摘要：CPR1000核电站核级泵的水力性能试验基本上是按照ISO9906或GB3216标准进行的，但对标准要求的性能参数试验不确定度的分析还没有进行深入的探讨和研究。通过对上充泵性能测试中性能指标测试参数误差来源的分析，确定了分析上充泵的不确定度的基本方法，根据阳江34号机组上充泵泵试验过程，建立了不确定度分析方法。该方法可指导其它核级泵性能试验的不确定度评定。
关键词：上充泵；性能试验；不确定度
CPR1000核电站核级泵厂的水力性能试验基本上是按照ISO9906或GB326标准进行的。然而，对标准要求的性能参数测试的不确定性分析还没有进行深入的探讨和研究。泵供应商经常混合与仪器测量精度的不确定性；同时，也有在我国缺乏专业机构，对核级泵试验台进行了不确定度分析。上述原因导致核泵试验结果的准确性不高。因此，随着国内核电泵规模的不断提高，研究上充泵综合试验不确定度的评定方法和统一评价程序已迫在眉睫。本文以相关标准和技术手册为基础，以某厂上充泵试验台为例，研究了相关试验过程不确定度的分析与评定方法，总结出一种通用的不确定度评定方法。
1、核电站工作原理
核电厂是利用核裂变或核聚变反应释放的能量发电的发电厂。目前在商业运行中的核电厂使用核裂变反应来发电，核电厂通常分为两部分：使用核裂变产生蒸汽的核岛（包括反应堆和主要系统）以及使用蒸汽发电的常规岛（包括涡轮发电机系统），使用的燃料通常是放射性重金属：铀、钚。如果拆除核反应堆，除了产生蒸汽的热源之外，核电厂和火力发电厂之间几乎没有区别。一般热电厂有燃料供应来产生热量，如天然气、煤炭或石油。对于核电厂来说，它需要的热量来自核反应堆的核裂变，当一个相当大的裂变核（通常是铀-235或钚-239）被中子轰击时，它会分裂成两个或两个以上的部分并释放能量和中子，这个过程被称为核裂变，从核中释放的中子将继续轰击其他原子核，当这种连锁反应被控制时，它释放的能量可以用来煮沸水，产生的蒸汽可以驱动涡轮机并发电。必须记住的是，核爆炸发生的是一个“不受控制”的连锁反应，核反应堆的裂变速度无法达到核爆炸所需的速度，因为商业核燃料浓度不够高，连锁反应是由一些可以吸收或减缓中子的材料控制的，在使用铀作为核燃料的反应堆中，中子需要放缓，因为慢中子轰击铀-235核时它们更容易裂变。轻水反应堆使用正常的水来减缓中子并冷却它们。当水温升高到一定程度时，达到工作温度，此时其密度将下降，使得未被其吸收的少量中子将会缓慢地降低，以引发新的裂变，负反馈将裂变率保持在一定水平。
2、上充泵的作用
核电站的上充泵在反应堆冷却系统（一回路）中功能复杂，具有流量小、扬程高、速度快等特点，常采用多级双层结构的离心泵。100万千瓦级核电站一回路绝对压力高于0.3MPa，上充泵的主要功能是：
2.1、当反应堆处于正常运行状态时，在一回路中补充了充满硼酸的水。
2.2、向三个主泵提供流量为5.4m3/h的机械密封冷却水，以确保主泵机械密封正常工作，并且主泵中的主泵水从主回路泄漏。
2.3、当在循环中发生诸如中断等失水事故时，上充泵在高压喷射条件下运行，并且将反应堆燃料箱中的高浓度硼酸水注入回路以控制反应性。当加燃料箱内的水位较低时，注入将自动转移到再循环阶段。
上充泵必须准确地满足5个工况点的要求，上充工况为13.6m3/h、34m3/h和110m3/h；高压安注工况为148m3/h和160m3/h；另外，在小流量条件下，需要5m3/h，该操作点规格要求安全操作至少1小时。因此，水力模型的设计非常困难，制造难度也非常高。
3、上充泵试验装置概述
上充泵测试设备专门设计用于满足上充泵识别测试的要求，主要组件如下：
3.1、常温水罐
容积20m3，罐内配有冷却水管，用于在系统运行期间调节水温。
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3.2、热水罐
容积20m3，内置电加热器2组，每组100KW，加热水温度155°C，热水罐顶部带有安全阀。该容器提供用于热冲击测试的高温水。
