一种核电抗震I类泵HPC泵的研发与应用实例

赵廉揆

摘要：简述核电HPC泵的研发、抗震分析、验证、现场的成功应用。

关键词：核电；抗震I类泵；研发应用

引言

当前全球环境趋于恶化，核能作为一种清洁再生能源受到日益重视，自日本福岛核事故以来，国家对核电厂设备安全等级全面提高，大耐泵业有限公司适应核电用户要求，研发了HPC系列抗震I类泵，目前设备均已在核电现场投入使用运行状况良好。

1.研发制造整体情况

1.1技术要求： 中试厂乏燃料后处理项目中池冷水泵技术参数

性能：Q=224m3/h ，H=71m； 泵型号HPC100-250，电机HY280S-2/75KW；安全等级：放化2级（核三级）、抗震Ⅰ类、质保B级；执行标准：RCC-M。

地震环境：泵安装在乏燃料厂房-6.0m标高处。乏燃料贮存厂房在-3.2m标高处的水平和垂直SL-2楼层，-6.2m标高处的水平和垂直SL-2楼层反应谱在规格书中已经给定。

1.2研发过程：严格按照HAF003 《核电厂质量保证安全规定》 要求，执行RCC-M标准进行设计。

1.2.1整体技术描述：泵结构确定，按照技术规格书要求，此泵为单级、单吸、端吸悬臂、径向剖分蜗壳式，卧式离心泵结构。

1.2.2主要部件材料：承压部件：Z3CND19-10M（法国牌号）；泵轴Z20C13

1.2.3.设计计算：按RCC-M中D3000、D3400以及《技术规格书》的要求，将进行承压部件的强度计算，轴的强度校核，临界转速，轴承寿命等设计计算和说明，形成设计计算书。

2.泵的抗震分析

初步零件图设计完成后，委托具备资质的清华大学对泵机组进行抗震分析计算，并出具报告。

2.1三维建模分析：分析采用三维CAD软件统一集中质量单元建模。整个模型共有9个集中质量单元，200个梁单元，401417个实体单元，109565个节点。然后在ABAQUS软件中建立有限元网格模型进行分析，如图所示。

通过抗震分析，得到以下结论，在设计压力、水力、自重、接管、地震等载荷共同作用下：

（1）承压部件满足RCC-M要求，能够保证结构的完整性，能够在地震期间及之后连续运行；

（2）底座、轴承箱能够在地震下保证结构完整性；

（3）连接螺栓以及地脚螺栓的应力满足RCC-M附录Z VI的要求；

（4）泵轴的相对变形小于转动件与静止件之间的间隙，不会产生摩擦。轴的静强度和疲劳强度的安全系数远大于许用系数可运行；

（5）转子系统扭转临界转速远离额定转速，泵轴的第一阶弯曲临界转速为

2.2鉴定试验项目

2.2.1运转试验（耐久性试验）：

13个流量点下连续运转400小时。轴承温升：油池的油温低于82℃，油池的油温升不超过40℃，轴承压盖处的温度不超过93℃；

2.2.2性能试验：确定泵的扬程、轴功率、效率与流量的关系。取13个以上不同的流量点。

2.2.3汽蚀试验：取5个不同的流量点，分别做汽蚀试验。

允差：临界汽蚀余量小于等于（NPSHr）G*（1+3%），则汽蚀满足规定性能。

2.2.4噪声、振动试验：按《技术规格书》的要求验收。

3.性能试验验证结果

HPC100-250（出厂编号：N1308083-33），经性能试验测试，振动噪声等各项指标合格，测出符合工况额定点的性能值：

流量：Q=224 m3/h，扬程：H=73.1m，轴功率：P=62.5 Kw，效率：η=71.3%，满足工况需要。

4.结束语

HPC系列泵的设计研发，使核电厂离心泵抗震等级进一步提高，保障了现场工作安全顺利进行，以往同类项目采用的多是非抗震级泵，存在地震安全隐患，HPC泵的研发和应用，扭转了这一状况，预防了地震风险，拓展了市場份额，收到了良好的经济效益及社会效益。

参考文献：

[1]中试厂乏燃料贮存水池扩建工程池水冷却泵技术规格书，中国核电工程有限公司.

[2]机械设计手册，机械工业出版社，1991

[3]RCC-M（2000版及2002年补遗）压水堆核岛机械设备设计和建造规则.

[4]核安全法规HAF0215，国家核安全局批准发布，1996