2023核電廠混凝土蝸殼式循環(huán)水泵設計制造

2023FORMTEXT核電廠混凝土蝸殼式循環(huán)水泵設計制造前言 II1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14混凝土蝸殼式循環(huán)水泵的設計要求 24.1泵組的組成 24.2泵的流道設計要求 24.3泵的性能設計要求 34.4泵的結構設計要求 44.5水泵配套設備的選擇要求 64.6泵的部件材質設計要求 64.7泵組的輔助系統(tǒng)設計要求 75混凝土蝸殼式循環(huán)水泵的制造要求 85.1模板 85.2鑄件 85.3熱處理 85.4公差 85.5焊接 86混凝土蝸殼式循環(huán)水泵的試驗、檢驗規(guī)則 96.1吸入口流道模型試驗 96.2模型泵性能試驗 96.3現(xiàn)場泵性能試驗 96.4旋轉部件平衡試驗 96.5水壓試驗 96.6材料檢驗 107混凝土蝸殼式循環(huán)水泵的防腐蝕涂裝設計 108混凝土蝸殼式循環(huán)水泵的標識、包裝、運輸和貯存 108.1標識 108.2包裝、運輸和貯存 11核電廠混凝土蝸殼式循環(huán)水泵設計制造范圍本標準規(guī)定了濱海核電廠混凝土蝸殼式循環(huán)水泵的設計制造技術要求、檢驗規(guī)則、試驗方法和包裝、標記、運輸貯存等要求。本標準適用于濱海核電廠混凝土蝸殼式循環(huán)水泵制造廠在設計制造供應設備時使用。本標準未規(guī)定的有關設備的具體要求，應按技術協(xié)議書或合同附件中相關規(guī)定執(zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T3216回轉動力泵水力性能驗收試驗1級和2級GB/T7021離心泵名詞術語GB/T8923涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級GB/T9239.1機械振動恒態(tài)（剛性）轉子平衡品質要求第1部分:規(guī)范與平衡允差的檢驗JB/T4730.5承壓設備無損檢測第5部分：滲透檢測JB/T6912泵產品零件無損檢測磁粉檢測JB/T8097泵的振動測量與評價方法JB/T8098泵的噪聲測量與評價方法JB/T8543.2泵產品零件無損檢測：滲透檢測NB/TXXX壓水堆核電廠循環(huán)水泵蝸殼混凝土施工技術規(guī)程SL140水泵模型及裝置模型驗收試驗規(guī)程ANSI/HI9.8泵入口設計（PumpIntakeDesign）ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅴ卷無損檢測，第Ⅷ卷壓力容器MSS-SP-55鑄鋼閥、法蘭、管和配件和其它管構件的質量標準-目視檢測法（Qualitystandardforsteelcastingsforvalves,flangs,andfittingsandotherpiplingcomponents-visualmethodforevaluationofsurfaceirregularities）IEC60193水輪機、存儲泵和水泵水輪機.模型驗收試驗(Hydraulicturbines,storagepumpsandpump-turbines-Modelacceptancetests)術語和定義GB/T7021及NB/TXXX(壓水堆核電廠循環(huán)水泵蝸殼混凝土施工技術規(guī)程)界定的以及下列術語和定義適于用本文件。