3.3、泵进水管部件
常温水罐和热水罐的出水管与泵入口并联连接，泵通过泵入口供给2号压力调节阀。在调节阀和泵的入口之间设置压力变送器，以检测泵的入口压力并为上充泵提供条件。
3.4、泵出水管部件
常温水罐和热水罐的入口管与泵出口并联连接，并连接到1号泵出口处的压力调节阀泵的出口。罐和泵通过泵入口管和泵出口管连接以形成用于各种测试的封闭测试回路。
3.5、在泵出水管上安装有电磁流量计，可准确测量泵各种工况下的流量。
4、上充泵结构设计特点
锻造的泵简体、泵盖结构形式简单便于进行应力分析计算及无损检验；泵体密封环内孔设计成迷宫形式，有利于提高泵的效率；泵芯可整体抽出，使之方便检修，缩短检修时间；采用自冲洗的快装式机械密封；平衡装置采用可靠性高的平衡鼓；两径向轴承采用泵送介质润滑轴承结构；采用膜片式联轴器，便于立式上充泵机组对中找正，抗振性能好，可在不必拆除电动机的情况下更换平衡鼓、机械密封及推力轴承；在相关泵设计部件的设计时，考虑泵运行时能短时间中断冷却水而不损坏，满足规范书中要求冷却水中断1.5min，泵部件不致损坏的要求。
5、试验条件及检测仪器仪表
5.1、试验条件
试验在上充泵的专用闭式试验台上进行，具备以下条件：试验介质，B级水；环境温度，室温；电源电压，6.6KV\50Hz。
5.2、试验装置配置的检测仪表
进口压力：压力变送器，测量范围：-0.1?1.0MPa，1.0级。出口压力：压力变送器，测量范围：0?25MPa，1.0级。润滑油压力：压力表，测量范围：1?1.0MPa，1.0级。流量测试，电磁流量计（测量范围0至180m3/h），1.0级。功率测试，智能功率监视器，1.0级。噪音测试，噪音测试仪。振动测试，振动测试仪和设备带有振动传感器。设备内置温度测试，红外温度计和温度传感器。速度测试，速度检测器，0.5级。在液压性能测试中，泵的流量由电磁流量计直接读取，其他主要参数（如扬程、功率和效率）均间接测量，并使用直接读取的参数，如压力、流量和电机功率，计算方法参照ISO9906。
6、上充泵性能试验测量不确定度的分析与计算
测量值与真实值之间的差异是不确定性，不确定性绝对存在。总不确定性由随机不确定性和系统不确定性组成。随机不确定性也被称为意外不确定性，一个人测量一个物理量，即使外部条件不变，测量结果可能也不一样。系统的不确定性主要是由于仪器本身的局限性以及仪器标准的局限性和不完善的测量方法。如仪器的规模不准、零点未校正好、砝码未标定、周围环境的变化和读数人的习惯偏向等引起的。
6.1、随机不确定度分析
上充泵性能试验测量过程中，流量、扬程、功率等数据的采集都是通过上充泵的检测系统采集一段时间的数据（10组）后取其平均值进行记录。
6.2、系统不确定度分析
在上充泵性能试验过程中，流量、转速和压力等参数为直接数据，其系统不确定度根据测量仪表精度计算；扬程、功率和效率等参数测定时通过测定若干直接测量量后按一定的函数关系计算确定的，其系统不确定度按误差传递法进行计算。
6.3、总不确定度分析
根据标准，总不确定度利用随机不确定度和系统不确定度的分析结果，计算出相关参数的总不确定度。
结束语：通过上述分析，确定认上充泵试验过程主要测定参数的总不确定度低于ISO9906-2012版中对1级泵的容许值要求，相关试验精度满足标准和技术规格书要求。本文研究了相关试验过程不确定度的分析评定方法，制定了上充泵出厂性能试验的不确定度评价方法。该方法可为后续核级泵研发过程中，性能试验的不确定度分析评定提供参考。
参考文献
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论文作者:于景志,王彤臣,赵海强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/16
标签：不确定论文; 测量论文; 性能论文; 水罐论文; 中子论文; 不确定性论文; 测试论文; 《建筑学研究前沿》2018年第14期论文;