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百萬千瓦壓水堆核電站安全殼噴淋泵分析對比

文檔作者：張雷周全初正輝文檔來源：太連深潭泵業(yè)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年04月27日
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· 18· 小番柱采 2012年第1期
百萬千瓦壓水堆核電站安全殼噴淋泵分析對比
張 雷周 全初正輝
(大連深藍(lán)泵業(yè)有限公司核電部；116031)
摘要：安全殼噴淋泵是核電站安全殼噴淋系統(tǒng)(EAS)的組成部分，通過對國產(chǎn)、國外安全殼噴淋泵在水力設(shè)計、
結(jié)構(gòu)設(shè)計和各細(xì)部設(shè)計的分析對比，得出核電站安全殼噴淋泵研制的新思路。
關(guān)鍵詞： 核電站用泵安全殼噴淋泵性能參數(shù)分析對比
安全殼噴淋泵的功能 日(
m)
安全殼噴淋泵是安全殼噴淋系統(tǒng)(EAS)的組
成部分。該系統(tǒng)的主要功能是在下列事故發(fā)生時
進(jìn)行安全殼噴淋：
① 反應(yīng)堆冷卻劑失水事故(LOCA)。
② 安全殼內(nèi)蒸汽管線破裂或給水管線破裂。
在LOCA后l5天，安全殼噴淋泵可作為低壓
安注泵的備用泵。
安全殼噴淋泵是核電站關(guān)鍵核二級泵之一，
每臺核電機組設(shè)2臺安全殼噴淋泵，位于燃料廠
房內(nèi)。
2 性能參數(shù)對比
泵在最小流量到最大流量范圍內(nèi)，其揚程一流
量曲線應(yīng)具有陡降的特性。當(dāng)一臺泵或向同一管
線排放的2臺并聯(lián)的泵在連續(xù)或間斷運行時，該
性能曲線的斜率保證了它們穩(wěn)定運行不受流量變
化影響且在所有工況下運行都不發(fā)生汽蝕。以工
表1 關(guān)鍵技術(shù)性能參數(shù)對比表
＼ 512 流量 揚程 效率 必需汽蝕余量
對比＼ Q(m ) H(m) 叩(％) NPSHr(m)
＼
國外泵 850 134 67 O．53
國產(chǎn)泵 (工況1) l32 73 0．287
國外泵 1050 l25 74 0．6o8
國產(chǎn)泵 (工況2) l18 79 0．362
＼＼
、
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國產(chǎn)泵 、
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， 國外泵一
／
／
D 瑚 6。o 嘲珊1瑚1400
Q(m3／h)
圖1 性能曲線對比圖
況1為例，將國外產(chǎn)品與國產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行對比，性
能參數(shù)對比見表1，性能曲線(p—日、Q-v)見圖1。
對比表1的技術(shù)性能參數(shù)與圖1其它各流量
點的性能曲線，可以看出，國產(chǎn)安全殼噴淋泵的
技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)超越國外安全殼噴淋泵。
效率指標(biāo)：國產(chǎn)安全殼噴淋泵效率比國外安
全殼噴淋泵高5％左右。
流量指標(biāo)：國產(chǎn)安全殼噴淋泵的最大流量為
1250 m ，國外安全殼噴淋泵最大流量為l 150 m ，
流量范圍大了100 m3／h。
揚程指標(biāo)：國產(chǎn)安全殼噴淋泵揚程指標(biāo)更接