3.1混凝土蝸殼式循環(huán)水泵concretevolutecirculatingpump葉輪排出的液體直接進入混凝土澆注成的蝸狀殼體泵，具有立式、單級、底部吸入和側向排水的結構特點，為核電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)通常采用的一種混流泵。3.2預埋件embeddedparts特指泵安裝中需一次或二次澆注在混凝土中的預埋部件，包括上部環(huán)、下部環(huán)、分水角和基礎環(huán)、鋼襯（若有）及泵出口測壓管路等?；炷廖仛な窖h(huán)水泵的設計要求泵組的組成泵組應至少包括以下設備和附件：泵；進水流道和蝸殼模板（或預制件）及出水接管處模板（若有）和附件；配套電機和齒輪箱以及聯(lián)軸器；泵蓋處排水泵；潤滑油系統(tǒng)設備及其附件；輔助系統(tǒng)管路部分（包括冷卻水、密封沖洗水和壓縮空氣管路等）；泵組檢修支架及踏板；備件部分；專用工具。泵組的監(jiān)測、控制和保護儀表應至少包括以下幾項：泵出口壓力監(jiān)測；泵出口超聲波流量監(jiān)測；泵軸承溫度的監(jiān)測和保護；泵軸承潤滑油液位的監(jiān)測和保護；電機反轉探測及泵反轉保護；電機軸承與繞組溫度的監(jiān)測和保護；各輔助系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。泵的流道設計要求各種工況下，進水道內應流態(tài)良好，無渦流和湍流，且保證葉輪進口處的流速和壓力分布均勻，滿足泵進水要求。進水流道的設計合理性應以模型試驗進行驗證。根據(jù)流道尺寸應設計可重復拆裝的配套模板及支撐、固定和連接件，并以盡可能減少流道表面混凝土澆注分界區(qū)為原則確定合理的混凝土澆注順序。進水流道可采用肘型或簸箕型流道，進水流道最大斷面處流速宜取0.5m/s～1.0m/s。設計低水位下，進水道頂部上緣的淹沒深度宜不低于3.0m。蝸殼最大斷面流速宜取2.5m/s～3.5m/s，最佳流速建議為3.0m/s，最大斷面處最高流速不應超過5.0m/s。肘型流道的尺寸設計建議按ANSIHI9.8標準相關規(guī)定。出水流道應設置檢查孔，其孔徑不宜小于0.7m。泵的性能設計要求泵的水力性能設計要求選用的泵模型應成熟可靠，并按SL140或IEC60193的規(guī)定對模型泵及流道裝置等進行驗收試驗。泵的特性性能曲線為模型泵試驗曲線轉化而成，應包括揚程、軸功率、效率、汽蝕余量等參數(shù)隨流量的變化曲線，泵允許連續(xù)工作范圍應滿足系統(tǒng)設計要求，建議為0.8Q～1.2Q，泵高效區(qū)應為：0.9Q～1.15Q之間。泵應具有穩(wěn)定的揚程-流量曲線，保證泵平穩(wěn)啟動，且曲線在0.4Q～1.15Q之間呈連續(xù)下降趨勢，無駝峰及陡降。泵的最佳效率應不低于88%，且最佳效率點應落在泵的高效區(qū)內，泵組的最佳效率應不低于82%。汽蝕余量（NPSH）：泵的必須汽蝕余量（NPSHr）應不大于8m。泵的最大軸功率泵的最大軸功率在正常工作范圍應小于1.1P（P表示額定點泵軸功率）,全部工況下（0Q～1.2Q，但零流量點除外）應小于1.15P。泵的轉速要求泵的臨界轉速各種橫向振動模式下，第一臨界轉速(計算值)至少應超出泵轉速的50%。正常和緊急工況下，整個泵組的第一臨界扭轉轉速與額定轉速下的激振頻率范圍至少相差10%以上。泵在運行、啟動、停機過程中不應由于通過臨界轉速而引起損壞。泵的反轉要求泵組能允許反轉30min，且能承受的最大反轉速度為額定轉速的160%。