ASG汽动泵调节与超速试验

华 雪

（中核核电运行管理有限公司 运行三处，浙江 海盐 314300）

0 汽动泵概述

ASG汽动泵为卧式两级离心式结构，由汽轮机来驱动，汽轮机包含在一与泵壳成整体的汽缸中。汽轮机叶轮具有单排叶片，泵叶轮、汽轮机叶轮和导叶都装在公共轴上，该轴由两只水润滑的径向轴承来支承。轴承装在汽缸和泵壳之间的中央水室中，并由取自第一级叶轮出口供应的水来润滑，该水通过自动清理的过滤器引入轴承。泵由泵壳和中央水室上形成的脚支承在钢制成的底板的支座上，而泵的整体结构消除了需要在泵和汽轮机之间的找准中心。泵的运行转速由汽轮机控制装置来控制，它调节到汽轮机的蒸汽量。控制装置的主要元件为蒸汽主汽门，调节阀和压力调节器。泵也装有电气和机械超速脱扣机构，当转速达到预定的水平时，它能关闭蒸汽主汽门。

1 ASG汽动泵的功能

ASG系统能在任一正常给水系统（CVI、CEX、ABP、ARE、APA）发生事故时，ASG系统立即投入运行，通过由辅助给水系统供水的蒸汽发生器产生蒸汽，导出堆芯余热，直到反应堆冷却剂系统达到余热排出系统（RRA）可投入的状态。每台蒸汽发生器配置一台电动泵和一台汽动泵，每台泵都能以100%的能力向蒸汽发生器供水。相对于电动泵而言ASG汽动泵能在核电厂全厂失电的情况下仍能向ARE蒸汽发生器正常供水，用于一回路降温冷却，而且汽动泵设计成能在与ASG系统正常使用相对应的蒸汽压力范围内运行，即8.6MPa～0.70MPa的蒸汽压力。在最坏情况下泵仍能以1.47MPa的吐出压力供应流量35m3/h，直到RRA系统投入运行。

图1 ASG汽动泵机构原路图Fig.1 Original road diagram of ASG steam pump mechanism

图2 机械超速原理图Fig.2 Schematic diagram of mechanical overspeed

2 汽动泵超速机构原理

2.1 ASG汽动泵主汽门

ASG主汽门也称手动截止阀，它也装有调节阀组件，它焊接在焊嘴室上形成汽轮机盖的一部分，阀门的伸出部分带有一活塞。在正常运行中，活塞的阀侧受到引入汽轮机喷嘴室的蒸汽全压力，而活塞的下侧接受相同的蒸汽压力，这是通过主汽门内的一个钻孔以及旋入阀延伸杆端部并由活塞防松螺母固定的一块孔板控制泄漏的。但因主汽门的出口侧处于排汽压力，有一个净力作用在阀门上使阀门开启，于是蒸汽将进入汽轮机使其开始转动。当超速脱扣动作时，锥形阀开启活塞下侧的蒸汽压力得到突然释放，由于活塞面积大于阀座面积，其面积差使主汽门活塞上侧的压力使活塞朝该方向移动，于是将主汽门关闭。脱扣后锥形阀将一直保持开启，当脱扣装置复位后，锥形阀关闭蒸汽压力将再次在活塞下积聚，汽轮机将重新启动。

主汽门有个手轮，现场保持锁开，当手轮关闭时可将截止阀强制关闭；当手轮在开启时，手动截止阀活塞的上侧受引入汽轮机喷汽室的蒸汽全压力，而活塞下部接受来自阀门内的一个钻孔的蒸汽，正常时上下压力一样，保持压力平衡。

2.2 汽动泵的电气超速原理

电子脱扣的动作通常用来自电子测速器的信号自动进行，它开启一电磁阀，该阀连接在来自主汽门到锥形阀的蒸汽管以及锥形阀出口到蒸汽排汽之间。当电子脱扣触发时，电磁阀打开，从而让主汽门下部活塞的蒸汽压力释放关闭主汽门，使汽动泵安全停运。在就地控制盘上和主控室内都提供操作员控制下的手动按钮，也提供复位按钮。

在试验机械脱扣时，在就地控制盘上提供一按钮，当按下时，它超越电子脱扣使泵达到机械脱扣转速；当释放按钮时，电子脱扣重新得到触发。万一机械脱扣未能动作，松开超越按钮自动将泵脱扣，因为转速是在电子脱扣的预设定水平之上。

