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大亚湾核电站循环冷却水泵减速齿轮改进
作者:管理员    发布于:2016-01-30 11:51:38    文字:【】【】【

  大亚湾核电站循环冷却水泵减速齿轮改进周富涛(广东大亚湾核电站,广东深圳518124)广东大亚湾核电站是我国引进国外资金、设备和技术建设的座大型商用核电站,安装两台单机容量为984MW的压水反应堆发电机组,自1994年投运以来,取得了良好的社会效益和经济效益。大亚湾核电站装有4台循环冷却水泵,在电机和水泵之间安装的是英国罗尔斯罗伊斯公司生产的行星式齿轮减速器。该行星齿轮减速器包括一个太阳轮,4个行星轮和两个内齿轮环。齿轮形式为双螺旋线对称双斜齿传动副传动为NGW型角变位传动。行星齿轮减速器额定机械功率为4498kW,大传递力矩266353N.m,额定输入转速744r/min,额定输出转速161r/min,机械效率99.3.太阳轮和行星轮的材料为BS722M24T(近似国标钢号25Cr2MoV),齿面硬化经调质渗氛处理,表面硬度RC61~65;内齿环材料为BS817M40T(近似国标钢号40CrNiMoA),齿面硬化经过淬火处理,表面硬度HB248~ 302.整套行星齿轮减速器由专门的润滑油系统进行润滑冷却,设计使用寿命10万小时以上。

  1失效原因分析1998年1月9日,大亚湾核电站1号机组在功率运行的状态下,突然发生2号循环水泵减速齿轮箱行星齿轮断齿导致泵组停机,发电机组降功率的事故,给电站造成重大经济损失。

  通过委托有关单位对失效齿轮进行渗层质量分析和扫描电镜观察,发现该齿轮表面渗氮层中,微孔占化合物层3/4以上厚度,部分呈孔洞密集分布,评定级别为5级,属等级差类。从渗氛扩散层中氮化物的检验结果来看,扩散层中有较多波纹状分布的氛化物,说明该齿轮在渗氮前热处理时,淬火温度偏高,造成奥氏体晶粒过于粗大,渗氮时氮化物优先沿晶界伸展,从而在氮化层中形成明显的波纹状或网状组织,脉状氮化物的评定级别为3级。以上表明此渗氮层的疏松程度较为严重,造成表面渗层的耐磨性下降,在工作过程中造成渗层崩塌、剥落。同时齿轮的工作面普遍存在不同程度的损伤(点蚀、剥落、磨痕发亮等),其损伤形式主要表现为疲劳磨损。说明齿轮工作面应力偏高,也是造成齿轮失效原因之一。

  渗氮层深度偏小(大深度0 550毫米),渗层硬度下降过快,使齿面呈现蛋效应,是齿面产生剥落、点蚀的另一个原因。

  齿轮齿面产生剥落、点蚀后,在工作过程中复杂应力的作用下形成疲劳裂纹。齿轮润滑油在齿轮啮合面的高压作用下,浸入裂纹并在裂纹中形成“油楔”,造成裂纹进一步扩展,终导致齿轮的断齿。

  2外部经验反馈来自法国电力公司的经验反馈表明,在1993年以前,法国核电厂使用与大亚湾核电站相似的行星减速齿轮。其齿形为斜齿,行星轮/太阳轮齿面均为渗氮处理,该型齿轮在运行过程中发生断齿事故的累积运行时间为450~63000小时(大亚湾核电站为44000小时)。通过对事故原因和齿轮本身问题的分析,法国电厂对减速齿轮进行了改进:①改变了齿轮的热处理工艺,即将齿轮表面渗氮改为渗碳,并适当增大渗层深度;②将齿轮的齿形由斜齿改为直齿。经过上述改进后,法国核电厂再也没有发生过行星减速齿轮在寿期内断齿或表面破坏的事故。

  3改进方案考虑到大亚湾核电站目前的运行情况和大修工期,我们改进涉及面不能太大,必须在原有系统和空间的基础上进行改动。针对原齿轮的失效原因,吸取国外的有关经验,在不改变齿轮大小及尺寸的情况下,提出以下改进方案:太阳轮材料和表面处理方式不变,仍然使用BS722M24T,和表面渗氮处理。