特殊工況下的設計要求根據(jù)系統(tǒng)設計要求，泵組應允許短時間（5s）內兩次連續(xù)啟動。泵組在啟停過程中產生的瞬間水錘應通過系統(tǒng)設計相關措施予以避免。異常情況下，應盡量避免采用單一溫度測點信號直接停泵保護，降低設備的可用率。泵的使用壽期要求泵組設備應有40年設計壽命，具體部件的設計壽命見表1。泵組內主要部件的設計壽命序號設備/部件設計壽命年1泵蓋402耐磨環(huán)103葉輪404泵軸405軸套206軸承107預埋件408聯(lián)軸器409密封≥1.510電機4011齒輪箱40泵設備應保證累計333000h的運行時間。正常運行條件下，泵設備壽期內允許累計啟停次數(shù)5000次。泵的檢修要求泵組在設計時應考慮安裝和拆卸檢修的便利性，且在核電廠機組換料周期內（最長18個月）內泵設備不應有停泵檢修工作。泵的振動要求應在規(guī)定轉速，正常流量范圍內進行泵的現(xiàn)場振動測量。泵的振動測量應符合JB/T8097的規(guī)定，負載情況下，在泵軸承的三個方向（X,Y,Z，其中Z是泵軸方向）的絕對振動幅值（峰-峰值）應不超過65μm。泵的噪聲要求應在規(guī)定轉速，正常流量范圍內進行泵的現(xiàn)場噪聲測量。泵的噪音測量應符合JB/T8098的規(guī)定，測量位置應離泵外表面水平理論距離為1m，測點高度為距離泵區(qū)地面高1.2m。在測量的允許偏差為+2dB，不同頻率和計權聲壓級值應不大于表2的數(shù)值。泵的噪聲要求計權聲壓級值dB(A)不同頻率（HZ）下的聲壓級值dB631252505001000200040008000859992878380787675泵的結構設計要求泵的承壓部件泵的最大排出壓力應是泵最大吸入壓力加上泵的進出口最大壓差，以及特殊瞬態(tài)工況下泵運轉時產生的附加壓力。泵蓋厚度在滿足最大排出壓力的同時應考慮腐蝕裕量以符合4.3.5的要求，除非另有規(guī)定，最小腐蝕裕量應為3mm。對于任何材料，用于泵蓋設計的拉伸應力不應超過其在工作溫度下的最小極限拉伸強度的0.25倍。泵蓋與上部環(huán)接觸處應設置O型密封圈，以防止海水泄漏。若泵蓋與葉輪有配合，則配合處應設置耐磨環(huán)，以減少海水泄漏。泵蓋處若存在密封沖洗水時，應考慮設置排水泵和液位控制。葉輪葉輪應選用閉式葉輪設計。葉輪應設計為雙相不銹鋼的整體式鑄造葉輪。若葉輪與軸采用鍵聯(lián)接，應采用實心輪轂結構。葉輪應可靠地固定在軸上防止旋轉時沿圓周和軸向運動。葉輪帽連接面處應設置防止軸海水腐蝕的必要裝置。耐磨環(huán)和運轉間隙葉輪和下部環(huán)及泵蓋配合處（若有）應設計可更換的耐磨環(huán)，耐磨環(huán)的材質應耐海水腐蝕?？筛鼡Q的耐磨環(huán)應用鎖緊銷、螺釘（軸向或徑向）的壓配定位或通過定位焊定位。耐磨環(huán)上裝徑向銷釘或騎縫螺釘?shù)目椎闹睆讲粦笥谀湍キh(huán)寬度的三分之一。運轉間隙應適當，保證工作的可靠性和正常工作條件下不發(fā)生卡住。軸和軸套泵軸應采用整體鍛件，不允許焊接修補。泵軸應有足夠的強度和硬度，保證有效傳遞原動機的額定功率和降低磨損的風險。在各種工況下，泵軸的徑向跳動應限制在50μm內。泵軸的最小直徑應滿足最大扭轉應力要求，并考慮至少10%的裕度。軸主要配合表面處最終表面粗糙度Ra不得大于1.6μm，其余非配合表面粗超度不得大于6.3μm。軸套應采用耐海水腐蝕和耐磨損的材料，軸套的配合表面處最終表面粗糙度Ra不得大于1.6μm。軸套應具有可更換性。軸承和軸承箱泵軸承組件應能承受徑向和軸向力。軸承應采用滑動或標準的滾動軸承。