核電汽輪機主輔油泵切換時壓力突降的探究

于海成

摘? 要：本次研究針對某核電項目汽輪機組工程運行事故進行研究，分析機組轉速到特定值時，主、輔油泵切換時候，潤滑油壓力大幅下降。現采用 AMESim仿真技術對汽輪機組潤滑油系統事故發生進行了仿真模擬分析，了解到油泵機切換停機時候給油量發生斷流發生問題。經過研究顯示，提升主、輔油泵機切換時汽輪機轉速和延長輔助停機時候突降幅度，預防其對整個裝置的影響。

關鍵詞：核電汽輪機? 主輔油泵? 壓力突降? 探究

中圖分類號：TK263 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2020）07（a）-0076-03

Abstract： This study aimed at a Nuclear Power Project Steam Turbine Unit Operation Accident Research， analysis of the unit speed to a specific value， the main and auxiliary oil pump switching， the lubricating oil pressure dropped to. AMESIM simulation technology is used to simulate and analyze the accident of lubricating oil system of steam turbine unit， and the problem of cut-off of oil supply when the pump is switched off is found out. The research shows that the speed of steam turbine and the sudden drop of auxiliary shutdown are prolonged when the main and auxiliary pumps are switched to prevent their influence on the whole device.

Key Words： Nuclear Steam Turbine; Main and Auxiliary Oil Pump; Sudden pressure drop; Exploration

中國是能源消費大國，而我國能源消費結構中化石燃料發電占比仍接近70%。隨著人民生活水平的提高，公眾對大氣環境污染的容忍度越來越低。為此，我國提出了綠色發展、建設環境友好型社會、大力發展清潔能源的戰略方針。核電和其他能源相比具有獨特的優勢，其燃料能量密度高、負荷穩定、生產過程零碳排放，因此大力發展核電是解決我國巨大能源需求和環境治理問題的優選方案之一。國家能源發展戰略行動計劃（2014-2020年）中提出，在采用國際最高安全標準、確保安全的前提下，適時在東部沿海地區啟動新的核電項目建設，研究論證內陸核電建設。到2020年，核電裝機容量將達到5800萬kW。現通過AMESim仿真模擬軟件分析核電汽輪機運行中主輔油泵切換時常見壓力突降問題，希望能夠為對應的生產單位提供參考借鑒。

1? 運行環境概述

核電汽輪機屬于核電站常規島中最關鍵的設備之一。電和其他能源相比具有獨特的優勢，其燃料能量密度高、負荷穩定、生產過程零碳排放，作為核電汽輪機的重要特點，功率大、進汽參數低，對軸承潤滑油提出了極高的用油量要求，現代潤滑油系統多采用主軸驅動直接供油，且伴有壓力調節閥調整控制系統油壓。實際運行中，核心的電汽輪機主油泵為齒輪泵，其結構較為簡單，在保證潤滑油供油穩定和安全時，也會因為主輔油泵切換發生壓力突降問題，影響整個裝置的運行質量。本次研究針對主輔油泵切換時壓力突降原因進行模擬分析，探討其發生突降的原因，希望能夠為相關單位提供參考借鑒。

本次研究選用的汽輪機組結構有（1）齒輪泵構成的主油泵;（2）交流電機離心泵構成的輔助油泵;（3）直流電機離心泵構成的事故油泵。三個油泵供油穩定運行保證汽輪機軸承運動可行性。其中主油泵屬于容積式齒機，且布置在汽輪機前的軸承內，也是由汽輪機主軸驅動，當機組達到一定轉速后，整個主油泵可靠自身的吸油特征，實現主油箱自吸特征，為汽輪發電機組軸承提供潤滑油。

機組正常工作時候，有且僅有輔助油泵為系統運輸潤滑油，研究表示，當機組轉速上升到了1350r/min時，系統油壓若穩定，整個輔助油泵也會停止運行，若此時依靠主油泵為系統供油，在機組正常停止運行期間，若汽輪機轉速變成1350r/min以下時候，整個機組的輔助油泵也會停止運行，機組轉速也會直接下降，直到速度變為零。若是因為事故影響導致非正常停機，輔助油泵和事故油泵會自動啟動，投入生產運行中。

2? 故障發生現象簡述

本次研究的核電項目中，主、輔系統出現轉換壓力突降問題表現在系統機組轉速1350r/min，其主油泵和輔助油泵切換出現了突降問題。若直接停止輔助油泵運行，會導致潤滑油系統發生突降問題，進而產生較大降幅問題，嚴重時候會引起汽輪機出現強制停車問題。

3? 仿真分析回路問題

現針對突降問題仿真分析，選用軟件為AMESim仿真模擬軟件。

現實運行中，主油泵輸油經過停止回閥直接和輔助油泵會和，整個處理過程經過了冷油器和雙聯濾油器，順著滑動軸承經過孔板閥門后實現潤滑。經過冷油器和雙聯濾油器壓力調節閥可控制潤滑油系統，最終實現系統壓力的調節和設計控制。

