百万千瓦压水堆核电站上充泵样机研制概述

来源:用户上传      作者: 张吉来 杨理烽

　　摘要 本文介绍了压水堆核电厂RCV系统上充泵的功能和性能参数，明确了上充泵的技术要求， 介绍了上充泵机组的结构特点和鉴定试验内容。
　　关键词 压水堆核电厂； RCV；上充泵
　　中图分类号TM623文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）111-0059-03
　　0 引言
　　为响应核电设备国产化政策，填补国内同类产品空白，我公司与重庆水泵厂联合研制了百万千万级压水堆核电厂用上充泵。
　　上充泵是用于M310压水堆核电厂化学和容积控制系统（代码为RCV）中的核二级泵，它的重要性和复杂程度仅次于反应堆冷却剂泵。每台核反应堆机组有3台上充泵泵组，它们位于核辅助厂房内。
　　上充泵机组的主要功能如下：
　　1） 为反应堆冷却剂系统提供上充水流，从而维持稳压器中正常液位(RCV上充功能)；
　　2） 为反应堆冷却剂泵的一号轴封提供冷却水，用来润滑、冷却轴封，防止轴封损坏，并控制反应堆冷却剂沿泵轴的泄露(密封水注入功能)；
　　3） 用作安全注入泵，防止LOCA事件中堆芯的裸露(高压安注功能)。
　　1 上充泵的设计参数和技术要求
　　上充泵在最小流量到最大流量范围内，其H―Q曲线（扬程―流量曲线）不能有驼峰，且应具有陡斜的特性。
　　M310机组压水堆核电厂上充泵的运行点见下表，其它基本参数如下：
　　输送介质：含硼除盐水
　　运行温度：6℃~140℃
　　设计压力：进口2.10MPa（g）/ 出口21.7MPa（g）
　　上充泵的性能保证点：
　　流量，m3/h 13.6 34 148 160
　　最小扬程，m 1830 1767 730 500
　　最大扬程，m 1860 1802 810 --
　　
　　2 上充泵机组组成
　　上充泵机组主要由泵、增速机、电动机（含润滑油空气冷却器）、高低速联轴器及联轴器罩、润滑系统、监测系统、底座及配对法兰及相应的紧固件等零部件组成（见图1）。电动机通过增速装置和连轴器驱动上充泵。
　　上充泵型号及主要技术参数：
　　1）型号：HSD型卧式双壳体多级离心泵（HSD150-80）；
　　2）流量：5m3/h~160m3/h；
　　3）入口压力：0.5bar~21bar；
　　4）扬程：500m~1860m；
　　5）转速：4720r/min；
　　6）外形尺寸：长×宽×高=6950mm×1950mm×2700mm；
　　7）电机:
　　型号 ：YHD630-4 710kW 6600V
　　额定电压：6.6KV ；
　　频率： 50HZ；
　　额定功率：710 kW ；
　　额定转速：1485 r/min ；
　　防护等级：IP 55；采用油脂润滑。
　　3 泵的结构设计
　　上充泵由外壳体部件、内壳体部件、转子组件、密封部件及前后轴承部件等主要零部件组成。
　　3.1 外壳体部件
　　外壳体部件由外壳体和外泵盖组成，泵的进、出口法兰焊接到外壳体上，在外壳体下部设有疏水管接口。
　　3.2 内壳体内部构件设计
　　内壳体为水平中开式整体铸造而成，集导流通道和平衡通道于一体，减少了外部管道的设置，使上充泵的结构更加紧凑，提高了泵的抗震性能。内壳体采用180°对称双蜗形，保证泵在任何运行工况下，泵腔施加给转子的径向力矢量平衡。转子部件和内壳体可以整体从外壳体内抽出，进行维修或更换。
　　3.3 叶轮
　　上充泵为11级离心泵，首级采用双吸叶轮，以增强泵吸入性能，提高汽蚀性能；10个次级叶轮为单吸叶轮，以提高泵的效率，次级叶轮分为两组背对背安装在轴上，自动平衡轴向力。
　　叶轮为闭式结构，精密铸造，并进行静平衡和动平衡校验，静平衡等级为G6.3，动平衡等级为G2.5级。
　　3.4 泵轴
　　泵轴为刚性轴，采用有限元方法计算得到泵轴的一阶扭转频率为96.93Hz，横向主振频率为 159.2Hz，从模态分析结果可知，泵轴的一阶频率为 92.2Hz，远离 33Hz。在地震等事故状态下运行是安全的。
