快堆钠泵可靠性分配研究

浦恩山 谷继品

（中国原子能科学研究院，北京102413）

1 概述

快堆钠泵是快堆的核主泵，其主要功能是驱动一回路钠冷却剂循环，将反应堆堆芯核裂变产生的热能最终传递给蒸汽发生器以产生蒸汽，进而推动汽轮机发电。与其他反应堆核主泵的不同之处在于：快堆长期停堆时，为保证一回路钠冷却剂的温度，同样要求其低速运行，即停堆不停泵[1]。因此其长时间稳定安全可靠的运行对冷却堆芯、维持钠冷却剂温度及防止事故的发生极为重要。纵观中国整个核电市场，国内核电站的核主泵基本上都是从国外进口[2]，快堆核主泵目前也没有实现国产化，其原因有很多，但究其根源是可靠性不能满足核电行业的要求。因此开展以可靠性为中心的快堆核主泵国产化研究是目前快堆行业面临的迫切任务。

2 钠泵可靠性分配的原理

钠泵可靠性分配是钠泵可靠性设计中重要的工作内容，它是根据一定的原则和方法，将经过论证的钠泵总体可靠性指标分配到各个部件。经分析，影响钠泵可靠性的关键部件包括：电机、联轴节、上部轴承、机械密封、下部流体静压轴承、水力部件及主轴[3]，从钠泵各关键部件执行的功能可知，钠泵基本可靠性模型和任务可靠性模型均属于无约束串联模型。钠泵可靠性分配就是将钠泵的整体可靠性指标按一定的方法和原则分配到以下七个部件。

3 钠泵可靠性分配方法的选择

针对无约束串联模型，常用的可靠性分配方法有以下四种：等分配法、评分分配法、比例组合法、考虑重要度和复杂度的分配法。这四种方法各有优缺点，需根据首次研制钠泵特点选择合适方法。由于国内钠泵尚处于研制阶段，且是第一次开展可靠性分配工作，钠泵相关部件相似产品在堆上的可靠性数据也缺乏，比例组合法难以实施。平均分配法虽然简单，但是比较粗略。考虑重要度和复杂度的分配法考虑的因素较单一，不能全面反映钠泵各部件的可靠性。而评分分配法考虑了各部件的复杂度、重要度、技术水平、环境条件等因素的影响，并充分利用了现有技术人员的工程经验，能比较全面的反映钠泵各部件的可靠性水平。因此，选择评分分配法对钠泵的可靠性指标进行分配。

4 钠泵评分分配

4.1 钠泵评分因素

结合钠泵的结构特点及使用条件，并考虑实施的可操作性及推广性，分配过程中主要考虑4 种影响因素：复杂程度、技术水平、工作时间及环境条件。

4.2 钠泵评分原则

这里用故障率作为分配参数，各种因素评分值范围为1 分～10 分，评分值越高说明该部件的故障率越大，相应的可靠性越低。

4.2.1 复杂程度是根据钠泵各部件的零部件数量及它们组装的难易程度来评定的。最复杂的评10 分，最简单的评1 分。

4.2.2 技术水平是指钠泵各部件目前的技术水平和成熟程度来评定。水平最低的评10 分，水平最高的评1 分。

4.2.3 工作时间是根据钠泵各部件的工作时间来评定。各部件工作时间最长的评10 分，最短的评1 分。

4.2.4 环境条件是根据钠泵各部件所处的环境来评定。各部件工作工程中环境条件极其恶劣的评10 分，环境条件最好的评1分。

4.3 钠泵评分法可靠性分配计算[4]

4.4 钠泵评分结果

关于钠泵可靠性分配，一共请了17 位对钠泵的设计、制造、试验、管理等方面比较了解且工程设计经验丰富的专家对钠泵的七个关键部件进行了打分，并对打分的结果进行整理得到了钠泵各部件的评分系数，最后计算每个部件评分系数的均值。

4.5 钠泵评分的正态性检验

对于某个部件的评分结果在理论上或按经验可以认为服从正态分布，但是，是否满足这种分布，需作正态性检验。

这里采用Shapiro-Wilk 定量检验法对评分结果作正态性检验。该方法国际标准及国家标准都推荐使用。经检验，只有上部轴承和联轴节的数据不符合正态分布假设。

4.6 钠泵评分可信性的评估

评分可信性用样本中有无“异常值”来衡量。如有“异常值”，则需按一定规则进行剔除。剔除“异常值”后，样本就增加了可信性。“异常值”是样本中的个别值明显地偏离它所属样本的其它数值。这里采用格拉布斯法（Grubbs）来确定样本中的“异常值”。

经过计算，水力部件、下部流体静压轴承、上部轴承和联轴节中评分系数的最大值需要剔除，其余评分系数不用剔除。剔除异常值后，再进行正态性检验，此时只有联轴节的评分系数不符合正态性假设，原因可能是专家评分的人数较少所致。剔除异常值后，重新计算各部件的评分系数均值，并对评分系数均值进行归一化处理，结果如下：水力部件：16.16%；下部流体静压轴承：30.79%；主轴：19.24%；机械密封：21.27%；上部轴承：5.95%；电机：5.49%；联轴节：1.10%。

4.7 钠泵可靠性分配结果

5 结论

本文在所建立的钠泵可靠性模型的基础上，利用评分分配法将钠泵的可靠性指标进行了分配，并对评分的结果进行了正态性检验和可信性评估，可靠性分配结果基本符合预期。通过可靠性分配。需要说明的是，钠泵可靠性分配作为钠泵可靠性设计的重要工作，是一个渐近、反复的过程。在初始设计阶段进行可靠性指标分配时，由于许多情况还不够明朗，可供使用的信息有限，很难做到一次分配到位。为使分配的结果准确、合理，在钠泵设计的各个阶段均要反复多次进行可靠性分配。