谷鐵

關(guān)鍵詞：工作油溫；潤(rùn)滑油溫；液力耦合器；滑差；工作油冷卻水流量

引言：M310型核電機(jī)組主給水泵油系統(tǒng)分為潤(rùn)滑油回路和工作油回路。潤(rùn)滑油回路的功能是保證給水泵組軸承的潤(rùn)滑。工作油回路的功能是利用改變液力耦合器勺管位置來(lái)實(shí)現(xiàn)泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。油系統(tǒng)通過(guò)油循環(huán)流動(dòng)和油冷卻器，排出運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。潤(rùn)滑油回路和工作油回路各自相對(duì)獨(dú)立，但使用同一種油，共用一個(gè)液力耦合器油箱。因此主給水泵油溫的控制事關(guān)主給水泵軸承及其液力耦合器安全可靠運(yùn)行。

? 一、主給水泵油系統(tǒng)油溫控制分析

在主給水泵液力耦合器動(dòng)力傳輸中，由于渦輪的速度小于泵輪速度，該速度差稱為滑差。由于速度差的存在而導(dǎo)致的動(dòng)力損失對(duì)工作油加熱升溫。同時(shí)軸承摩擦將引起潤(rùn)滑油溫度上升，潤(rùn)滑油油溫由含溫敏材料的溫控閥自動(dòng)控制。以下主要研究分析工作油溫度控制。

? 1.工作油溫度控制分析

工作油溫度取決于功率損失（滑差）和工作油流量、工作油冷卻水流量，且受溫度測(cè)量?jī)x的監(jiān)控。

（1）滑差對(duì)工作油溫的影響

設(shè)泵輪轉(zhuǎn)速為Nb，渦輪轉(zhuǎn)速為Nt，則滑差S=（Nb－Nt）/Nb。泵輪的轉(zhuǎn)速是一定的，為5012rpm。渦輪轉(zhuǎn)速（即壓力級(jí)泵轉(zhuǎn)速），泵啟動(dòng)時(shí)最小轉(zhuǎn)速大約為710rpm，泵最大輸出轉(zhuǎn)速為4855rpm。所以壓力級(jí)泵運(yùn)行時(shí)，泵輪和渦輪間一般是存在滑差的。若不對(duì)工作油冷卻散熱，工作油溫度將持續(xù)上升。由于速比v=Nt/Nb，泵輪輸入功率Pb=（Pt×Nb）/Nt，計(jì)算滑差損失功率ΔP=Pt×（Nb－Nt）/Nb。根據(jù)相似原理電機(jī)額定功率與輸出轉(zhuǎn)速的三次方成正比，電機(jī)額定功率下的轉(zhuǎn)速為泵輪轉(zhuǎn)速，因此Pt=P×（Nt/Nb）3，將v=Nb/Nt代入求解得：ΔP=P×（v2－v3）。進(jìn)行微分計(jì)算得出當(dāng)轉(zhuǎn)速比為2/3（Nt=2/3×Nb=2/3×5012rpm≈3341rpm）時(shí)，液力耦合器滑差損失功率最大，工作油溫最高。

由于主給水泵的最小唧送轉(zhuǎn)速約為3600rpm，即轉(zhuǎn)速上升到3600rpm時(shí)開始可以向蒸汽發(fā)生器（SG）注入水。因此隨著核電機(jī)組功率的上升，SG給水量需求增大，主給水泵轉(zhuǎn)速逐漸增大，滑差降低，滑差引起損失功率降低，反之機(jī)組功率下降時(shí)，主給水泵滑差降低，滑差引起損失功率增大。

（2）工作油流量對(duì)工作油溫的影響

油的流量由油流量控制閥來(lái)控制。當(dāng)泵轉(zhuǎn)速變化時(shí)，通過(guò)勺管和油流量控制閥連接的操縱桿機(jī)構(gòu)連帶動(dòng)作油流量控制閥，來(lái)改變工作油流量。泵轉(zhuǎn)速增加時(shí)，滑差減小，動(dòng)力傳遞損失減小，產(chǎn)生的熱量減小，工作油溫度有下降趨勢(shì)。同時(shí)轉(zhuǎn)速增加，為勺管拔出工作腔室的過(guò)程，連動(dòng)油流量控制閥關(guān)小，降低工作油流量，使得工作油冷卻器中冷卻效果下降。反之泵轉(zhuǎn)速降低時(shí)亦然。

（3）冷卻水流量

工作油冷卻器的冷卻水（常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)（SRI）提供）流量由冷卻水流量控制閥或其旁路閥來(lái)控制。通過(guò)對(duì)冷卻水流量控制閥設(shè)定給定溫度值，通過(guò)溫度測(cè)量值與給定值的偏差來(lái)控制流量控制閥的開度來(lái)增加或降低冷卻水流量來(lái)調(diào)節(jié)油溫度。

? 2.工作油溫度異常的危害

（1）油溫度高的危害

工作油溫度過(guò)高，將影響液力耦合器的傳遞特性，因工作油和潤(rùn)滑油共用油箱，將引起油粘性下降，使得泵組軸承潤(rùn)滑效果變差，可能造成軸承磨損。工作油溫度高到160℃，將引起耦合器工作腔室上的易熔塞熔化，液力耦合器損壞。