　　 为了便于装配和拆卸，提高可维修性，安装叶轮的位置，设计成阶梯轴，每个阶梯直径相差0.2mm 。
　　3.5 转子组件
　　转子组件由泵轴、叶轮和轴套、密封轴套、卡环和密封环等组成（见图2）。
　　
　　图2 转子部件外形图
　　叶轮在轴上用卡环固定，保证运行安全；每个叶轮进行静平衡和动平衡校验后，组装成转子组件进行整体动平衡，精度等级为G2.5级，以确保泵在任何工况下运行其振动都符合要求，使泵在流量大于0.3Qn(Qn为泵最高效率点下的流量)的正常运行工况运行时，振动烈度的极限不超过2.8mm/s（均方根）的有效速度，最大绝对振幅不超过20μm，当泵在流量低于0.3Qn的工况运行时，振动烈度限制值不超过上面给出值的1.5倍，即4.2mm/s。
　　3.6 轴承部件
　　上充泵的轴承部件两个，前轴承（驱动端）仅为一组径向滑动轴承，后轴承（非驱动端）由一组径向滑动轴承和一组双向止推轴承组成，滑动轴承承担径向力，止推轴承承担转子部件残余轴向力。新型的滑动轴承的结构，满足无预润滑快速启动的要求。
　　3.7 密封
　　上充泵是多级离心泵，其密封分级间密封、高压密封面静密封和泵轴密封。
　　1）各叶轮密封环、中间密封和密封衬套等密封结构采用螺旋密封，利用螺旋反抽的原理从而实现泵腔液体的级间密封，螺旋密封采用多头型式，使级间泄漏尽可能减少，同时在螺旋齿表面上镀硬铬来提高硬度，减少泵的易损件的磨损，提高使用寿命，降低了维护和维修工作量；
　　2）高压密封面静密封。外壳体与内壳体的高低压分界处，大端盖与外壳体高压密封处，采用金属包覆垫，内包石墨粉，金属的弹性好，可提高密封面的密封性能，而石墨热敏性极小，可减小泵在热冲击工况时的热应变；
　　3）轴封。泵的轴封使用集装式单端面平衡型机械密封，从泵第一级取水进行机械密封的冲洗和冷却，轴封是螺旋密封和机械密封组合结构，通过螺旋密封的抽吸，减小机械密封的密封压力，延长机械密封的使用寿命。
　　泵在高速运转时螺旋密封起主要作用，在停车时，机械密封起主要作用，这就保证了在发生安全停堆地震（SSE）后，泵的轴封仍能有效进行密封而不发生泄漏。
　　3.8 增速机
　　增速机的传动比为3.18，单级人字齿硬齿面齿轮付。
　　3.9 联轴器
　　采用齿轮联轴器，便于调整对中，避免电机的轴向窜动对增速机的影响，以提高运行可靠性。
　　泵与增速机、增速机与电机之间的联轴器都配有足够长度的中间节，保证不移动增速机就可拆卸泵的轴承和机械密封。
　　所有的联轴器都在运行转速下进行G2.5级的动平衡校正，以保证泵组在全性能范围都达到振动要求。
　　3.10 润滑系统
　　润滑系统由润滑油、主油泵、辅助油泵、油箱、空气冷却器、双向过滤器、溢流阀、流量调节阀和管线组成。
　　上充泵机组中泵的轴承、增速机轴承和齿轮均通过润滑系统提供润滑油进行润滑和冷却。润滑系统在上充泵机组所有可能运行工况下都能提供充分的油润滑和冷却。润滑系统中的主油泵与增速机的低速端相连，增速机低速轴驱动主油泵，在上充泵机组正常运行过程中提供润滑油；辅助油泵为上充泵机组启动和停车过程提供润滑油或作为主油泵的备用油泵。
　　3.11 底座和联结螺栓
　　泵、增速机组、电动机分别安装在单独的底板上。
　　底座设计为由槽钢、工字钢和钢板组焊成刚性底座，保证足够的强度和刚度，焊接后进行消除应力处理和无损检测，以保证安装后不变形和足够的抗震能力，底座配置水平调节螺钉和地脚螺栓，所有支承件和地脚元件具有足够强度和刚度，以保证上充泵在所有工况下安全运行。
　　4 鉴定试验
　　4.1 试验依据
　　上充泵鉴定试验按ZB-WD-EM-430《二代加核电站压水堆上充泵鉴定规格书》要求制订的《上充泵试验大纲》和《上充泵试验规程》进行。
　　4.2 试验项目和结果
　　4.2.1 水力性能试验
　　上充泵水力性能试验结果如下：
　　测量点流量
　　(m3/h) 34 148 160 备注
　　扬程（m） 要求值 1760~1802 730~810 ≥500  
　　 试验值 1768.25 816.91 653.80  
　　轴功率（KW） 563.45 613.05 584.03 ≤650