軸向推力軸承的設計應能承受至少1.3倍的軸向最大推力（考慮瞬態(tài)運行工況），軸向推力包括轉子組件重量、齒輪箱的重量（若齒輪箱直接支撐在泵上）以及水泵各運行工況下產生的軸向力。徑向軸承的設計應能承受正常運行和零流量設計工況下的最大徑向力，且能消除流體動力不穩(wěn)定性和提供充分的減振作用?；瑒油屏S承應設計成在兩個方向上有止推能力并布置成兩側各有連續(xù)壓力油潤滑。其止推環(huán)任意端面的軸向跳動不得超過20μm。非壓力給油的潤滑軸承的軸承箱應設置注油孔和放油孔，并裝備可視油杯。軸承箱與軸之間的密封應設計成能防止污物侵入和正常工作條件下潤滑劑的漏失。密封軸封可選用填料密封，唇形密封或機械密封。軸端應設置具有雙氣囊的膨脹檢修密封，停泵后通過氣囊充氣在泵軸上形成密封。軸封易損材料的更換應滿足核電站的換料周期。軸封沖洗水的設計要求見4.7.1。預埋件預埋件包括的部件：上部件、下部件、分水角和基礎環(huán)、鋼襯（若有）及泵出口測壓管路。分水角應耐海水沖刷腐蝕。上部預埋件附近混凝土將承受水泵傳遞的軸向力和徑向力以及扭矩，應保證實際應力值小于混凝土的可允許應力值。根據(jù)泵組結構，應考慮上下預埋件的安裝定位措施，如裝配工具（安裝筒）和設置調整螺釘?shù)?，裝配工具應在混凝土澆注完成后取出，且不拆卸其他零部件。泵出口壓力預埋管路材質應耐海水腐蝕，且管路布置應盡量確保泵出口壓力測量的準確性。水泵配套設備的選擇要求聯(lián)軸器聯(lián)軸器的選用應至少能傳遞驅動裝置的最大扭矩，并能緩沖瞬間啟動的沖擊，安全系數(shù)建議選擇為1.5。聯(lián)軸器應裝備適當?shù)逆i緊裝置。應采取固定軸對中設備的措施。高速端聯(lián)軸器應符合GB/T9239.1的G6.3級的平衡要求。聯(lián)軸器應具有可拆裝的防護罩，防護罩應有足夠的強度，保證不與運動部件接觸，以有效防止運轉過程中人員接觸設備的運動部件。驅動機配套電機應選用三相立式鼠籠型直接啟動感應異步電機，其設計應保證效率≥96%。驅動機的額定功率應至少是水泵軸功率的110%，并確?？筛采w泵各種運行工況下的最大軸功率。驅動機內應設置合理的軸承，其中推力軸承應能承受驅動機起動、停機和運轉時產生的最大推力，軸承的使用壽命應不低于105h。驅動機應采用獨立的基座、土建基礎和檢修平臺等配置。齒輪箱配套齒輪箱應選用大型行星減速齒輪箱，其設計應保證效率≥98%。齒輪箱強度設計時，應保證可傳輸1.5倍泵額定功率。齒輪設計時，應保證（極限赫茲壓力）2/（有效赫茲壓力）2≥1.8，(極限疲勞應力)/(齒輪根部有效應力)≥2.5。齒輪箱內應設置合理的徑向和推力軸承，以滿足泵組起動、停運和正常運行以及瞬態(tài)工況下產生的最大推力和徑向力。齒輪箱潤滑油的相關設計要求見4.7.3。泵的部件材質設計要求應根據(jù)泵的使用條件（包括壓力、溫度、輸送介質）來選擇部件材質.海水介質下泵主要部件可選用的材料見表3。泵主要零部件可選用的材料零部件名稱可選用的材料葉輪雙相不銹鋼泵軸碳鋼、合金鋼、馬氏體不銹鋼泵軸套雙相不銹鋼泵蓋雙相不銹鋼、高鎳鑄鐵上下部預埋件雙相不銹鋼、高鎳鑄鐵隔舌雙相不銹鋼預埋件耐磨環(huán)雙相不銹鋼、高鎳鑄鐵雙相或奧氏體不銹鋼部件在供貨前表面應進行清洗、去垢和鈍化處理。雙相不銹鋼的等效點蝕當量PREN=%Cr+3.3（%Mo）+16（%N）至少不低于35。高鎳鑄鐵應為奧氏體球磨鑄鐵，且含鎳量應不低于18%。材料的化學成分、機械性能、熱處理和焊接方法應符合相關材料的國家標準。泵組的輔助系統(tǒng)設計要求密封沖洗水系統(tǒng)設計應根據(jù)泵軸承密封結構設計合適的沖洗水系統(tǒng)，沖洗水源應穩(wěn)定可靠。