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摘要：为了保证“华龙一号”海外首堆卡拉奇核电项目3#机组中压安注泵性能测试调整顺利、最终性能试验结果在满足设计规格书要求同时、性能曲线处于较优区域。通过将工程样机零部件、测试叶轮、产品泵零部件按照一定顺序相组合进行装配、试验、分析每一次性能测试试验结果、进行切割叶轮或者导叶，保证最终产品中压安注泵性能试验结果性能曲线处于较优区域。总结和优化得到性能调整时间最短、质量风险最小的多级离心泵性能测试和调整方案。
关键词：华龙一号、中压安注泵、性能试验
一、引言
巴基斯坦卡拉奇核电项目是我国首个走出国门的具有完全自主知识产权的百万千瓦级三代压水堆核电项目。“华龙一号”实现了先进性和成熟性的统一、安全性和经济性的平衡、能动与非能动的结合。“华龙一号”的设备国产化率达到了90%以上，K3项目中压安注泵就是其中之一。
“华龙一号”中压安注泵是多级离心泵，多级离心泵的性能调整是一个非常复杂、艰难、和质量风险很大的过程，如果切割叶轮不当就将造成报废的风险，因此，如何优化多级离心泵性能调整方案是一直在进行的科研课题。
二、参数要求
“华龙一号”百万千瓦级先进压水堆核电站用中压安注泵为核二级泵，是安全注入系统（RSI）的组成部分，主要功能为：安全注入泵，防止LOCA事件中堆芯的裸露。
中压安注泵设备规格书中，泵运行工况要求非常高：从零流量点到最大流量点250m3/h，扬程变化非常大，平均单级叶轮扬程变化150m~15m，泵流量扬程曲线陡降；要求具有高抗汽蚀的性能，250 m3/h流量汽蚀比转数为1371。高温运行工况，泵入口最高温度160℃；
三、结构介绍
为了达到中压安注泵设计规格书性能参数的要求，在中压安注泵在结构设计上做了很多的优化方案：
采用卧式、双壳体多级离心泵，芯包可抽，泵芯由转子、导叶、中段、密封部件、轴承体等组成，泵芯包连同泵盖可在只拆除主螺母之后就可以整体从泵体中抽出进行检修或更换，拆装快速、方便。
首级叶轮为单级双吸叶轮，提高泵抗汽蚀性能。次级叶轮为6级次级叶轮背靠背对称布置，配径向导叶，轴向力在各工况点可自平衡，其总体结构具有紧凑性和高可靠性。轴承使用球轴承与滚动轴承组合两端支撑，运转平稳可靠。轴封采用集装式机械密封。泵本体与驱动电机间使用膜片联轴器联接、传动。
相对其它同类产品，上述结构设计的特点是：抗汽蚀能力强、轴向力小、轴承结构简单温度低、振动小。
四、试验方案
中压安注泵水力部件很多，流道也非常复杂，这就给性能调整带来非常大的难度，同类产品其它厂家性能调整过程中曾经出现过叶轮切割过量造成报废，重新采购叶轮、交工，对进度影响非常大。
对水力性能影响较大的零部件为叶轮和导叶，首级叶轮对流量和汽蚀性能影响较大，6级次级叶轮对泵的扬程影响较大，为了最终性能试验结果处于最优的流量扬程曲线区域内，且防止在性能调整过程中切割叶轮和导叶矫枉过正造成泵性能较差或者不合格的情况，必须制定慎重详细的性能测试和调整方案。
在制造产品次级叶轮的同时，用相同木模铸造和制造出专用于性能测试的次级叶轮；导叶过流面留有1mm余量，用于性能调整时进行加工。
试验预订方案如下：
步骤一：
产品首级叶轮、性能测试用次级叶轮、样机导叶、样机泵体及其它样机零部件装配进行性能测试试验；本步骤主要对叶轮铸造模具几何形状的准确性进行检验。
步骤二：
根据第一条试验结果，切割性能测试用次级叶轮，重新装配再次进行性能测试试验，多次循环测试和调整直至性能达到满意结果；本步骤主要取得次级叶轮切割量数值。
步骤三：
产品首级叶轮、性能测试用次级叶轮、样机导叶，产品泵体及其它产品零部件装配进行性能测试试验，测试结果与第二条的测试结果对比；本步骤主要检查样机泵体和其它过流部件与产品泵体和其它过流件几何形状的差异。
步骤四：
按照性能测试用叶轮切割情况，及第三条测试试验结果，切割产品次级叶轮，产品首级叶轮、产品次级叶轮、样机导叶，产品泵体及其它产品零部件装配进行性能测试试验，根据试验结果合格切割次级叶轮，装配再次进行性能测试试验，直至性能达到满意结果；本步骤主要检查除导叶以外的其它产品过流部件水力性能。
步骤五：
产品首级叶轮、产品次级叶轮、产品导叶、其它所有产品零部件装配进行性能测试试验，根据测试结果适当加工导叶过流面的余量，加工量不大于0.25mm，再次装配和性能测试试验，直至产品泵性能试验结果达到性能曲线最优区域。
五、性能测试和调整
步骤一：测试试验结果如下：
额定转速下试验数据：
从试验结果数据看，45m3/h流量点和155m3/h流量点扬程满足规格书要求，虽然泵性能曲线陡降程度已大幅度改善，但是242.6m3/h流量点扬程253.7L.C.（m）还是偏高40 L.C.（m），调整已取得加大效果。同时，也证明了叶轮木模几何形状能够达到预期要求。
步骤三：
步骤三试验结果与步骤二试验结果接近，证明产品泵除导叶和次级叶轮以外的通流部件和样机通流部件几何形状基本接近，产品叶轮可以按照性能测试用叶轮切割量进行切割。
步骤四：
根据步骤三试验结果，切割产品次级叶轮。装配进行性能测试试验，试验结果如下：
额定转速下试验数据：
泵组振动测量结果中最大振动点为1.8（mm/s），且只有驱动端轴承Y方向一个点。其它各测量点振动值均≤0.9（mm/s），振动值远远小于设备规格书振动要求。汽蚀性能试验结果250m3/h考核流量点NPSHR为2.92m，满足设备规格书要求。结果巴基斯坦国家核安全局PNRA和业主PAEC出席了K3首台中压安注泵性能试验见证，对试验结果给予赞扬。
第二台K3中压安注泵最终性能试验也得到非常满意的结果，相关数值和首台泵试验结果很接近。
七、总结
多级泵的水力部件较多，影响泵组水力性能的因素也很多，特别是K3中压安注泵设备规格书要求泵性能曲线陡降，这些要求给性能调整带了非常大的难度。为了泵性能曲线达到较优的区域，K3中压安注泵2台泵组共进行了近30次的性能测试和调整，最终攻克难关，特别是首台K3中压安注泵多次性能测试中不断的摸索调整方案和调整量，在此工程中也积累了一定的经验，为第二台K3中压安注泵性能调整提供了非常有力的经验支持，也为以后多级泵性能调整提供的宝贵经验。
论文作者:孙鹿
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/26
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