專利名稱：一種核電站用高壓安注泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種泵，具體的來說涉及一種核電站用核n級泵。
背景技術：
壓水堆核電站是目前比較廣泛采用的核反應電站，高壓安注泵是核電站 一回路安全注射系統的主要設備，當反應堆主回路系統發生中、小破口失水 事故時，該泵即應迅速啟動，向反應堆內注水，以防止事故的進一步擴大， 確保反應堆安全。泵在運行中所輸送的介質為帶放射性的含硼水，并含有少
量混凝土、保溫材料、涂料等碎屑。泵能夠承受十秒內5。C到127'C的熱沖擊， 在反應堆壓力同由額定值緩緩下降的過程中，都能可靠地向反應堆內注水。
現有的常用泵在剛度、強度、耐熱沖擊、耐工作介質雜質以及密封性能， 材料特性方面均無法滿足核電站高壓安注系統的要求。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于，根據核電站高壓安注系統的需要提供 一種核電站用高壓安注泵。
為了解決上述問題本發明的技術方案是這樣的
一種核電站用高壓安注泵，由外筒體、內殼體組件、進出水端蓋、兩端 支撐軸承部件、底座及相應連接管路組成，其特征在于，所述高壓安注泵為 臥式雙殼體抽芯式多級離心泵，泵的進口和出口垂直向上。
所述外筒體為圓柱形鍛件，外筒體上通過螺栓連接有進出口法蘭，外體 上還設置有用于支撐的支角，外筒體下部具有一使其處于正確位置的導向塊， 熱沖擊時外筒體可以沿著導向塊向一段伸展。
所述內殼體組件包括泵軸，內殼體前蓋、內殼體后蓋、導葉和葉輪， 所述內殼體前蓋、內殼體后蓋、導葉和葉輪等通過十根穿杠螺栓連接為一體 結構，所述泵軸上有十一級葉輪。所述葉輪通過鍵和定位卡圈固定在泵軸上，相鄰的葉輪之間具有一定的 軸向間隙，使得當葉輪受到熱沖擊時，能自由的沿軸向膨脹。
所述泵軸兩端設置有徑向滑動軸承，在泵軸的出水口端設置有一推力軸 承，所述推力軸承為自潤滑軸承。
在泵軸的進水口側端部設置有用于連接電機輸出軸的疊片聯軸器。
所述軸承部件具有軸封，軸封為集裝式機械密封，軸封連接有用于冷卻 的熱交換器。軸封采用集裝式機械密封，并設置有熱交換器作為冷卻裝置。
在靠近出水口的泵軸上設有用于平衡軸向力的平衡鼓，平衡鼓后具有一 平衡室，平衡室內設有平衡回水管，回水管連接至進水口。
有益效果，本發明的高壓安注泵結構設計合理，耐熱沖擊性好，水力設 計、強度設計完全滿足核電站安全注射系統的要求。


下面結合附圖和具體實施方式
來詳細說明本發明；
圖1為本發明一種核電站用高壓安注泵的結構示意圖2為圖1的A向結構示意圖。
具體實施例方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了 解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
高壓安全注射泵/電機機組是使用在壓水堆核電廠安全注射系統中的主 要設備之一，其功用如下
當反應堆冷卻劑系統發生中、小破口失水事故或蒸汽管道破裂事故時， 高壓安注泵投入運行，并執行下列功能；
在注射階段，將來自換料水箱的含硼水注入反應堆內，以維持堆芯的冷 卻并降低反應堆的反應性；
在再循環階段，由余熱排出泵作為高壓安注泵的前置泵，兩泵串聯運行， 并改由安全殼地坑吸水繼續向反應堆內注水，以防止堆芯裸露。
環境條件環境溫度-環境壓力 相對濕度 累計放射性劑量(40年) 工作介質
帶放射性的去離子水，其中 -含硼量為(在正常工況時) —NaOH含量: -介質比重
5-50 °C; 0. 10 MPa (絕對);
《80 %;
2X104 Gy。
2000 ppm;
〈0. 8 %;
1000 kg / m3c
當泵在再循環工況下運行時，工作介質內還帶有下列雜質:
60. 0 ppm; 20.0卯m; 12.0 ppm。
設計揚程
