一種核電抗震I類泵HPC泵的研發與應用實例

趙廉揆

摘要：簡述核電HPC泵的研發、抗震分析、驗證、現場的成功應用。

關鍵詞：核電；抗震I類泵；研發應用

引言

當前全球環境趨于惡化，核能作為一種清潔再生能源受到日益重視，自日本福島核事故以來，國家對核電廠設備安全等級全面提高，大耐泵業有限公司適應核電用戶要求，研發了HPC系列抗震I類泵，目前設備均已在核電現場投入使用運行狀況良好。

1.研發制造整體情況

1.1技術要求： 中試廠乏燃料后處理項目中池冷水泵技術參數

性能：Q=224m3/h ，H=71m； 泵型號HPC100-250，電機HY280S-2/75KW；安全等級：放化2級（核三級）、抗震Ⅰ類、質保B級；執行標準：RCC-M。

地震環境：泵安裝在乏燃料廠房-6.0m標高處。乏燃料貯存廠房在-3.2m標高處的水平和垂直SL-2樓層，-6.2m標高處的水平和垂直SL-2樓層反應譜在規格書中已經給定。

1.2研發過程：嚴格按照HAF003 《核電廠質量保證安全規定》 要求，執行RCC-M標準進行設計。

1.2.1整體技術描述：泵結構確定，按照技術規格書要求，此泵為單級、單吸、端吸懸臂、徑向剖分蝸殼式，臥式離心泵結構。

1.2.2主要部件材料：承壓部件：Z3CND19-10M（法國牌號）；泵軸Z20C13

1.2.3.設計計算：按RCC-M中D3000、D3400以及《技術規格書》的要求，將進行承壓部件的強度計算，軸的強度校核，臨界轉速，軸承壽命等設計計算和說明，形成設計計算書。

2.泵的抗震分析

初步零件圖設計完成后，委托具備資質的清華大學對泵機組進行抗震分析計算，并出具報告。

2.1三維建模分析：分析采用三維CAD軟件統一集中質量單元建模。整個模型共有9個集中質量單元，200個梁單元，401417個實體單元，109565個節點。然后在ABAQUS軟件中建立有限元網格模型進行分析，如圖所示。

通過抗震分析，得到以下結論，在設計壓力、水力、自重、接管、地震等載荷共同作用下：

（1）承壓部件滿足RCC-M要求，能夠保證結構的完整性，能夠在地震期間及之后連續運行；

（2）底座、軸承箱能夠在地震下保證結構完整性；

（3）連接螺栓以及地腳螺栓的應力滿足RCC-M附錄Z VI的要求；

（4）泵軸的相對變形小于轉動件與靜止件之間的間隙，不會產生摩擦。軸的靜強度和疲勞強度的安全系數遠大于許用系數可運行；

（5）轉子系統扭轉臨界轉速遠離額定轉速，泵軸的第一階彎曲臨界轉速為

2.2鑒定試驗項目

2.2.1運轉試驗（耐久性試驗）：

13個流量點下連續運轉400小時。軸承溫升：油池的油溫低于82℃，油池的油溫升不超過40℃，軸承壓蓋處的溫度不超過93℃；

2.2.2性能試驗：確定泵的揚程、軸功率、效率與流量的關系。取13個以上不同的流量點。

2.2.3汽蝕試驗：取5個不同的流量點，分別做汽蝕試驗。

允差：臨界汽蝕余量小于等于（NPSHr）G*（1+3%），則汽蝕滿足規定性能。

2.2.4噪聲、振動試驗：按《技術規格書》的要求驗收。

3.性能試驗驗證結果

HPC100-250（出廠編號：N1308083-33），經性能試驗測試，振動噪聲等各項指標合格，測出符合工況額定點的性能值：

流量：Q=224 m3/h，揚程：H=73.1m，軸功率：P=62.5 Kw，效率：η=71.3%，滿足工況需要。

4.結束語

HPC系列泵的設計研發，使核電廠離心泵抗震等級進一步提高，保障了現場工作安全順利進行，以往同類項目采用的多是非抗震級泵，存在地震安全隱患，HPC泵的研發和應用，扭轉了這一狀況，預防了地震風險，拓展了市場份額，收到了良好的經濟效益及社會效益。

參考文獻：

[1]中試廠乏燃料貯存水池擴建工程池水冷卻泵技術規格書，中國核電工程有限公司.

[2]機械設計手冊，機械工業出版社，1991

[3]RCC-M（2000版及2002年補遺）壓水堆核島機械設備設計和建造規則.

[4]核安全法規HAF0215，國家核安全局批準發布，1996