壓水堆核電站主泵的裝配技術和管理

張雷

(哈爾濱電氣動力裝備有限公司,黑龍江 哈爾濱150000)

反應堆冷卻劑泵指的就是壓水堆核電站設備中的主泵,其功能主要是對設備中的冷卻劑予以驅動作用,使其能夠在密閉回路系統中循環流動。為了保證核電站的運行安全,主泵必須具備斷電后仍能持續運行一段時間的能力,只不過斷電后的運行屬于惰運轉,其目的是為了散掉反應堆芯的熱量,避免由于熱量不能及時排出而造成嚴重的工況事故。研究主泵的裝配技術,對于保證主泵的安全運行能力具有十分重要的意義。

1 主泵的關鍵裝配結構介紹

主泵的機組驅動裝置為三相鼠籠感應式電動機,用立式單級軸封泵,支撐結構為四軸承,密封采用三級流體動壓機械,泵體和電機分別配置兩個徑向軸承以及一套推力軸承,其中推力軸承為雙向受力結構。具體結構裝配情況如下:

其一是承壓邊界,主要包括泵殼、密封體、密封蓋和泵蓋四個部分,其中泵殼和泵部分由主螺母和主螺栓連接起來。其二是水力部件,主要由三大部分組成,分貝是葉輪、葉輪罩以及導葉,其作用原理是,當反應堆冷卻劑通過旋轉運行下的葉輪被送入泵殼入口的時候,被豎向垂直吸入,然后經過導葉進行導流,最后再從泵殼的出口位置被水平排出。在葉輪罩的外側位置有內嵌的活塞環裝置,和泵殼內壁密切連接,共同形成一個密封環境,可以實現對液流的回流控制。其三是機械密封部分,壓水堆核電站主泵裝配的機械密封采用的是三級密封結構,主泵為軸封型。該類主泵的機械密封部分轉動部件需要安裝到1-3 級密封軸套上,隨著軸的轉動而轉動,并且密封軸套還可以在下泵軸自由滑動,各級靜密封通過O 型圈控制實現。三級密封的結構設計應用模塊化方法。具體密封方法如下:先將1 號和2 號外環連接到一起,組成一個完整的裝配結構,實現一二級密封,然后再將第三級密封單獨裝到三號外環中,這樣在檢修的時候,就可以分別針對不同裝配體進行單獨拆卸檢查,這樣不僅可以提高檢修效率,而且還能減少更換密封組件的成本。其四是主泵軸系,主要包括三部分,分別是上泵軸、下泵軸以及中間軸,相鄰軸段之間使用銷釘進行定位。軸承的推力盤由對稱雙鍵連接固定到上泵軸,油葉輪安裝在推力盤下端,隨著崩壞走的旋轉,為裝配體供油。另外,上泵軸的頂端還安裝有鼓形齒,由聯軸器和電機軸產生撓性連接,可以用以傳遞扭矩力。其五是軸承組件,主要包括三大構件:分別是上導軸承、下導軸承以及雙向推力軸承,主要負責傳遞主泵運行受力負荷。其六是輔助系統,比如冷卻水系統、水供應系統、潤滑油系統以及密封泄露系統等。

2 主泵的裝配技術要點分析

主線裝配邏輯順序如圖1 所示。

圖1 主泵裝配流程圖

在裝配過程中主要需注意以下幾方面事項:第一,主泵在裝配過程中要進行必要的安裝記錄檢查,嚴格控制裝配間隙值；第二,與冷卻劑介質接觸的螺栓均應設計為內六角螺栓,并裝入特制的Ω 型鎖緊墊片鎖緊,必要時需在螺紋表面涂抹樂泰膠,按力矩把緊,防止松動；第三,主泵安裝說明書中規定了螺栓均有裝配力矩要求,應按給定的力矩進行裝配；第四,主泵零部件件多采用圓柱銷和平鍵定位,銷和鍵經過實配與配裝部件一一對應進行標記,不能隨意串用,以保證主泵的裝拆重復性；第五,裝配環境要求封閉隔離,裝配期間只允許穿著干凈套鞋的工作人員進入裝配區,部件在裝配前要用無紡布沾工業酒精或丙酮擦拭干凈。

3 主泵的裝配管理

3.1 主泵裝配質量問題案例分析

主泵裝配問題案例分析,以及針對兩組主泵裝配進度的總結統計,匯總出單臺主泵裝配在制造廠內和現場安裝的對比情況,分別如表1 和表2 所示。

表1 主泵裝配問題案例分析

表2 主泵裝配時間統計

從兩表可以分別看出影響裝配質量、進度的原因以及裝配時間特征。其中就裝配時間來看,廠內裝配比現場裝配用時長:主要是由于廠內組裝工作量較多,需要進行配鉆鉸、管路配焊、首次對中調整等工作。其中3 號機組A 主泵在廠內裝配所用時間最長,是因為3 號A 主泵是國產化主泵首次裝配,裝配工藝需要摸索,缺乏裝配及質量控制經驗,產生了大量不符合項(NRC)返工情況。從3 號機組到4 號機組的單臺主泵裝配工期用時整體呈縮短趨勢,但有兩個特例:4 號A 主泵在現場裝配用時較長是因為出現了電機軸研傷和推力頭損傷2 項NCR 返工,耽誤了裝配進度工期；4 號B 主泵在廠內裝配時用時較長主要原因是裝配中出現了因密封體和泵蓋同鉆鉸孔錯誤NCR 引起的返工。現場裝配用時較短,4 號B 主泵在現場的裝配用時最短,比3 號A 主泵的裝配工期縮短了近3/4 時間。

3.2 主泵現場裝配管理方式改進

根據案例分析,針對主泵現場裝配管理方式方面,仍然可以采取以下幾方面措施進一步加以改進提升:第一,要加強裝配計劃管理,比如建立現場裝配施工時工作群,對每日工作進度進行監督,并滾動計劃節點編排；第二,要合理安排組織分工,一方面要細化分組安排,保證所有人員同步有序作業,同時明確責任主體,另一方面要是安排專門的監理人員進行全周期作業跟蹤管理,對各環節裝配結果進行現場確認,確保各項工作執行落實的可靠性；第三,現場還應配備專業的技術人員與設計人員,一旦裝配過程中出現任何異常情況,可以在第一時間尋求支持與幫助,避免耽誤裝配進度；第四,項目還應做好后勤保障工作,尤其是要協調好各單位人力資源以及物質資源,以便進行有效的資源調用；第五,還要安排專人對裝配過程中所需要的以及產生的文件資料以及工具設備等,進行專項管理,以增強裝配管理的可追溯性；第六,要做好裝配前準泵工作,比如場地選擇、操作程序培訓以及裝配施工前各類工具的清潔、測試存放等；第七,最后還要建立相應的應急處理渠道,尤其是針對存在異地裝配作業需求的工程,要通過建立應急處理渠道實現高效率的備用物資應急傳送,還有異地工作單位之間的信息溝通交流,以提高現場裝配服務的處理速度。

4 結論

經過以上分析闡述不難發現,壓水堆核電站主泵的裝配是一件對技術要求非常嚴格的事項,而且裝配工藝細節要求比較高,從裝配方案設計、裝配施工到驗收各個環節,都需要專業的技術人員進行全生命周期綜合把控,做好質量管理,這樣才能為主泵裝配建立起一道堅實可靠的技術管理保障。相關行業工作人員應當對此形成全面而正確的認識,充分了解裝配技術工藝的要點以及影響裝配結果的因素,從而有針對性的采取措施加以優化改進裝配模式。