  标钢号12CrNi3A),其表面处理方式由渗氮改为渗碳。

  处理方式由淬火改为渗氮。

  因为斜齿齿形相比直齿具有更高的n齿合系数,较大的传动比,更好的传动稳定性,并且齿轮在运行中振动小,过载的可能注也较小,所以我们仍然保留原齿轮斜齿齿形的特点。

  4结论经过以上改进,行星轮材料抗拉强度由850N/mm2(下转第166页)弹簧压缩量为:10mm(由国外资料提供)端面接触比压为:系数;为动环端面面积。

  根据研究螺旋槽推力轴承的过程,假设:(1)垂直于槽台交界面的润滑介质的流动是连续的;(2)每一槽台区润滑介质的密度不变,则可以建立起控制润滑介质压力分布的微分方程。当槽数无限多时,上述假设成立,从而建立起了螺旋槽轴承的“窄槽”理论。进一步假设介质压力沿槽区和台区均为线性分布,求解在以槽台区建立的微分方程,可得到介质压力分布的表达式。在半径为r处,取出宽为dr的圆环,当dr趋向无穷小,槽数足够时,展开后可看作一槽数无限的平行槽模型,在这一圆环带上产生的压力增量为dp,对于泵入式螺旋槽(槽的作用使流体从外径R处往内径R1处流动)dp与dr的关系为等式左边的“-”表示dp的方向与dr的方向相反。

  膜厚,h1 =h+hg;hg为槽深;a为螺旋线的螺旋角;H为非槽区(台区)膜厚与槽区膜厚比,H=h/h1;Y为台槽比;-为介质通过微环dr的质量流量(泄漏率),根据连续性方程,所有半径处的质量流量(泄漏率)相等;P为介质在大气压环境下的密度,r为微环dr处的半径;g1(aH,Y)、g2(aH,Y)为螺旋槽函数。

  根据膜厚h,经过我们用专用程序计算可以看出,上面的计算结果除了气膜厚度较薄以外,其他的几项指标和普通的密封没有什幺差。该密封的动环部分就是普通的8B1T机封。而干气密封的设计指标和普通密封的指标相tt有很大的区,其弹簧比压远低于普通的机械密封。计算的数据说明这一台泵的干气密封的弹簧比压过大,使运转时气膜的厚度低于正常值,过薄的气膜虽能获得较小的泄漏量,但其抗干扰能力较低,对温度、压力的变化引起的动、静环的微小变形非常敏感,而且对泵的运转精度、气体的清洁度等要求较高。同时使泵在开停车时密封动静环接触时间加长增加磨损。可以肯定,该机封动环的参数不能用于28LD干气密封。

  对于该泵的使用工况,我们将参数调整如下:动环压缩量:5mm端面接触比压:0.05MPa静环螺旋角修正:16°按以上参数经程序校核,其膜厚度为:3.5mm经过这样的调整后,经现场运行,效果非常良好。

  3总结干气密封的弹簧力主要用于提供密封在静状态下的闭合力。运转时,端面气膜产生的开启力与介质及弹簧产生的闭合力达到平衡,即可在目非接触状态下实现密封。如要端面尽早的开启,就要求设计弹簧比压在较低的水平上。同时,维持一个较低的弹簧比压可保证使气膜有一定的厚度。如果厚度过小,密封气膜抵御泵的振动、轴的串动及动静环本身变形的能力就很差,可能导致动静环面的接触,进而形成干摩擦,使气膜状态受到破坏。

  (上接第164页)提高到1000N/mm2,再经过渗碳处理,其表面载荷相比原材料和处理方式提高30.同时行星轮表面硬化层深度加厚,使硬化层硬度下降过陡的情况有所改善,提高了行星轮抗冲击负荷的能力。齿环材料的改变,使其韧性、回火稳定性、耐磨性有所提高;经渗氛处理后,齿环的抗点蚀抗磨损的能力大大提高,表面硬度由HB248-302改进后,该行星减速齿轮的安全系数由170提高到2.27,相比原来提高了33.使得泵组和核电机组的可用率有较大提高,并相应减少了机组降负荷或停机的风险。

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