沖洗水的壓力應高于泵內介質壓力，且管路設置逆止閥，以避免海水倒灌污染沖洗水源。如沖洗水從密封室流出匯集到泵蓋后，應設計排水泵排放流出的沖洗水。密封水管路應設置必要的壓力監(jiān)視和報警。冷卻水系統(tǒng)設計應根據(jù)軸承潤滑的冷卻要求設計冷卻水系統(tǒng)，冷卻水質、流量和壓力應滿足軸承的冷卻要求。冷卻水管路應設有流量控制閥，用來調整冷卻水流量，同時設置有旁路的流量計監(jiān)視，以保證檢修時冷卻水的正常供應。應采用不銹鋼冷卻盤管，且不應有承受內壓的接頭。冷卻管的厚度應根據(jù)冷卻水的最大進口壓力進行設計，但最小壁厚不小于1.0mm。冷卻水盤管應僅有外部接頭，不應有壓緊墊片的接頭，也不應有螺紋連接的接頭，以免水泄露到油箱中。潤滑油系統(tǒng)設計泵重要軸承和齒輪箱處應采用烴類稀油潤滑，強制潤滑通過潤滑油的循環(huán)、預熱、冷卻、過濾實現(xiàn)潤滑功能。潤滑油系統(tǒng)組成，至少包括以下主要機械設備：機械潤滑油泵和輔助電動潤滑油泵；油冷卻器連同排氣閥、疏水閥和減壓閥；雙重油過濾器連同轉換手柄；浸沒式加熱器和溫度控制開關；供油回路上的油壓控制閥和安全閥；冷油器出口的溫度控制閥；測量控制儀表至少包括：油路上控制油泵切換的壓力開關；過濾器前后壓差開關；潤滑油箱內的油溫、油壓的就地顯示和控制開關；油箱入口油溫傳感器；冷油器出口溫度顯示儀表和油箱入口壓力顯示儀表；潤滑油系統(tǒng)應有充分的冷卻，確保軸承的金屬溫度應不超過85℃。冷油器應考慮旁路設置，并根據(jù)溫度控制在冷油器和旁路內的流量分配，保證供油溫度；過濾器應考慮備用，而且在過濾器切換時應避免供油中斷。為保證潤滑油的品質，油管路應采用不銹鋼材質。潤滑油系統(tǒng)在各種工況下（包括失去電源和機組反轉）應保證連續(xù)供油直至機組完全停下來?；炷廖仛な窖h(huán)水泵的制造要求模板流道模板的設計、加工應執(zhí)行NBXXX中的相關規(guī)定。鑄件鑄件表面應通過噴砂、噴丸、化學清理或任何其它標準方法進行清理，并符合MSS-SP-55的外觀要求。雙相不銹鋼鑄件有重大缺陷時，即挖補區(qū)域超過壁厚20%或深度超過25mm（二者中取較小者）或單個焊補面積超過65cm2，不允許進行裝飾性補焊，若需要返修，應提交返修計劃并經(jīng)使用方批準。高鎳鑄鐵成型后主要缺陷(氣孔,砂眼等面積大于20mm×20mm)不應進行焊接修補。熱處理對于奧氏體和雙相不銹鋼部件，應進行固熔熱處理。奧氏體和雙相不銹鋼部件焊補時，非主要焊補可不進行熱處理，但重大焊補應進行固熔處理并經(jīng)設計方的同意。承壓的鑄鐵件應根據(jù)材料的相關標準進行熱處理。公差流道結構的尺寸允許偏差和檢驗方法應按NBXXX中的相關規(guī)定。與介質接觸的水力通道零件加工表面（包括耐磨環(huán)，葉輪和泵蓋）粗糙度Ra不大于6.3μm,鑄件表面非機加工表面粗糙度Ra不大于12.5μm，泵組外表面粗糙度Ra不大25μm。焊接施焊前應采用實際焊接生產所用母材具有相同型號、等級或相同組號的母材試塊進行焊接工藝評定，評定項目包括以下項目：焊接工藝規(guī)程；焊接后的熱處理報告；焊接接頭的機械性能試驗：拉伸、彎曲、沖擊等；雙相不銹鋼焊縫的金相試驗；雙相不銹鋼焊縫處鐵素體含量測定；雙相不銹鋼晶間腐蝕試驗；焊縫的無損檢驗。超級鐵素體/奧氏體雙相鋼焊接時，最大層間溫度宜不超過100℃，而普通鐵素體/奧氏體雙相鋼焊接時，最大層間溫度宜不超過150℃，但最終以供應商提供的焊接工藝評定報告為準。