1000 MW 核電廠EHG 型泵共模缺陷的分析及處理

華樹明，王躍飛，張振潭

（廣西防城港核電有限公司，廣西防城港 538000）

0 引言

某核電站0SDA014/124PO 相繼發生軸承燒毀事件，兩臺SDA 泵軸承燒毀的情況基本相同，0SDA014PO 非驅動端軸承燒毀，0SDA124PO 驅動端軸承燒毀，軸承保持架已碎裂成小塊。兩臺泵解體后發現，葉輪與泵體口環、葉輪背面與泵蓋、節流襯套與軸之間均有嚴重磨損。排查發現，TEU、TEP、SLT、PTR、SEL、SED、SDA 等系統共48 臺泵均為某泵業有限公司生產的EHG 型單級離心泵。經過調查，確定造成軸承燒毀的主要原因可能是泵軸向力偏大。通過調整背葉片尺寸進而調整葉輪背葉片軸向力平衡能力，以達到調整軸向力、降低軸向力、增加軸承壽命的目的，避免因軸向力過大而導致軸承發生疲勞損壞。

1 軸承燒毀原因分析

1.1 可能的原因

（1）理論計算與流體實際流動狀態可能存在一定偏差，實際流體運行狀態下泵轉子軸向力比理論計算值偏大，理論計算軸承壽命安全余量偏小時會增加故障風險。

（2）泵在小流量工況運行時，其轉子軸向力會比正常工況下變大，并且會導致泵機組振動加劇，改變軸承工作環境、增大軸承載荷，對軸承壽命產生不利影響。

針對上述分析，基本排除小流量工況運行的原因，因此解決問題的主要方向為：調整葉輪背葉片尺寸，盡可能降低泵轉子本身的殘余軸向力，間接增大軸承使用壽命的安全余量。

1.2 軸向力過大產生的現象及影響

（1）對軸承溫升的影響。泵轉子軸向力過大時由于軸承滾道與滾珠產生擠壓摩擦，產生更多的熱量，此時軸承溫度會升高，但如果潤滑條件良好、環境溫度不高時，其熱量會及時導出，軸承溫度變化不會太大，此時測量軸承溫度不會明顯升高，溫升范圍也符合要求。

（2）軸承疲勞破壞。泵轉子在軸向力過大工況下長時間運行時，會在軸承摩擦擠壓面上產生較大的應力，在運行一段時間后軸承某一部位產生疲勞損傷，隨著泵持續運行，疲勞損傷將會加劇并擴散，此時軸承溫度會大幅升高。如果未及時發現，此疲勞損傷擴散到一定程度后，軸承將會嚴重損壞并失效。

不同泵在不同的運轉條件下，上述影響也不完全相同，從疲勞損傷開始到軸承破壞間隔時間也不相同。

2 最終結論和處理方案

2.1 分析結論

根據0SDA014/124PO 在運行中軸承燒毀的信息反饋，考慮理論計算與流體實際流動狀態可能存在一定偏差，實際流體運行狀態下泵轉子軸向力比理論計算值偏大，會增加軸承故障風險。推動某泵業有限公司對上述排查結果中軸向力超過±900 N泵的葉輪進行技術升級（表1），通過調整葉輪背葉片尺寸，盡可能降低泵轉子本身的殘余軸向力，增大軸承使用壽命的安全余量來解決該問題。

（1）選取軸向力超過±900 N 的泵葉輪進行技術升級的原因：①對上述EHG 型泵進行壽命計算，其理論計算壽命安全余量較大，同時降低軸向力可增加其安全余量；②6308 軸承的疲勞負荷極限為1020 N，考慮到安全裕量決定通過降低軸承載荷至±900 N 以增加軸承壽命，避免由于軸向力過大導致軸承疲勞損壞的可能性。

（2）技術升級原理。通過調整背葉片尺寸進而調整葉輪背葉片軸向力平衡能力，以達到調整軸向力、減小軸承負荷的目的。

葉輪背葉片軸向力平衡能力F1=ρg（Re2-Rh2）2π。其中，Re為葉輪背葉片半徑，Rh為葉輪背葉片輪轂半徑，ω 為葉輪背葉片中液體旋轉速度。葉輪背葉片中液體旋轉速度ω′與背葉片寬度以及葉輪后蓋板與泵蓋間隙有關，ω′=)。其中，t為背葉片寬度，s 為葉輪后蓋板與泵蓋間隙。

從上述兩式可以看出，葉輪背部的壓力分布與背葉片的半徑、寬度以及葉輪后蓋、泵蓋間隙等尺寸相關。

2.2 處理方案

根據上述計算，對于發生故障的泵軸承進行處理：更換同樣型號的葉輪，并對其背葉片尺寸進行調整，以調整葉輪背葉片軸向力平衡能力（表1）。

表1 處理方案

上述處理方法對泵組功能不會產生影響，具體如下：

（1）采取調節背葉片尺寸的方法只對背葉片尺寸調整，葉輪的水力尺寸沒有更改，因此在葉輪外徑相同的情況下，其水力性能與原葉輪相同。

（2）改進后的葉輪只需在某泵業有限公司廠內對其進行動靜平衡試驗，發往現場后可直接安裝使用。

（3）改進后的葉輪按原泵相同質量要求進行制造加工，并提供相應的質量記錄文件及動靜平衡報告。