近于技術(shù)規(guī)格書的要求(工況l揚程≥131 m；工
況2揚程≥115 m)。
2012年第1期 ，I．番教采 ·l9·
必需汽蝕余量指標(biāo)：國產(chǎn)安全殼噴淋泵比國
外安全殼噴淋泵低O．24 m左右，試驗證明國產(chǎn)安
全殼噴淋泵的抗汽蝕能力更強。
性能曲線對比說明：泵在最小流量(100 m弧)
到最大流量(1150 m )范圍內(nèi)，國產(chǎn)安全殼噴
淋泵的揚程一流量曲線陡降的特性更為明顯，高效
率區(qū)比國外安全殼噴淋泵更寬廣，從而降低了安
全殼噴淋泵的電機功率過載的風(fēng)險。
3 泵管口承受的荷載能力
泵管嘴載荷用下列符號表示：
管嘴的方向定義如下：
軸向力 =剪切力
Mr=彎矩 Mt=扭矩
將剪切力與扭矩分別再進(jìn)行合成后可以看出：
國產(chǎn)安全殼噴淋泵管口法蘭處能承受的剪切力約
是國外安全殼噴淋泵的2倍，扭矩約是1．5倍。
4 安全殼噴淋泵結(jié)構(gòu)對比
國產(chǎn)安全殼噴淋泵采用的是膜片式聯(lián)軸器
(如圖2所示)，膜片式聯(lián)軸器屬于變形型，國外
安全殼噴淋泵采用的是齒型聯(lián)軸器(圖3所示)，
齒型聯(lián)軸器屬于滑動型聯(lián)軸器。膜片式聯(lián)軸器與
表2 人口法蘭接管載荷
運行 許用載荷
工況 N) v(N) (N·m) M (N·m)
A 17200 l1195 20746 820o
國外泵 B 34400 22389 41492 164oo
D 43ooO 27987 51865 205oo
A 25ooO 35250 2650o 18750
國產(chǎn)泵 B 3750o 52875 39750 28125
D 5O0oO 7o5oo 53O0o 375o0
表3 出口法蘭接管載荷
運行 許用載荷
工況 Jp(N) (N) (N·m) (N·m)
A 5400 9500 13O6O 260o
國外泵 B 10800 19ooO 26120 520o
D l35o0 23750 32650 650o
A 12500 17675 17650 1OO0o
國產(chǎn)泵 B 18750 265l3 26475 15O0o
D 2500l0 35350 3530o 2Ooo0
圖2 膜片式聯(lián)軸器
圖3 齒型聯(lián)軸器
齒型聯(lián)軸器相比，它具有下列優(yōu)點：
齒型聯(lián)軸器需要定期更換潤滑脂，定期更換
“0”型圈等密封零件，而膜片式聯(lián)軸器則不需要
潤滑與密封件。
膜片式聯(lián)軸器不存在徑向間隙問題，因而避
免了潛在的失衡。
膜片式聯(lián)軸器的變形力屬于彈性力，與扭矩
無關(guān)，對設(shè)備的沖擊力極小。齒型聯(lián)軸器所產(chǎn)生
的滑動力是扭矩的一個因素，當(dāng)安全殼噴淋泵突
然起動或停止，很容易對設(shè)備的泵軸或聯(lián)接螺栓
造成損傷。
5 材料對比
由于安全殼噴淋泵循環(huán)輸送的介質(zhì)為含硼的
放射性水，帶有輻射性，所以對材料遵照RCC—M
標(biāo)準(zhǔn)中核2級泵的規(guī)定，國產(chǎn)與國外的安全殼噴
淋泵均采用RCC—M材料，對照表如表4所示。
從表4中可以看出安全殼噴淋泵在水導(dǎo)軸承
表4 主要部件材料對比表
零件名稱 國外泵 國產(chǎn)泵
水導(dǎo)軸承 司太立特合金 無鈷鐵基合金
堆焊材料 (SteUite 12)
密封環(huán) 司太立特合金 無鈷鐵基合金
堆焊材料 (Stelite 12)
· 20· 小番柱采 2012年第1期
