方家山核电主泵油密封泄漏量研究

方家山核电主泵油密封泄漏量研究

郭鹏飞

上海理工大学上海200082

摘要：方家山核电机组商运至今，反应堆冷却剂泵曾多次出现泄漏油泵频繁启动的缺陷，导致相关领导对油密封的可靠性产生质疑。泄漏油泵的启动频率不仅跟油密封的漏量相关，也跟本身油位也就是润滑油油量和起泵触发油位值有关系。为了对油密封本身的工作状态进行评价，有必要推算油密封真实的泄漏量。

关键字：反应堆冷却机泵；油密封；泄漏量

1.前言

方家山核电主泵选用三轴承结构单级、离心、立式轴流泵。包括电机上导轴承、电机下导轴承及推力轴承组件以及水润滑导轴承。实质上布置在电机和泵中间位置的轴承组件起到了电机推力轴承、电机下导轴承、泵推力轴承和泵上导轴承的作用。

主泵的油密封安装在推力轴承下部，起到密封润滑油的作用。油密封是一种机械密封，动静环面采用了流体动压密封设计，有一定的许可泄漏范围。泄漏的油全部进入下油箱，也就是泄漏油箱。当泄漏油箱油位到达设定值后，启动泄漏油泵，将泄漏油箱中的润滑油泵入上油箱。

方家山现场多次出现泄漏油泵频繁启动的现象，导致油密封的可靠性被质疑。实际上泄漏油泵启动频率不仅与油密封泄漏量有关，因此需要明确油密封泄漏量的测算方法。

2.方家山主泵油系统分析

主泵润滑油系统主要由三个油箱组成：主油箱（轴承室油箱）、上油箱和泄漏油箱（下油箱）。

主泵稳定运行期间在主油箱和上油箱的润滑油一直在循环流动：位于主油箱内的主油泵将润滑油打入上油箱，冷却上导轴瓦后通过溢流的方式流至主油箱，形成一个循环。见图2.1

图2.1油系统概览

从图中可以看出泄漏油箱的油来源有两个，油密封泄漏和主油箱（轴承油箱）溢流。由于主油箱溢流对应的油位标记为98%，实际主油箱的油位达不到98%，因此对于正常运行的泵而言，泄漏油箱的油位上涨全部来源于油密封的泄漏。

由于泄漏油箱的几何构造较为复杂，因此需要进行简化。并通过积分计算出某油位对应下的实际泄漏油箱油量。见图2.2

图2.2泄漏油箱构造

3.计算过程

首先定义以下代数含义：

泄漏油箱的油位：a%，定义a1%<a2%

油位从a1%上升至a2%的时间：t

修正前的容积：z

泄漏油箱垂直轴向高度：y，y的0位定义在泄漏油箱刚刚有油的位置

泄漏油箱外筒半径：r1

泄漏油箱内筒半径：r2

修正系数：k，由于油箱不是360度通透的，主要是人孔占用了部分容积，因此需要定义修正系数k,0<k<1.根据计算取0.7

修正后的容积：Z

由图纸可得出：

使用微积分计算360°通透情况下的容积z：

带入计算后可得：

因此得出修正后的容积：

最后就可以得出在某一段时间t的油量变化

4.结论与展望

以方家山核电2号机组某台主泵为例，泄漏油箱在6.8小时内，油位从27.36%升至34.5%，带入计算可得出油密封泄漏率约为3.44l/h。

动压型机械密封利用流体动压效应在端面间产生一层极薄的流体膜，实现非接触，以改善密封端面间的润滑状况。与普通机械密封相比，动压型机械密封可大大降低密封面磨损，提高密封的可靠性，延长密封寿命。该计算方式能够较为精准测算油密封的泄漏量，有利于评价其性能，为预防性维修的规划提出依据。

那么针对泄漏油泵频繁启动的问题，需要进行更加细致的分析与探讨。目前对泄漏油泵的频启原因分析有以下方向。

一是泄漏油泵吸入气体，真正每次抽送的油量小于预期，初步计算每次抽送的油量约19l左右，正常应抽送33-40l左右一次。以某台泵为例，油泵吸油约2分钟后，左侧油箱吸完，油吸入空气，此时油位显示33%，主油箱油位最高93.24%，上油箱油位大幅波动从54%降至50%，这是不正常现象，这可能是上油箱有较多的气泡（油温上升使得油中释放出更多气体），影响了上油箱油位的准确性，正常的情况是上油箱油位基本保持不变，因上油箱始终处于溢油位，这个原因可能是上下油箱呼吸帽堵塞了，导致上、下油箱中的气体不能及时排出，影响了油位的准确性，从泄漏油泵发生过启动两次的情况，即刚停又启动，可以印证这一点，说明下油箱刚抽完油，理论上油位应大幅下降，但由于气泡的存在，油位不准，短时间内下油箱油位又达到38%，触发启泵。

从C4循环初期上油箱油位基本稳定油位开始波动加大，随之对应泄漏油泵启停间隔变短，这关联性最为紧密，基本可以推断，由于气温升高，油气产生量加大，且在上油箱不能顺利排出，是导致泄漏油泵启停间隔变短最主要原因；

二是油位计不准，通大气管可能堵塞，需要安排校验；

三是轴承箱溢油管线位置较低，上油箱溢油到主轴承箱，理论上主轴承箱应全部接纳上部油箱来的油，但如果轴承箱溢油管线位置较低的话，油会直接溢出到下油箱，这样会导到下油箱快速上升到启泵油位，导到泄漏油泵启停间隔变短。

参考文献

[1]于新奇,王振辉，蔡仁良.动压型机械密封技术的应用和发展,流体机械.2005（8）

[2]丁利.核反应堆冷却剂泵安装与维护中的常见问题分析[J].城市建设理论研究:电子版,2015(19).

[3]方家山主泵运行维护手册（厂家技术文件）

作者简介

郭鹏飞（1989.06.13），性别：男；籍贯：湖北；民族：汉；学历：本科、学士；职称：工程师；职务：核电厂工程师；研究方向：工程管理