AP1000主泵制造工艺及监造

《AP1000主泵制造工艺及监造》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AP1000主泵制造工艺及监造（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、AP1000 主泵制造工艺及监造摘要：文章总结了 AP1000主泵主要部件的制造工艺，结合实 际设备监造工作，对可能影响到今后电厂调试、 运行、维修的相关问 题进行了分析，提出了 AP1000 主泵设备监造 中需要关注的重点。关键词：AP1000;主泵；制造工艺；设备监造1 AP1000屏蔽式主泵简介AP1000反应堆系统采用双回路，每一回路中包括两台主泵，这两台主泵的泵壳直接焊接在蒸汽发生器的水室封头上，主泵的出口与主 管道冷管段连接，泵体布置在上端，电机在下端。这种布置取消了主管 道的过渡段，减小了环路压降。AP1000主泵为单级、全密封、高转动惯量的屏蔽式离心泵。图1为AP1000主泵的

2、结构示意图。从图中可以看出，AP1000主泵的水力部件直接安装在电机上。主泵的整个转子组件（包括水力部件和电机转子）由位于电机两端的径 向轴承和下部的双向推力轴承支承。承压 壳体（主要包括泵壳、热屏、 定子冷却夹套、定子壳体和定子端盖等部件）承受反应堆冷却剂系统的 全部压力。电机的定子内部和转子外部分别包覆着屏蔽套，避免了定子 绕组和 转子与主冷却剂接触。AP1000 主泵不同于传统的屏蔽泵， 无论从功率、 重量和体积都是目前已知最大的屏蔽泵，并且在结构上增加了上、 下两个飞轮组件。由于AP1000系统以及AP1000主泵结构的特殊性， AP1000主泵的部分设计参数也与国内其他二代改进型核电

3、厂的主泵 有所不同。2 AP1000 主泵主要部件的制造2.1 定子组件的制造AP1000 主泵的定子组件位于泵体的外侧， 主要由定子绕 组组件、定子壳体法兰、定子冷却夹套、定子上端盖、定子下端盖、定 子屏蔽套等部件装配而成。2.2 定子绕组组件 与普通电机的定子绕组组件类似， AP1000 主泵定子绕组组件的制造可以分为两个阶段：首先是定子铁芯的制造，然后是在定子定子铁芯的制造流程主要为：硅钢片叠装叠片与拉筋、指压板焊接铁芯热点、长度、内径的直线度和跳动值等检查一最终机加工一最终检查。定子铁芯由硅钢片叠装而成，叠装 时采用芯轴胎具作为导向支撑，此芯轴胎具还带有气动胀紧功能，同时 在叠装时 还

4、要不断使用液压装置将硅钢片压实（压力约为 10000N），最后在两侧利用指压板进行固定。 在叠装完成后，要将拉筋、指压板 与硅钢片组合焊接，形成完整的定子铁芯，然后进行 相关检查。在定子铁芯制造的设备监造过程中，要重点关注定子铁 芯的相关检查。定子铁芯的叠装过程中，硅钢片之间可能会产生热点，影响该区域的绝缘效果，从而可能导致主泵运行过程中定子的部分区域温度过高， 因此，要重点关注定子铁芯叠装的热点检查。热点检查时，在定子铁芯 上缠绕励磁绕组，绕组中通过一定的电流，使之在铁芯内部产生接近饱 和状态的交变磁场，铁芯在交变磁场中产生涡流和磁滞损耗， 使铁芯 发热，同时使那些铁芯中绝缘受损或劣化部分产

5、生较大的局部涡流，温 度急剧上升，这样用红外线测温仪扫描即 可查找到定子的局部过热点。在定子铁芯制造完成后，即在定子铁芯的基础上进行绕 组线圈的装配工作。定子绕组线圈装配的流程主要为：安装底部线圈底部线圈 的电气试验安装顶部线圈 顶部线圈的电气试验在绕组上端将每一个顶部线圈铜 棒与底部线圈铜棒进行铜焊并绑扎绝缘带电气试验安装定子温度计电气试验气试验。VP（I 两次） 电在定子绕组装配过程的设备监造中，要重点关注铜焊及 绝缘带绑扎的质量、VPI的控制以及相关电气试验。AP1000主泵电机的额定电 压较高（6900V），并且定子绕组的绝缘等级较高（“N”级，目前我国的电机制造中通常最高绝缘等级 为