+5%
75,3
h;
h;
最大流量時揚程:
-混凝土顆粒物(0.5 mm直徑) -保溫材料顆粒物(6.35 mm直徑) _涂料顆粒物(6.35 mm直徑) 流量 設計流i
800m; 120 m3
10 m3 / h;
(無雜質連續運行3小時以上)； 介質最高工作溫度 127°C;
泵轉速 2960r/min;
根據高壓安全注射泵流量小、揚程高的特性，以及為滿足在十秒鐘內從5 'C到127'C的熱沖擊要求和泵本體拆裝時間小于24小時的要求，泵的結構采 用雙殼體的抽芯式多級離心泵結構，內殼體可以從筒體中整體抽出，并有一 套專門用于拆裝的專用工具。泵的轉速為2960rpm。水力設計保證其流量、揚 程曲線穩定下滑無駝峰。
結構說明
高壓安注泵主要由外筒體l、內殼體組件2、進出水端蓋3、 4、兩端軸承部件5、底座6及相應聯接管路組成。
由轉子部件和內殼體部件2組成的芯包，為可整體抽出的筒體式結構。 所有水壓部件都安裝在一個鍛造的筒體內，進出水法蘭設計為整體鍛造，均 垂直向上。筒體由四個焊接在其上的支腳7支撐在底座上，筒體可永久與給 水管道相連，檢修時可不必將筒體拆下。泵支腳為一焊接結構，筒體支腳用 螺栓、螺母、蝶形彈簧圈和泵腳定距套固定在支座上。在筒體進口側支腳與 泵支座承力面間，橫向對稱裝有定位銷釘，使筒體保持在適當的軸向位置上。 筒體下部有使筒體處于正確位置的導向鍵8，熱膨脹時筒體可沿著導向鍵8向 一端伸展。
內殼體部件即內殼體前蓋9、中段IO、導葉ll、末級導葉12等，由十根 穿杠螺栓13組成的芯包，用六套特殊螺栓和內六角螺母，將進水室和芯包固 定在筒體上。中段之間的密封，靠中段之間的接觸端面壓緊0型圈來達到。 在殼體前蓋與筒體之間，平衡襯套與出水端蓋之間均墊有密封墊片。
葉輪14共十一級，用鍵和定位卡圈固定在泵軸15上。葉輪卡圈與前一 級葉輪之間，葉輪14與平衡鼓之間均留有一定的軸向間隙，供葉輪14受熱 沖擊時，能自由沿軸向膨脹。
轉子部件由兩個徑向滑動軸承支撐，采用稀油潤滑，并裝有調整轉子與 定子之間的徑向間隙的螺釘。
轉子的軸向推力，由平衡鼓和平衡座套組成的平衡裝置及一個雙向推力 軸承來平衡。軸兩端各帶有一套機械密封裝置16，密封冷卻水由冷卻器22冷 卻，冷卻水靠軸密封所帶的小葉輪構成自循環。
筒體兩端用進口側端蓋3和出口側端蓋4封閉。出口側端蓋4用十六只 主螺柱和主螺母與筒體聯接，即可擰緊主螺母。端蓋與筒體之間均用4.5mm 螺旋密封墊密封。
泵與電機軸的聯接采用疊片聯軸器17聯接。
在泵的自由端軸承部件5的推力盤帶有油泵18，泵在正常工作時，由推 力盤作為油泵向軸承供油。
后軸封殼體上裝有平衡出水管19，與泵進口 20相連，從平衡室21 (平 衡室位置標識有誤，應標在16附近的平衡鼓后)引出平衡水。主要零部件的結構、強度設計和材料的選用
由于高壓安全注射泵輸送的介質為帶放射性的含硼水，并含有少量混凝
土，保溫層涂料碎屑等雜質，同時，泵的入口溫度將在十秒鐘時間內從5'C升 到127'C，所以選取的材料要有良好的耐磨性，選取線脹系數相同或基本相同 的材料匹配。
零件材料的選用
a) 由于筒體要承受13.5MPa的高壓級高溫，而且承受熱沖擊，考慮到熱 膨脹的均勻性，所以筒體設計成圓柱形，材料采用鍛造，進出口法蘭通過螺 柱連接在筒體上，泵筒體支腳焊在筒體中心位置上，焊接后進行X射線探傷 和進行著色探傷，筒體按ASTM規范進行強度計算。筒體的材料為ASME SA-182 F304L奧氏體不銹鋼。
b) 出水側端蓋
出水側端蓋也要承受高壓和高溫及熱沖擊，采用鍛造，鍛件進行超聲波 探傷，按ASME規范進行強度計算，材料采用ASME SA-182 F304L奧氏體不銹鋼。
c) 進水側端蓋
進水側端蓋采用ASME SA-182 F304L鍛件。
d) 后軸封殼體
后軸封殼體采用ASME SA-182 F304L鍛件。
e) 主螺柱
