快堆鈉泵可靠性分配研究

浦恩山 谷繼品

（中國原子能科學研究院，北京102413）

1 概述

快堆鈉泵是快堆的核主泵，其主要功能是驅動一回路鈉冷卻劑循環，將反應堆堆芯核裂變產生的熱能最終傳遞給蒸汽發生器以產生蒸汽，進而推動汽輪機發電。與其他反應堆核主泵的不同之處在于：快堆長期停堆時，為保證一回路鈉冷卻劑的溫度，同樣要求其低速運行，即停堆不停泵[1]。因此其長時間穩定安全可靠的運行對冷卻堆芯、維持鈉冷卻劑溫度及防止事故的發生極為重要。縱觀中國整個核電市場，國內核電站的核主泵基本上都是從國外進口[2]，快堆核主泵目前也沒有實現國產化，其原因有很多，但究其根源是可靠性不能滿足核電行業的要求。因此開展以可靠性為中心的快堆核主泵國產化研究是目前快堆行業面臨的迫切任務。

2 鈉泵可靠性分配的原理

鈉泵可靠性分配是鈉泵可靠性設計中重要的工作內容，它是根據一定的原則和方法，將經過論證的鈉泵總體可靠性指標分配到各個部件。經分析，影響鈉泵可靠性的關鍵部件包括：電機、聯軸節、上部軸承、機械密封、下部流體靜壓軸承、水力部件及主軸[3]，從鈉泵各關鍵部件執行的功能可知，鈉泵基本可靠性模型和任務可靠性模型均屬于無約束串聯模型。鈉泵可靠性分配就是將鈉泵的整體可靠性指標按一定的方法和原則分配到以下七個部件。

3 鈉泵可靠性分配方法的選擇

針對無約束串聯模型，常用的可靠性分配方法有以下四種：等分配法、評分分配法、比例組合法、考慮重要度和復雜度的分配法。這四種方法各有優缺點，需根據首次研制鈉泵特點選擇合適方法。由于國內鈉泵尚處于研制階段，且是第一次開展可靠性分配工作，鈉泵相關部件相似產品在堆上的可靠性數據也缺乏，比例組合法難以實施。平均分配法雖然簡單，但是比較粗略。考慮重要度和復雜度的分配法考慮的因素較單一，不能全面反映鈉泵各部件的可靠性。而評分分配法考慮了各部件的復雜度、重要度、技術水平、環境條件等因素的影響，并充分利用了現有技術人員的工程經驗，能比較全面的反映鈉泵各部件的可靠性水平。因此，選擇評分分配法對鈉泵的可靠性指標進行分配。

4 鈉泵評分分配

4.1 鈉泵評分因素

結合鈉泵的結構特點及使用條件，并考慮實施的可操作性及推廣性，分配過程中主要考慮4 種影響因素：復雜程度、技術水平、工作時間及環境條件。

4.2 鈉泵評分原則

這里用故障率作為分配參數，各種因素評分值范圍為1 分～10 分，評分值越高說明該部件的故障率越大，相應的可靠性越低。

4.2.1 復雜程度是根據鈉泵各部件的零部件數量及它們組裝的難易程度來評定的。最復雜的評10 分，最簡單的評1 分。

4.2.2 技術水平是指鈉泵各部件目前的技術水平和成熟程度來評定。水平最低的評10 分，水平最高的評1 分。

4.2.3 工作時間是根據鈉泵各部件的工作時間來評定。各部件工作時間最長的評10 分，最短的評1 分。

4.2.4 環境條件是根據鈉泵各部件所處的環境來評定。各部件工作工程中環境條件極其惡劣的評10 分，環境條件最好的評1分。

4.3 鈉泵評分法可靠性分配計算[4]

4.4 鈉泵評分結果

關于鈉泵可靠性分配，一共請了17 位對鈉泵的設計、制造、試驗、管理等方面比較了解且工程設計經驗豐富的專家對鈉泵的七個關鍵部件進行了打分，并對打分的結果進行整理得到了鈉泵各部件的評分系數，最后計算每個部件評分系數的均值。

4.5 鈉泵評分的正態性檢驗

對于某個部件的評分結果在理論上或按經驗可以認為服從正態分布，但是，是否滿足這種分布，需作正態性檢驗。

這里采用Shapiro-Wilk 定量檢驗法對評分結果作正態性檢驗。該方法國際標準及國家標準都推薦使用。經檢驗，只有上部軸承和聯軸節的數據不符合正態分布假設。

4.6 鈉泵評分可信性的評估

評分可信性用樣本中有無“異常值”來衡量。如有“異常值”，則需按一定規則進行剔除。剔除“異常值”后，樣本就增加了可信性。“異常值”是樣本中的個別值明顯地偏離它所屬樣本的其它數值。這里采用格拉布斯法（Grubbs）來確定樣本中的“異常值”。

經過計算，水力部件、下部流體靜壓軸承、上部軸承和聯軸節中評分系數的最大值需要剔除，其余評分系數不用剔除。剔除異常值后，再進行正態性檢驗，此時只有聯軸節的評分系數不符合正態性假設，原因可能是專家評分的人數較少所致。剔除異常值后，重新計算各部件的評分系數均值，并對評分系數均值進行歸一化處理，結果如下：水力部件：16.16%；下部流體靜壓軸承：30.79%；主軸：19.24%；機械密封：21.27%；上部軸承：5.95%；電機：5.49%；聯軸節：1.10%。

4.7 鈉泵可靠性分配結果

5 結論

本文在所建立的鈉泵可靠性模型的基礎上，利用評分分配法將鈉泵的可靠性指標進行了分配，并對評分的結果進行了正態性檢驗和可信性評估，可靠性分配結果基本符合預期。通過可靠性分配。需要說明的是，鈉泵可靠性分配作為鈉泵可靠性設計的重要工作，是一個漸近、反復的過程。在初始設計階段進行可靠性指標分配時，由于許多情況還不夠明朗，可供使用的信息有限，很難做到一次分配到位。為使分配的結果準確、合理，在鈉泵設計的各個階段均要反復多次進行可靠性分配。