　　效率（%） 29.6 53.8 48.8  
　　振动（mm/s） 1.45 1.21 1.02 ≤2.8mm/s
　　噪声（dB(A)） 86.6 87.4 88.4 ≤101dB(A)
　　NPSH3（m）     7.51 ≤7.8
　　介质温度（℃） 31.5~39.1 31.5~39.1 31.5~39.1  
　　零流量下的扬程（m） 要求值1830-1860 试验值1876.33
　　
　　各性能保证点参数满足《上充泵研制任务书》要求。
　　4.2.2 热冲击试验
　　
　　图3 热冲击温度变化曲线
　　按上充泵鉴定规格书的要求进行1次热冲击试验，试验在介质温度为7℃的条件下处于148 m3/h流量点运行，然后在10秒内向上充泵内通入120℃的高温水，维持上充泵的输送介质在120℃±5℃的条件下运行了4h，之后将介质温度降至60℃±5℃，上充泵在此温度下运行了4h，测试泵的水力性能。
　　试验后，对上充泵进行解体检查，确认泵动静摩擦面无咬合现象，叶轮、轴、导叶等无裂纹或永久变形 ，外壳体进行清洁后检查无裂纹及永久变形。
　　4.2.3 极限小流量运行试验
　　上充泵先在13.6m3/h流量下运行1h，然后逐渐过渡到极限最小流量5m3/h下运行1h。试验过后解体检查泵，没有任何损坏。
　　4.2.4 耐久试验
　　按《上充泵研制任务书》和《ZB-WD-EM-430二代加压水堆核电站上充泵鉴定规格书》的要求，上充泵进行了200h耐久试验。 在214小时期间启动与停止26次，在最小流量13.6m3/h下运行14h，在流量3m3/h下累计运行86h，在流量148m3/h下累计运92h，在最大流量160m3/h下累计运行22h，其它时间流量变换运行，在累计耐久试验194h后进行水力性能试验。
　　耐久试验后水力性能测试记录：
　　测量点流量 (m3/h) 34 148 160
　　扬程（m） 1772.81 835.20 692.20
　　轴功率（KW） 548.86 602.64 580.19
　　效率（％） 29.2 55.6 51.1
　　振动（mm/s） 1.41 1.06 0.86
　　噪声（dB(A)） 86.6 87.4 88.4
　　零流量下的扬程（m） 1899.38
　　
　　各性能保证点参数满足《上充泵研制任务书》要求。
　　4.2.5 未经预润滑的快速启动试验
　　上充泵和增速机采用滑动轴承，对泵整体进行了2次无预润滑快速启动试验。该试验在耐久试验中期进行。耐久试验后解体检查时检查滑动轴承，没有发现任何损伤。
　　5 结论
　　1）上充泵样机设计按《上充泵研制任务书》的要求进行设计和制造，贯彻执行了RCC-M标准、ASME标准的相关要求和有关的国家标准。设计符合相关标准要求；
　　2）根据《上充泵研制任务书》和ZB-WD-EM-430《二代加核电站压水堆上充泵鉴定规格书》的要求，制订了《上充泵试验大纲》和《上充泵试验规程》。上充泵样机按上述文件进了全部项目试验，试验数据表明：上充泵样机的性能和质量满足研制任务书的要求，并达到国外同类产品的水平；
　　3）上充泵的制造工艺是在成熟加工技术的基础上设计的，齐全的工艺文件和先进的加工、检验设备，有能力满足批量生产的进度和质量要求；
　　4）上充泵是自主研制的创新产品，具有完全的知识产权。
　　
　　
　　参考文献
　　[1]核工业第二研究设计院.秦山二期扩建工程上充泵技术规格书.2005.
　　[2]中国核电工程有限公司.上充泵研制任务书.2003.
　　[3]王滨.压水堆核电站用泵，核工业第二研究设计院内部资料，2003.
　　[4]Minutes of Meeting of CHP and RCP for Qinshan Ⅱ Extension Project.2007.
　　[5]陈鉴墅.见证上充泵性能试验的参考资料，2007.
　　[6]中国核电工程有限公司内部资料，2008.
　　[7]百万千瓦压水堆核电站上充泵研制总结报告，2010.

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