轴向位移超标跳泵缺陷均存在推力盘锁紧圆螺母松动（图2）问题，其轴向位移监测探头触发的为真实信号，另检查轴向位移测量盘瓢偏、联轴器中间间隙、电机磁力中心、原始推力间隙、泵轴、主副推力瓦未见明显异常。

图2 推力盘锁紧圆螺母松动

3 推力盘锁紧圆螺母松动原因分析

3.1 核实推力盘锁紧圆螺母旋向设计是否正确

为了使转子部件上的紧固件越转越紧，其紧固件的锁紧方向应与转动部件的转动方向相反。田湾二期主给水泵从电机向泵看为顺时针转动，所以理论上从泵驱动端对转子零部件进行锁紧的紧固件为左旋螺纹，从泵自由端对转子零部件进行锁紧的紧固件为右旋螺纹，而推力盘锁紧圆螺母是从泵自由端对转子上的推力盘进行锁紧，所以该圆螺母应为右旋螺纹。经检查推力盘锁紧圆螺母为M85 右旋螺纹，与理论设计一致。

3.2 核实泵组是否出现过反转缺陷

若主给水泵因电机反转或出口逆止阀损坏导致停泵时转子反转，将会导致转子转动方向与转子上紧固件的锁紧方向一致，造成紧固件松动。经查询泵组运行参数未曾出现反转信号，且主给水泵出口逆止阀功能完好，所以泵组未曾出现过反转缺陷。

3.3 核实推力盘锁紧圆螺母紧固防松情况

主给水泵推力盘的锁紧防松装置如图3 所示，主要由M85 圆螺母、M85 开口圆螺母和M8 螺钉组成。开口圆螺母圆周加工有一个环形槽，环形槽外侧有1 个锥形孔，内侧加工1个M8 螺纹通孔。在推力盘滑装至泵轴后，将M85 圆螺母旋入泵轴螺纹对推力盘进行紧固；将M85 开口圆螺母旋入泵轴螺纹并拧紧进行双螺母防松；将M8 螺钉旋入开口圆螺母的螺纹通孔内并拧紧，使开口圆螺母螺纹变形进行防松；使用样冲在紧固好的M8 螺钉端面打样冲眼，防止螺钉松动。

图3 推力盘锁紧防松装置结构

2017 年10 月，30LAC12AP001 首次出现因推力盘锁紧圆螺母松动导致轴向位移超标保护跳泵缺陷，对泵组进行解体，检查M85 开口圆螺母、M85 圆螺母和M8 螺钉无异常，重新回装推力盘锁紧防松装置。采用手锤敲击勾头扳手对两个圆螺母进行紧固；使用开口扳手旋转螺丝刀对螺钉进行紧固；使用样冲在紧固好的螺钉端面打样冲眼；泵组回装完毕后投入运行。

2018 年1 月，30LAC12AP001 再次出现因推力盘锁紧圆螺母松动导致轴向位移超标保护跳泵缺陷。按照厂家要求，在推力盘和M85 圆螺母之间增加一个圆螺母用止动垫圈（原设计无该止动垫圈），在螺纹上涂抹适量的螺纹紧固胶后正确回装推力盘锁紧防松装置（图4），此后该泵组未出现过同类缺陷。

图4 设计、安装、胶粘圆螺母止动垫圈

2018 年2 月，30LAC11AP001 出现因推力盘锁紧圆螺母松动导致轴向位移超标保护跳泵缺陷，对泵组进行解体检查，发现将M8 螺钉旋入M85 开口圆螺母的螺纹通孔并拧紧后，螺钉的头部凸出开口圆螺母端面1.90 mm（图5）。若在该情况下装配推力盘锁紧防松装置，螺钉无法使开口圆螺母的螺纹变形防松，其防松性能下降。用锉刀将螺钉的长度锉短，使螺钉在拧紧状态下不凸出M85 开口圆螺母端面；按照增加圆螺母用止动垫圈和涂抹适量螺纹紧固胶的方案对推力盘锁紧防松装置进行正确回装（图6），此后该泵组未出现过同类缺陷。