（2）油溫度低的危害

當(dāng)油箱中的油溫<40℃，油氣分離器的油氣分離效果差，油產(chǎn)生泡沫，將引起工作油泵壓力波動(dòng)，將導(dǎo)致給水泵自動(dòng)/手動(dòng)控制時(shí)輸出速度振蕩或執(zhí)行器和勺管周期的移動(dòng)。另要求油溫不得<5℃，油箱油溫太低將使得油箱中電動(dòng)潤(rùn)滑油泵啟動(dòng)力矩太大，可能導(dǎo)致油泵不能啟動(dòng)。

? 二、工作油溫度異常處置

? 1.工作油溫度異常處置誤區(qū)

工作油溫控制存在誤認(rèn)為只要降低主給水泵轉(zhuǎn)速可以緩解工作油溫度異常高問(wèn)題。實(shí)際上，當(dāng)降低機(jī)組功率（使得水汽壓差下降，主給水泵轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)下降）或是手動(dòng)降低主給水泵轉(zhuǎn)速時(shí)，而液力耦合器泵輪轉(zhuǎn)速是一定的（5012rpm），所以泵轉(zhuǎn)速（渦輪轉(zhuǎn)速）降低，液力耦合器泵輪和渦輪轉(zhuǎn)速差增大，滑差增大，動(dòng)力傳遞損失增大使得工作油溫度上升。由前面計(jì)算可知，不考慮其他因素，轉(zhuǎn)速為3341rpm時(shí)，滑差產(chǎn)生的損失功率最大，工作油溫最高。泵轉(zhuǎn)速下降時(shí)，勺管是越來(lái)越深入液力耦合器工作室，操縱連桿機(jī)構(gòu)將帶動(dòng)油流量控制閥開大，使得經(jīng)過(guò)工作油冷卻器的油流量增大，冷卻加強(qiáng)，抑制工作油溫上漲趨勢(shì)，但通常并不足以補(bǔ)償轉(zhuǎn)速降低使滑差增大引起的工作油溫度上漲，還需要冷卻水流量控制閥不斷開大，增大冷卻水流量來(lái)補(bǔ)償溫度的上漲，甚至在轉(zhuǎn)速較低滑差大的低功率平臺(tái)，即使在機(jī)組低功率時(shí)冷卻水本身溫度會(huì)因負(fù)荷小相對(duì)低些，冷卻水流量控制閥全開也無(wú)法維持工作油溫在給定值上。

? 2.工作油溫度優(yōu)化分析

針對(duì)上述油溫異常處置的誤區(qū)，工作油溫度異常上升處理策略進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)工作油溫度異常上升，采取降低機(jī)組功率或是降低主給水泵轉(zhuǎn)速的策略時(shí)，存在引起工作油溫度上升的風(fēng)險(xiǎn)。故單純地使用降低功率或是切泵降低故障主給水泵轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行干預(yù)，可能引起故障異常情況惡化，導(dǎo)致工作油溫上漲更大更快，進(jìn)而損壞主給水泵液力耦合器，導(dǎo)致主給水泵損壞失去轉(zhuǎn)速控制功能。

因此必須輔助以適當(dāng)采取開大主給水泵冷卻水流量控制閥的開度（有開啟裕量時(shí)）或是其旁路開度（控制閥無(wú)開啟裕量時(shí)），增大冷卻水流量的方式，來(lái)補(bǔ)償工作油溫度上漲的情況。同時(shí)在增大冷卻水流量時(shí)需要關(guān)注對(duì)冷卻水系統(tǒng)流量和溫度的影響，避免對(duì)冷卻水系統(tǒng)其他負(fù)荷產(chǎn)生不利的影響，此時(shí)降低機(jī)組功率時(shí)，冷卻水系統(tǒng)其他負(fù)荷減小是一個(gè)緩解作用。

針對(duì)工作油溫度異常上升處理策略進(jìn)行優(yōu)化如下：

盡早將運(yùn)行的故障泵切換到備用泵運(yùn)行；

切泵降低主給水泵轉(zhuǎn)速的過(guò)程中根據(jù)工作油溫度變化趨勢(shì)，關(guān)注確認(rèn)冷卻水控制閥自動(dòng)開大增大冷卻水流量維持工作油溫度在給定溫度定值。

若冷卻水控制閥已全開無(wú)調(diào)節(jié)裕量，適當(dāng)開啟冷卻水流量控制閥的旁路閥，增大冷卻；

關(guān)注閉式冷卻水系統(tǒng)冷卻水運(yùn)行情況（冷卻水溫度、負(fù)荷運(yùn)行情況）；

若閉式冷卻水系統(tǒng)溫度存在上升，則降低機(jī)組功率，減少冷卻水系統(tǒng)除工作油冷卻器的其他負(fù)荷的出力；

處理故障的同時(shí)安排組織人員檢查和消除故障缺陷。

? 三、結(jié)論

通過(guò)對(duì)主給水泵油系統(tǒng)工作油回路運(yùn)行原理、工作油溫控制進(jìn)行研究分析，指出工作油溫控制存在的慣性思維誤區(qū)，明確和優(yōu)化工作油溫度控制的策略。有利于在日常運(yùn)行及故障異常情況下控制好主給水泵工作油溫度，避免液力耦合器因工作油溫異常損壞，確保主給水泵運(yùn)行的安全，為蒸汽發(fā)生器給水安全提供保障，進(jìn)而確保機(jī)組核安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫治忠.調(diào)速型液力耦合器工作油溫超標(biāo)原因分析與對(duì)策[J].2015.

（作者單位：福建福清核電有限公司）