按ASME規范進行強度計算，零件作磁粉探傷，材料采用高強度合金鋼 25Cr2MoV。
f) 中段
進行著色法檢驗，按ASME規范進行強度計算，材料采用lCr13。
g) 內殼體前蓋
進行著色法檢驗，材料采用ASMESA-182F316L。
h) 導葉
導葉使前一級葉輪的出口流量導向下一級葉輪的進口，并平衡徑向力， 導葉采用精密鑄造，材料采用ASTMA743CA-6NM。i)葉輪
為提高葉輪流道表面的光潔度，進行精密鑄造，并對葉輪作靜平衡及轉
子動平衡試驗，材料選用耐磨性和耐蝕性較好的ASTM CA-40。 j)平衡鼓
平衡鼓靠前后壓差平衡大部分葉輪產生的軸向力，選取較少的配合間隙， 以控制泄漏量，并對外圓進行高頻淬火處理。硬度HRC = 50 59,材料選用 3Crl3鍛件。
k)平衡座套
采用高強度的0Crl7Ni4Cu4Nb沉淀硬化鋼。 1)軸
為提高軸的強度和剛度，軸的材料采用強度和剛度很好的0Crl7Ni4Cu4Nb 沉淀硬化鋼。 m)密封環
材料選用ASTM 440A，材料進行熱處理后硬度HRC = 50 56，為減少泄漏 量，在密封環上開有較淺的環形槽。 對熱沖擊影響的考慮
當泵由換料水箱吸水改從安全殼地坑內吸水時，泵的入口溫度將在十秒 鐘時間內由5'C轉變到127°C，泵筒體內與介質相接觸的零件將受熱膨脹，由 于各種材料的線膨脹系數不同及熱容量的不同，各零件將產生不同的膨脹量， 引起泵內各零部件配合間隙的變化，給泵的安全運行帶來困難，因此在設計 時盡可能選取線膨脹系數相同或基本相同的材料匹配，過流部件都是軸對稱 的旋轉體，并仔細地選擇了各部件零件之間地配合間隙，中段和泵體之間在 軸向方向留有足夠大的間隙，泵體與底座的連接，在聯軸器端采用固定、另 一端可滑動的結構。
軸承的選用
規范書上要求機組上軸承應自帶壓力油潤滑系統，無需外供油的稀油站， 泵的徑向軸承和推力軸承選用英國GLACIER公司生產的自潤滑的徑向軸承和 推力軸承，該軸承的潤滑油通過推力軸承的葉輪產生油壓，油經過冷卻后， 對徑向軸承和推力軸承進行潤滑，這種結構在沒有外供油的稀油站的情況下，就可安全可靠地運行。 軸封
泵的兩端各裝有一套機械密封，機械密封的動靜環選用浸漬石墨與碳化 硅配合，經過大量的試驗表明，這種配合是較理想的一種配合，兩套機械密 封各帶有備用密封，當機械密封損壞時，備用密封投入工作，以保證機械密
封的最大泄漏量小于12m3/h。對機械密封的冷卻采用自循環冷卻，利用機械 密封上自帶的葉輪進行自循環，密封水由專用的冷卻器冷卻，這種密封進行 過專門的研究和試驗并通過鑒定。 內殼體的拆卸和裝配
為了滿足泵內抽芯組件在24小時內完成拆裝的要求，對內殼體的組裝和 裝入筒體專門設計了兩套專用拆裝工具，內殼體可在專用的組裝架上組裝， 內殼體裝入筒體和從筒體內拆卸，設計了專用的滑架，內殼體可在滑架上方 便地拆卸或裝入筒體。
轉子的臨界轉速
多級離心泵軸一般根據特點都設計成擾性軸，轉子在空氣中的臨界轉速 低于泵的工作轉速，為了防止泵在運行中發生振動，保證泵的安全運行，必 須使泵的臨界轉速避開泵的工作轉速，轉子在空氣中的臨界轉速經計算為 1400r/min左右，考慮到葉輪密封水動力和周圍參振介質的影響，泵在實際工 作中的臨界轉速比在空氣中提高約2.5 4倍，為了可靠地計算泵在實際工作 中的臨界轉速，確保泵的安全運行，我公司在秦山一期的高壓安全注射泵中 進行過模擬泵臨界轉速的試驗，并通過試驗驗證計算程序。
電機的技術說明
a) 電機為鼠籠式電機，防護等級IP34，冷卻方式ICOl,安全等級IE級。
b) 兩端軸承測溫元件為WZPM-201 PtlOO端面熱電阻。
c) 軸承采用單列向心球軸承6318/C3，潤滑油采用32號汽輪機油。
d) 電機型號YKHD-290，功率290kW,電壓6kV，轉速2969rpm。 振動及其消除