AMESim仿真模擬系統表示，整個輔助油泵在汽輪機轉速中速度控制為 1350r/min、1500r/min時候就會發生停機問題，且輔助油泵的快速停機時間約為2s，現模擬對比這個變化階段的仿真情況。

仿真壓力監測點：選用壓力調節閥壓力控制口作為監測點。

檢測臨界值：當汽輪機轉速為1300r/min;1500r/min時候多會出現快速停機問題。且對比二者停機表現，當在1500r/min時候，快速降低值低于1350r/min。對比兩組延時、快速停機壓力值變化中，1350r/min停機壓力幅度值變化較小。可對比分析1500r/min的停機壓力變化，汽輪機在1500r/min延時停機的壓力值幅度變化稍大。

結果分析：仿真結果表示，當機組轉速為1500r/min時候，可以實現主油泵和輔助泵切換效果，且通過輔助油泵的延長停機控制，可以在一定范圍中控制潤滑油系統的壓力，且隨著延時時間變化，效果愈加明顯。

4? 分析壓力突降原因

現針對核電項目類型，仿真結果研究，分析主、輔油泵機壓力突降原因。分析已經投運的項目，輔助油泵采用的是交流離心泵，選用參數為3.33Bar，流量為134.32L/S。當壓力不斷增加，輸出的流量也隨著減少。173.5L/S是潤滑油正常運行的流量，但隨著機組轉速變化，汽油泵機的輸出量也會相應改變。例如，當機組轉速達到了1500r/min時，主油泵機的實際流量為182.2L/S。此過程中，汽輪機啟動運行較為明顯，當系統供油量和樹葉壓力不斷變化的時候，機組的轉速也在不斷改變，且供油量也隨著有油液壓力逐漸升高。當離心泵輸出量降低時候，整個主油泵的輸出量會穩定上升;離心泵輸出量減低時候，主輸油泵的壓力也會隨之上升，當二者流量超過一定范圍值的時候，整個壓力的調節閥也類似一個旁路管理機制，不再具有對應的調節壓力作用。此時系統的壓力也會隨著流量的增加而有所變化。當輔助油泵停止運行后，機組系統不會再在提供流量，若輔助油泵機停機明顯，會直接引發總流量突降，若突降流量占據整個系統的很大部分，最終導致壓力突降明顯。實際上，當汽輪機轉數達到1500r/min時候，油壓下降幅度可控，機組承擔的流量和油壓較高，因此要達到此轉速時候，輸油泵的輸油量也處于較低的位置，主油泵流量和轉機轉速呈現正相關關系，整個機組都已經達到了最大流量。若輔助油泵的輸出流量和總流量比值發生變化，突發停機一般不會引起大范圍的下降問題;當輔助油泵延時停機，因為機組流量和輸油量能力有限，流量梯度較小，一般不會表現出明顯的突降問題。短時間內停機時，受大壓力突降影響機組會及時上升，形成一個特殊壓力脈沖，這是因為輔助油泵切斷了流量供應，讓壓力突發下降，此時壓力調節閥才起到了控制調節的作用。總結分析可知，經過現場數據分析和仿真測試研究，主、輔泵停機所造成的油壓突降問題是不可取的，但是可以通過延長輔助油泵停機過程和處理時間，及時調整油壓幅度，以此來控制、預防汽輪機組誤停機問題。

5? 結語

綜上所述，隨著我國工業化生產進步，核電項目逐漸增加，主輔油泵切換時壓力突降問題也得到了廣大單位的關注，本文從工業化生產監督分析，闡述了其影響原因，建議相關生產單位因地制宜，做好工業化調控管理。

參考文獻

[1] 史進淵.核電汽輪機轉子在低周疲勞與高周疲勞交互作用下裂紋擴展壽命的研究[J].機械工程學報，2015，51（22）：152-158.

[2] 何阿平，沈國平，黃慶華，等.中國核電汽輪機發展與展望[J].熱力透平，2015，44（4）：225-232，238.

[3] 章洪亮，余強，石聯峰，等.1000MW核電汽輪機主油泵用34CrAlNi7-10鋼熱處理工藝研究[J].大型鑄鍛件，2019（2）：35-36，39.

[4] 吳澤波. 海洋平臺核能汽輪機軸系強度及穩定性研究[D].大連：大連理工大學，2018.

[5] 楊璋.核電濕蒸汽汽輪發電機組不平衡響應特性及典型振動故障研究[D].南京：南京航空航天大學，2018.

[6] 鄭軍偉，汪彥，劉航，等.1755MW核電汽輪機軸向位移跳機閾值調整與驗證[J/OL].熱能動力工程，2020（5）：59-63[2020-06-15].https：//doi.org/10.16146/j.cnki.rndlgc.2020.05.008.