表5 葉輪主要尺寸比較
葉輪特點 國外泵 國產(chǎn)泵
首級Z-7；葉片數(shù) 次級Z=5： 首級 Z一5；次級z_6；
末級Z=7 末級Z=6
葉輪出口直徑(mm) ,／408 4,420
葉輪模具數(shù)量(套) 2 1
及密封環(huán)等處的堆焊材料不同，國外安全殼噴淋
泵采用的堆焊材料為司太立特合金(Stellite 12)
屬于一種鈷基硬質(zhì)合金材料，‘在核電站中含鈷材
料是禁止使用的材料；國產(chǎn)安全殼噴淋泵采用的
是無鈷的鐵基合金材料。兩者的價格相比，司太
立特合金比無鈷鐵基合金要昂貴得多。
6 葉輪
國產(chǎn)安全殼噴淋泵首級葉輪葉片數(shù)少，葉輪
人口處面積大，可以增加泵的通流能力；在相同
流量下，流速變低，有利于提高泵的抗汽蝕性能。
國產(chǎn)安全殼噴淋泵葉輪的外徑大于國外安全
(上接第17頁)效率是最高的；圖5b為旋流泵葉片
數(shù)為8片時的流量一效率曲線，從圖中可以看出，
2個高葉片的效率在額定工況點范圍內(nèi)比無高葉片
的效率高，在非額定工況范圍內(nèi)，2個高葉片的效
率不大于5個高葉片的效率，但3個高葉片和4
個高葉片在各種工況下的效率值都大于前兩種型
式的效率值，而4個高葉片的效率值是最高的；
圖5c旋流泵葉片數(shù)為10片時的流量一效率曲線，
從圖中可以看出，5個高葉片的效率是最高的，6
個高葉片和4個高葉片的效率值居中，而8個高
葉片與無高葉片的效率值是偏低的，因此，在旋
流泵的葉片數(shù)為6片時，2個高葉片的效率值是最
高的；在旋流泵的葉片數(shù)為8片或10片時，高葉
片數(shù)為總?cè)~片數(shù)的一半時，其效率值是最高的。
4 結(jié)論
本文在試驗的基礎(chǔ)上，對采用高低葉片數(shù)對
旋流泵性能的影響做了研究分析，獲得了一些有
用的結(jié)論：
1)采用帶高低葉片結(jié)構(gòu)葉輪的旋流泵，可以
有效改善壓水室流動情況，減小了水力損失，但
當(dāng)高低葉片數(shù)超過最佳范圍后，泵揚程和效率無
多大變化甚至?xí)霈F(xiàn)部分工況時下降。
殼噴淋泵，當(dāng)安全殼噴淋泵的性能需要改進(jìn)時，
只要更換成較大直徑的葉輪就可以保證泵的揚程
提升5％，同時又可以通過葉輪切割的方法來達(dá)到
所需要的揚程，而不必更換整臺泵，節(jié)省了資金
與設(shè)計制造時間。
國產(chǎn)安全殼噴淋泵葉輪鑄造時只需要一套模
具，而國外安全殼噴淋泵至少需要2套葉輪模具，
在模具制造成本上就比國外產(chǎn)品節(jié)省一半。
7 結(jié)論
通過以上數(shù)據(jù)對比分析，可以看出國產(chǎn)安全
殼噴淋泵除了在性能指標(biāo)上超過了國外安全殼噴
淋泵外，在結(jié)構(gòu)的可靠性方面也達(dá)到了國際水平。
在新工藝、新材料的應(yīng)用上已經(jīng)取得了成功。根
據(jù)我國已有的核電經(jīng)驗和核級泵技術(shù)水平，安全
殼噴淋泵的國產(chǎn)化應(yīng)該完全能夠?qū)崿F(xiàn)。
(本文編輯陳麗霞)
2)旋流泵的高葉片的數(shù)量的選取原則是：在
旋流泵的葉片數(shù)為6片時，2個高葉片的效率值是
最高的；在旋流泵的葉片數(shù)為8片或1O片時，高
葉片數(shù)為總?cè)~片數(shù)的一半時，其效率值是最高的。
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(本文編輯陳麗霞)

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