重水供应系统重水泵盘根磨损原因分析及处理

江东飞

（中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300）

0 引言

秦山三期2 台机组是引进加拿大的重水堆机组。这种反应堆的一大特点是在反应堆运行时，由两台装卸料机同时连接燃料通道的两端相互配合实现不停堆换料。重水供给泵是向装卸料机重水阀站提供重水的，用于装卸料机冷却和加压，同时操作装卸料机水力回路[1]。

该泵属于三缸立式柱塞泵，输出压力高，对密封性要求较高。重水泵盘根更换属于重水开口作业，给检修人员带来了放射性物质吸入的风险，整个更换过程加上维修后试验，需要一整天时间，因此花费了大量的人力、物力。统计1 台机组2017—2018年2 台重水泵盘根泄漏率超标缺陷共发生20 余次，影响了重水供应系统的安全、稳定运行。因此将重水泵盘根的使用寿命进一步延长，对降低运行成本、减少工作量，确保重水供应系统安全、稳定、经济运行有着重要的现实意义。

1 重水泵盘根组件及盘根密封原理

1.1 重水泵盘根组件介绍

重水泵柱塞盘根包括主盘根组件和辅盘根组件，其中主盘根组件包括弹簧、下支撑铜套、3 个盘根环，上支撑铜套，而辅盘根组件是由1 个平环、3 个V 形环和1 个上支撑铜套组成。柱塞盘根机械结构如图1 所示。

1.2 盘根密封原理

填料装入填料腔以后，经压盖对它作轴向压缩，当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，并与轴紧密接触。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成水膜，使盘根填料和轴类似于滑动轴承，起到了一定的润滑作用，从而避免了盘根和轴的过度磨损。轴在微观下表面是不平整的，与盘根只能部分贴合、部分未接触，所以在盘根和轴之间存在微小的间隙，像迷宫一样，带压介质在间隙中多次被节流，从而达到密封的作用[2]。

盘根要保持良好的润滑和适度的压紧。若润滑不良，或压得过紧都会使水膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和出现严重磨损。

图1 柱塞盘根机械结构

2 重水泵盘根磨损原因分析及处理

造成重水泵盘根磨损原因可能有很多，如盘根本身的质量问题、柱塞和柱塞导向铜套的磨损、拉杆与拉杆支撑架的对中不好、高温高压的工作环境，等等。下面通过人、机、料、法、环等方面对可能导致重水泵盘根磨损的因素作具体分析。影响盘根泄漏率超标的因素主要有：①人员培训和操作技能不足；②拉杆支撑架磨损变形；③柱塞与导向铜套间隙问题；④盘根本身的质量问题；⑤其他因素，如重水泵切换频率、高温高压的工作环境、盘根泄漏误报警等下面对这些影响因素依次分析。

2.1 人员培训和操作技能不足

在重水泵盘根更换时，现场工作人员均是经过处室内部培训并取得授权的合格人员，且在整个工作过程中，能够严格遵守程序执行工作，不会在更换时损坏盘根。而现场使用的维修规程是根据现场反馈信息进行过多次升版，能够满足现场工作的需要。因此，人员培训和操作技能不足是造成重水泵盘根泄漏的次要原因，本文不予考虑。

2.2 拉杆支撑架磨损变形

拉杆（配合面外径约22.30 mm）和拉杆支撑架的安装孔（孔内径约22.36 mm）之间的间隙很小（约0.06 mm），而柱塞（螺杆外径约22.16 mm）和拉杆支撑架的安装孔（孔内径约25.50 mm）之间的间隙很大（大于3 mm）。因此拉杆支撑架安装到拉杆上，拉杆螺母紧固后，正常情况下，不会因为支撑架的位置影响柱塞的定位。但是如果拉杆支撑架变形，会导致拉杆和拉杆支撑架之间的对中不好而影响柱塞的定位，导致与柱塞配合的盘根组件局部磨损。拉杆支撑架如图2 所示。