2.3 汽动泵的机械超速原理

如图2所示机械超速是独立电气超速来动作，机械超速是偏心的飞锤装在汽动泵的轴上，当汽动泵转速到达机械超速定值时，飞锤受到离心力的作用甩出撞击触发器，触发器的运动松开向上摆动的脱扣操纵杆。这会导致手动复位操纵杆向下移动，从而减低弹簧的压力，使锥形阀打开。通过连到气缸壁出口的一个管道通向截止阀活塞的下侧管道中的蒸汽压力降到汽机排出的通道的压力，在截止阀活塞上侧的压力作用下导致主汽门关闭，切断汽机蒸汽，完成机械超速保护。

超速脱扣通过提升复位杆来复位，它关闭锥形阀并放下脱扣杆，直到它与触发器啮合并将它与轴脱开。复位杆能用手提升，或由装在底板的泵支座段上的一只电动螺线管来提升。螺线管心杆上的滚柱通常与复位杆保持脱离，但当从主控制室执行时，心杆一直提升着，直到滚柱与杆接触，并将它向上推入复位位置。一旦脱扣装置被复位，心杆被抽回与杆脱离。

3 汽动泵调节原理

在手动截止阀后有一个蒸汽流量调节阀，调节阀的动作由压力调节驱动来调节到汽轮机的蒸汽流量，从而调节泵的输出，以满足运行的要求。压力调节器平衡受3个变量的影响：泵出口压力、弹簧的压缩量、截止阀和调节阀之间的蒸汽压力。

如图3可知，小汽轮机控制装置由主汽门、调节阀及差压调节器3部分组成。差压调节器上端的压力引自泵出口管线的压力，其下端的压力来自泵出口管线上的文丘里管喉部的压力。在连杆装置平衡的情况下，作用在调节阀上的压力与弹簧力之和应与作用在活塞上的压力差相等。

图3 ASG汽动泵调节机构Fig.3 ASG Auto Pump adjusting mechanism

泵的流量控制可以通过两种方法：第一，改变泵的特性曲线。当汽动泵进汽压力增加泵的转速提高，流量增大，导致文丘里管喉部的压力降低，扩压段的压力上升，从而使调节器压缩弹簧，关小进汽调节阀，减小泵转速，从而降低流量，回到稳定之前状态，反之亦然；第二，调节泵出口调节阀。当泵出口调节阀关小时，泵出口流量下降，文丘里管喉部和扩压部分压差也变小，导致蒸汽调节阀会轻微打开，转速稍微上升，流量上升趋于稳定值，反之亦然。

4 汽动泵超速试验

4.1 汽动泵超速试验原理

汽动辅助给水泵超速试验主要是通过使辅助给水泵发生汽蚀，出口扬程低，导致汽动泵突然甩负荷，从而达到超速的目的。试验时通过关闭汽动泵的入口阀，使汽动泵的入口压力降低，当汽动泵吸入压力低于汽动泵的必须汽蚀余量时，泵将产生汽蚀，泵扬程急剧下降，汽轮机转速快速上升，达到超速保护定值时，保护打闸装置动作，汽动泵跳闸。从汽动泵调速机构也可以分析即当泵发生汽蚀时，泵出口处文丘里管喉部和扩压部分压差突然减小，蒸汽调节阀将开大，汽动泵转速迅速上升直到超速机构动作。

4.2 超速试验的前提条件及风险

某厂一号机组ASG汽动泵超速试验每3个燃料循环执行一次，二号机组改成长燃料循环后每两个燃料循环执行一次，电站处于热停堆或双相中间停堆状态（RRA系统退出运行，蒸发器二次侧压力高于2MPa），汽动泵在线完成。VVP系统可以向汽动泵正常供蒸汽。本试验存在对设备和人员造成严重伤害的重大风险，试验期间维修机械和仪控工作负责人必须在现场与运行人员一同配合，首次启动汽动泵后现场必须与主控核对转速指示的一致性，当转速偏差大于500RPM时，应停止试验，并要求仪控人员检查转速传感器的正确性。否则可能导致电气超速不能正常动作，为了不影响APG系统，进行试验之前应把带钥匙开关APG001 CV置于“闭锁”位置，在试验之后，根据需要把它恢复至“非闭锁”位置，如果试验期间发现泵的振动、噪音和温升异常，立即停止试验。

4.3 ASG超速试验主要步骤

运行汽动泵超速试验可以归纳以下4步：第1步检查电站内部及外部条件满足超速试验的要求，例如电站处于热停堆或双相中间停堆状态（RRA系统退出运行，蒸发器二次侧压力高于2MPa），汽动泵在线完成，VVP可以向汽动泵供蒸汽；第2步将电气超速保护定值整定到5000rpm，并验证电气超速保护动作正常，后将电气超速定值调整到正常9226rpm，验证主控跳闸和复位功能，验证就地控制柜跳闸和复位功能；第3步保证汽动泵在小流量状况下运行30min各种参数正常，验证主控和就地跳闸、复位功能；第4步进行电气超速试验，合格后将电气超速整定10000rpm（作为机械超速的后备保护）后，进行机械超速试验，合格后恢复电气超速正常值。