图5 螺钉凸出开口圆螺母端面

图6 修锉后的螺钉安装状态

3.4 持续改进

总结30LAC11/12AP001 缺陷的处理经验，对3 号机组其余3 台主给水泵采取检查M8 螺钉、增加圆螺母用止动垫圈和涂抹适量螺纹紧固胶的方案对推力盘锁紧防松装置进行处理，此后3 号机组5 台主给水泵未出现过同类缺陷。

该方案虽然有效解决了3 号机组主给水泵推力盘锁紧圆螺母松动导致轴向位移超标跳泵缺陷，但在后续检修过程中发现涂抹过螺纹紧固胶的圆螺母无法正常拆卸，强行拆卸对泵轴螺纹有较大损伤，因此多次对圆螺母采取切割破坏拆除的方式。由于涂抹螺纹紧固胶存在一定弊端，为此对4 号机组5 台主给水泵只采取了检查M8 螺钉和增加M85 圆螺母止动垫圈的措施。

2018 年11—12 月，4 号机组4 台主给水泵先后出现因推力盘锁紧圆螺母松动导致轴向位移超标保护跳泵缺陷，对泵组解体发现圆螺母止动垫圈均存在断裂情况（图7）。

图7 圆螺母止动垫圈断裂

经分析，M85 圆螺母在圆周上对称加工有4 个矩形槽，用于将圆螺母止动垫圈防松齿翻边卡至矩形槽内对圆螺母进行防松，由于止动垫圈防松齿位置是固定的，当圆螺母锁紧后，其矩形槽可能无法完全与防松齿对齐，导致无法将防松齿翻边卡至矩形槽内。而为了将防松齿翻边卡至矩形槽内，往往采取以下两种方式：

（1）将M85 圆螺母完全拧紧，此时矩形槽与防松齿可能无法完全对齐，通过将防松齿宽度锉窄直至防松齿能够翻边卡至矩形槽内，但锉窄的防松齿强度会降低，容易产生疲劳断裂。3号机组5 台主给水泵采用该方式，由于在螺纹上涂抹螺纹紧固胶，提高了防松能力，因此避免了止动垫圈断裂失效。

（2）将M85 圆螺母紧固至矩形槽与防松齿对齐位置，然后将防松齿翻边卡至矩形槽内，但此时圆螺母的紧固力度可能不够，圆螺母在泵组振动的作用下容易松动，此时防松齿相比正常情况下承受的作用力更大，更容易产生疲劳断裂破坏。4号机组5 台主给水泵采用该方式，最终造成圆螺母用止动垫圈断裂失效。

经分析研究，内舌锁紧垫圈不受圆螺母矩形槽位置的影响，可在任意位置进行翻边并卡在矩形槽内，为了提高圆螺母防松性能，决定采用内舌锁紧垫圈替代圆螺母止动垫圈。首先将4 号机组5 台主给水泵的圆螺母止动垫圈更换为内舌锁紧垫圈（图8）投入运行（螺纹未涂抹螺纹紧固胶），运行状态良好，且不影响泵组检修时圆螺母的正常拆卸。之后将该方案继续推广至3 号机组5 台主给水泵；此后，10 台主给水泵再未出现因轴向位移超标保护跳泵缺陷。

图8 设计、安装内舌锁紧垫圈

4 结束语

分析田湾二期主给水泵轴向位移超标跳泵缺陷，发现产生该缺陷的原因是推力盘锁紧圆螺母松动所致。为此，先在3 号机组采用增加圆螺母止动垫圈和涂抹适量螺纹紧固胶的方案，但发现涂抹螺纹紧固胶的圆螺母无法正常拆卸，该方案存在一定弊端；之后在4 号机组采用只增加圆螺母止动垫圈方案，由于圆螺母止动垫圈自身结构的原因，无法可靠对圆螺母进行防松；最后采用内舌锁紧垫圈替代圆螺母止动垫圈，在未涂抹螺纹紧固胶的前提下解决了推力盘锁紧圆螺母松动问题，且不影响泵组检修时圆螺母的正常拆卸。