图2 拉杆支撑架

拉杆与拉杆支撑架是通过上下两对对中调节块和固定螺母进行连接。拉杆支撑架与对中调节块的配合面经常会出现凹坑，如果不及时处理，长期运行后，会影响与拉杆之间的对中，加速与柱塞配合的盘根组件的磨损。

综上分析，可以明确拉杆支撑架的变形是导致柱塞盘根磨损的原因之一，而要从根本上解决这一现象，就必须研磨拉杆支撑架与对中调节块的配合面，以保证拉杆与拉杆支撑架的良好对中，从而有效减轻柱塞盘根的磨损。

为了解决这一问题，设计并制作了拉杆支撑架的研磨工具（图3），根据拉杆支撑架与对中调节块的配合原理，在部位1的斜面上粘贴可贴式砂纸研磨拉杆支撑架内部与对中调节块接触的配合面；部位2 是在研磨拉杆支撑架内部与对中调节块接触配合面时对拉杆支撑架进行导向，使之研磨准确。如果拉杆支撑架内壁有毛刺等有缺陷，也可以在部位2 上粘贴可贴式砂纸进行研磨。目前对拉杆支撑架的检查要求已经固化到维修规程当中。

图3 拉杆支撑架研磨工具

2.3 柱塞与导向铜套间隙问题

秦三厂104 大修重水供给泵解体检修过程中，发现所有3个柱塞下导向铜套内径磨损严重，与柱塞的配合间隙超出要求（柱塞与导向铜套的间隙要求为0.08～0.18 mm）。对该重水泵的3 个柱塞导向铜套进行了更换。更换导向铜套后，间隙满足要求，该泵盘根使用寿命长达6 个月之多，有效地延长了重水泵盘根的更换频率。后续在其他重水泵检修过程中发现，也有柱塞外径出现严重磨损的情况，对柱塞也进行了更换，同样延长了重水泵盘根的更换频率。

综上分析，柱塞与导向铜套间隙过大也是导致柱塞盘根磨损的原因之一。目前对重水泵盘根柱塞与导向铜套间隙的检查项目已经固化到维修规程当中。

2.4 盘根本身的质量问题

盘根是直接从盘根制造商UTEX 供货。从到货盘根的文件和泵的历史文件，确认了UTEX 提供的盘根环型号与泵的历史文件、月城提供的型号一致，盘根环供货型号也没有问题。故盘根本身的质量问题不予考虑。

2.5 其他因素

在盘根泄漏报警时，会逐一排除可能出现的故障，以有效制定措施。而重水泵切换频率、承受高温高压的工作环境是客观存在的，对盘根寿命的影响是固定的，本文不予考虑。

2.6 小结

影响重水泵盘根泄漏率超标的主要原因是拉杆支撑架的磨损变形和柱塞与导向铜套间隙过大。

目前，秦山三期的4 台重水泵的拉杆支撑架已经按要求完成了打磨，满足与拉杆的对中度要求。对尺寸不满足要求的柱塞或导向铜套也进行了更换。这些措施大大降低了盘根与柱塞间的局部摩擦力，满足运行要求。近期重水泵盘根使用寿命平均达6 个月之久，有效地延长了重水泵盘根的更换频率，对降低运行成本、减少工作量，确保重水供应系统安全、稳定、经济运行有着重要的现实意义。

3 结论

本文从重水泵盘根更换频繁、使用寿命短，开始查找原因，并找出影响重水泵盘根密封效果的主要原因，制定了延长其寿命的控制措施，并将这些措施严格运用到检修中。通过有效地实施检修，大大降低了盘根更换的频率，节省了处理缺陷的人力、物力，保障了系统安全稳定地运行。

在以后重水泵盘根更换检修过程中，增加拉杆支撑架状态检查，对检查不合格的拉杆支撑架进行打磨。精确测量柱塞与导向铜套的间隙，对尺寸不满足要求的柱塞或导向铜套进行更换。这种方式已经在维修文件中进行固化，使得在今后盘根更换检修工作规范化。