引起振動的原因很多，既有轉動部分的因素，又有固定部分的因素，為 了盡量減小振動及消除振動，在設計中采取以下幾個措施a) 在不影響水力性能的情況下，盡量增加軸徑，以及采用高強度和高剛 度的0Crl7Ni4Cu4Nb材料，以提高軸的剛性。
b) 轉子部件及疊片聯軸器分別作動平衡試驗。疊片聯軸器有消振、隔振 作用。
c) 提高葉輪密封環及泵體密封環的加工精度，盡量保證同心度，提高密 封環材料的硬度，以消除摩擦產生的偏心。
d) 保證泵體、泵蓋、底座等固定零件的剛度。
本發明的高壓安注泵結構設計合理，耐熱沖擊性好，水力設計、強度設 計完全滿足核電站安全注射系統的要求。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行 業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明 書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本 發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍 內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
權利要求
1、一種核電站用高壓安注泵，由外筒體、內殼體組件、進出水端蓋、兩端支撐軸承部件、底座及相應連接管路組成，其特征在于，所述高壓安注泵為臥式雙殼體抽芯式多級離心泵，泵的進口和出口垂直向上。
2、 根據權利要求l所述的一種核電站用高壓安注泵，其特征在于，所述 外筒體為圓柱形鍛造件，外筒體上通過螺栓連接有進出口法蘭，外筒體上還 設置設置有用于支撐的支角，外筒體下部具有一使其處于正確位置的導向塊， 熱沖擊時外筒體可以沿著導向塊向一段伸展。
3、 根據權利要求l所述的一種核電站用高壓安注泵，其特征在于，所述內殼體組件包括泵軸，內殼體前蓋、內殼體后蓋、導葉和葉輪，所述內殼 體前蓋、內殼體后蓋、導葉和葉輪等通過十根穿杠螺栓連接為一體結構，所 述泵軸有十一級葉輪。
4、 根據權利要求3所述的一種核電站用高壓安注泵，其特征在于，所述 葉輪通過鍵和定位卡圈固定在泵軸上，相鄰的葉輪之間具有一定的軸向間隙， 使得當葉輪受到熱沖擊時，能自由的沿軸向膨脹。
5、 根據權利要求3所述的一種核電站用高壓安注泵，其特征在于，所述 泵軸兩端設置有徑向滑動軸承，在泵軸的出水口端設置有一推力軸承，所述 推力軸承設計為自潤滑軸承。
6、 根據權利要求3所述的一種核電站用高壓安注泵，其特征在于，在泵 軸的進水口側端部設置有用于連接電機輸出軸的疊片聯軸器。
7、 根據權利要求l所述的一種核電站用高壓安注泵，其特征在于，所述 軸承部件具有軸封，軸封為集裝式機械密封，軸封連接有用于冷卻的熱交換 器。
8、 根據權利要求7所述的一種核電站用高壓安注泵，其特征在于，在靠 近出水口的泵軸上設有用于平衡軸向力的平衡鼓，平衡鼓后具有一平衡室， 平衡室內設有平衡回水管，回水管連接至進水口。
全文摘要
高壓安注泵是核電站一回路安全注射系統的主要設備，當反應堆主回路系統發生中、小破口失水事故時，該泵即應迅速啟動，向反應堆內注水，以防止事故的進一步擴大，確保反應堆安全。主要由外筒體、內殼體組件、進出水端蓋、兩端支撐軸承部件、底座及相應連接管路組成，其特征在于，所述高壓安注泵為臥式雙殼體抽芯式多級離心泵，泵的進口和出口垂直向上。本發明的高壓安注泵結構設計合理，耐熱沖擊性好，水力設計、強度設計完全滿足核電站安全注射系統的要求。
文檔編號F04D29/00GK101555889SQ20081003568
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月7日 優先權日2008年4月7日
發明者冷立波, 劉衛鋒, 孫艷紅, 施永濤, 潘再兵, 王曉坤 申請人:上海凱士比泵有限公司