雙相不銹鋼的焊縫應根據(jù)JB/T4730.5進行100%液體滲透檢驗，接受標準為焊接處的質量分級為Ⅱ級。混凝土蝸殼式循環(huán)水泵的試驗、檢驗規(guī)則吸入口流道模型試驗對鼓型濾網(wǎng)到泵入口的吸入流道（含鼓型濾網(wǎng)）應進行流道模型試驗。試驗程序和評價準則應按ANSIHI9.8標準執(zhí)行。模型泵性能試驗水泵及裝置模型試驗臺的要求和試驗內容等應按SL140或IEC60193的標準執(zhí)行?，F(xiàn)場泵性能試驗水力性能試驗水泵的現(xiàn)場性能試驗應至少包括流量、揚程、功率、轉速等測試。水泵在現(xiàn)場的試驗運轉時間應足夠長，以確保試驗結果的準確性，建議持續(xù)試驗時間不低于5h。水泵的性能曲線應至少有包括流量、揚程、功率在內的15組性能點的完整試驗數(shù)據(jù)。水泵的現(xiàn)場水力性能試驗應按照GB/T3216的1級進行，其中大流量測量使用的超聲波流量的精度應控制為±1%。水泵的性能保證值應符合合同或技術附件中相關要求，若無要求，按照GB/T3216的1級精度執(zhí)行。運行狀況檢查試驗現(xiàn)場連續(xù)運轉一定時間后，檢查以下幾項內容：振動，按4.3.7相關規(guī)定進行試驗并評估測試結果；噪音，按4.3.8相關規(guī)定進行試驗并評估測試結果；軸承溫度，根據(jù)軸承溫度探頭的測試結果是否在正常工作范圍內。旋轉部件平衡試驗高速軸（若有）和聯(lián)軸器應按GB/T9239.1的G6.3級作平衡試驗。葉輪應按GB/T9239.1的G6.3級作動平衡試驗,動平衡試驗的轉速可根據(jù)試驗機的能力而確定，但應以盡可能接近泵額定轉速為原則。水壓試驗水泵承壓部件（蝸殼）等的現(xiàn)場水壓試驗應根據(jù)現(xiàn)場實際條件確定是否進行，若現(xiàn)場試驗條件具備，應以不低于最大許用作用壓力進行試驗，保壓時間應不低于15min。泵蓋按蝸殼設計壓力1.25倍進行水壓試驗，保壓時間應不低于30min鐘，以無泄漏及冒汗現(xiàn)象為接受標準。軸承室、填料函、油冷卻器的冷卻通道和夾套應以1.5倍冷卻水入口處最大壓力值進行水壓試驗，試驗時間不低于30min。材料檢驗材料的供方應按照相關國家標準或采購技術書進行各項材料試驗，至少包括以下各項：化學成分：根據(jù)相關標準提供成品分析報告；晶相組織：根據(jù)相關材料標準進行檢測并提供報告；機械性能：根據(jù)相關標準進行機械性能檢驗，包括強度\韌性\硬度等指標；晶間腐蝕敏感性：奧氏體不銹鋼和鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼材料適用。軸應進行100%超聲波檢驗，100%磁粉（鐵磁性鋼鍛制軸料適用）或100%液體滲透檢驗。檢驗應滿足下列要求：泵軸超聲波檢驗的標準為ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅴ卷第5章和第23章,平底孔當量驗收接受標準為不允許有等于或大于規(guī)定的參考試塊中平底孔(孔徑為φ6mm)信號的顯示；泵軸磁粉檢驗的標準分為JB/T6912,接受標準為質量等級Ⅱ級；泵軸液體滲透的標準為JB/T8543.2,接受標準為質量等級Ⅱ級。葉輪（葉片以及葉片與前后蓋板連接部位，葉輪配合表面以及目視可疑區(qū)域）應進行100%液體滲透，液體滲透的標準為ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范第Ⅴ卷第6章和第24章,接受標準為ASME鍋爐