4.4 历年超速试验中遇到问题

回顾核电厂历年来汽动泵超速试验出现多次不如人意的地方。例如2011年在汽动泵超速试验过程中，现场人员手动进行脱扣试验时，本应转速降至0rpm，但是转速却降到1100rpm；复位后主控再次进行主控脱扣，转速也无法降至0rpm，同样最终转速在1100rpm。后分析原因是在调试期间ASG管道冲洗不是很干净，残留的杂物混杂在蒸汽中，在停机时蒸汽中的夹杂异物散落在关断阀的阀面上，导致阀门关闭不严，致使泵的转速无法降为零后多次重新启机用蒸汽冲洗阀面，将散落在阀面上的异物冲走试验才满足要求；2006年在执行汽动泵的超速试验时，当转速达到10000rpm，机械脱扣装置仍未脱扣，后电气超速动作汽动泵安全跳闸；2014年在执行汽动泵超速试验时，由于机械超速定值调整不理想共执行9次试验才满足要求；2011年12月，在执行PT1ASG016超速试验，当ASG003PO启动后，转速为8290rpm，主控出现ASG031AA报警（1ASG003PO跳闸），主控人员立即查看相关参数，发现ASG003PO实际并未跳闸，即ASG235VV未关闭，同时KIT中ASG242EC翻转（机械超速），后仪控确认为机械超速开关触点因振动误动，重新调整触点后报警消失。

回顾往年试验汽动泵超速试验主要问题在于机械超速定值不好整定，所以运行人员在执行试验一定要有机械超速不一定能正常动作的心理准备。

4.5 ASG汽动泵超速试验注意事项

1）在执行试验时主控操纵员可以将一回路温度适当地提高，可以减小蒸汽发生器的排污流量，从而防止当汽动泵启动时造成一回路温度过度冷却，并在试验期间密切关注一回路温度。

图4 汽动泵轴封水示意Fig.4 Axial sealing water signal of steam pump

2）就地关汽动泵入口阀时一定要缓慢，主控和就地要一直关注汽动泵的转速，一旦转速到达9800rpm时要果断打闸。

3）在关闭入口阀时可以通过泵运行的声音、泵入口压力、泵的转速及小流量的变化来判断汽动泵将要超速。

4）在汽动泵超速的瞬间，汽动泵的转速迅速上涨，在以往执行试验时当机械超速没有动作时，由于转速迅速上涨到9800rpm时，操作人员来不及反应，导致后备电超速保护动作，而由于电气超速整定值为10000rpm，当保护动作时由于电气保护和执行机构的动作需要一定的延时，实际上当电气超速保护动作时，汽动泵的转速很接近限制了，建议将电气超速定值适当的调小。

5）如图4所示由于整个泵体的转动部件由两个水润滑的径向轴承支撑，泵没有润滑油系统，轴承由水来润滑，而润滑水取自泵的入口，当关闭泵的入口阀进行超速试验时有可能导致轴承失去润滑水而此时泵的转速很高，有导致轴承损坏的风险，建议在执行试验时临时接入外接管线供轴承润滑水。

6）汽动泵只有一个转速探头，也就是说主控转速表、就地转速表、电气超速转速都是通过同一个转速探头测的，这就给汽动泵做机械超速试验带来很大的风险，一旦机械超速不能可靠动作，如果此时转速表指示偏低，那么很有可能出现实际汽动泵转速超过10000rpm时，汽动泵仍未跳闸的风险。因此，建议在执行试验时新增加一个转速表和原转速表进行校核，减小超速风险。

5 小结

ASG辅助给水系统作为核电厂重要专设系统之一，而ASG汽动泵又是ASG系统的重要组成部分，该设备运行是否可靠直接影响核电厂的安全。ASG汽动泵的超速试验是ASG的重要试验之一，中核运行二厂ASG汽动泵超速试验一般在机组大修后热停堆后执行，该试验是大修的关键路径，此试验执行的顺利与否不仅关乎大修的进度，影响机组经济效益而且试验执行不当可能会导致设备损坏、危机人身安全。本文通过对汽动泵调节原理、超速机构及试验原理进行分析和总结并对目前ASG汽动泵超速试验潜在的风险进行分析并提出合理化的建议，对今后的ASG汽动泵超速试验有很好的指导意义。