6、“H”或“C”级，低于“ N”级的要求），因此对于定子绕组的装配要求也非常高。在定子绕组的装配过程中，需要先后进行两次 真空压力浸漆（ VPI ） ,以保证定子绕组组件的绝缘性能。同时还要进行多次电气试验（共计五次，每次电气试验的内容主要包括接地绝缘阻抗试验、交流高压绝缘试验、 直流高压绝缘试验等） ，通过这些电气试 验来检查和验证定子绕组装配后的绝缘性能是否满足要求。定子绕组的绝缘性能，将直接影响AP1000主泵的整体运行寿命。2.2.1 定子壳体法兰定子壳体法兰为AP1000主泵中尺寸最大的部件，其上端通过主法兰与泵壳连接，下端通过不锈钢法兰与定子下端 盖连接。定 子壳体法兰由三个锻件组装

7、焊接而成，分别为：碳钢主法兰、碳钢壳体、 不锈钢法兰。其中，碳钢壳体、法兰的锻件材料为SA508 Gr.1，不锈钢 法兰锻件的材料为 SA336 F304。定子壳体法兰为压力边界部件，因此对于定子壳体法兰 的焊接要 尤为重视，在监造过程中要重点关注焊接工艺的执行以及相关NDE检 查工作。2.2.2 定子冷却夹套 定子冷却夹套位于整个定子组件的最外侧， 设冷水将通过定子冷却夹套，从定子壳体外侧来冷却定子绕组。定子冷却夹套由内、外不锈钢筒体和端环、导流环等焊接拼装而成。其中内、外不锈钢筒体都由不锈钢板卷制并纵 向焊接而成。定子冷却夹套的制造流程主要为： 内筒体卷制、 焊接内筒体上焊 接导流环外筒体

8、卷制、焊接外 筒体与内筒体热套装配上、下 端环与夹套筒体组件焊接。在进行定子冷却夹套制造的监造时，要重点关注热套装配前的尺寸、热套装配的过程以及端环焊接后的NDE 检查。2.2.3 定子屏蔽套屏蔽套的材料为耐腐蚀、 非磁性的 Hastelloy C276 合金。该材料为面心立方晶格结构，含有较高的钼、铬含量，并含有一定量的 钨元素，使得这种材料具有很强的耐腐蚀性，同时，Hastelloy C276合金的熔点超过1300 C, 因此是非常理 想的耐高温抗腐蚀材料。定子 屏蔽套的长度为3660mm，而屏蔽套的厚度仅为0.39mm，在主泵组 装后定子屏蔽套与转子屏蔽套之间的空隙不到5mm。由于屏蔽套

9、的厚度和两个屏蔽套之间的空隙都非常小，因此对于屏蔽套的直径尺寸公差要求非常高（公差为 0.076mm）。屏蔽套由两块薄板拼接而成。制造工序主要为：精密剪裁一一滚压成型一一纵向钨极氩弧自动焊一一尺寸检查PT、RT检查目视NDE检查。检查。在屏蔽套的制造及设备监造中，要重点核对制造过程中的尺寸检 查以及焊缝的2.3 转子组件的制造AP1000主泵的转子组件主要由转子轴组件、飞轮组件、轴承组件、叶轮等部件装配而成。2.3.1 转子轴组件转子轴组件由转子轴和转子铁芯组成。转子轴既作为电机轴，又作为泵轴。转子轴的材料为ASTM A336,在精加工完成后，需要在转子轴与端环连接处进行隔离过渡层堆焊，并进行

10、焊后 热处理以及相关 NDE 检查。转子铁芯的制造与定子铁芯类似，也是由硅钢片叠装而 成。硅钢有一个个的槽道，槽道中将安装铜棒，铜棒的两端与连接环进行铜焊形成感应电流的闭合回路。转子铁芯的外侧包覆转子屏蔽套，转子屏蔽套 的两端与端环进行焊接。在转子轴组件装配完成后，还需要进行水压试 验、 氦检漏试验以及动平衡试验。2.3.2 飞轮每台 AP1000 主泵上有两个飞轮，分别位于转子组件的 上部和下 部。上飞轮的高度比下飞轮更大。飞轮内部包含有高密度钨合金块，因 此重量较大（上飞轮为3.18吨，下飞轮为2.18吨），保证了 AP1000 主泵的高转动惯量， 从而保证了 惰转情况下的冷却剂流量满足设

11、计要 求。上、下飞轮的结构相同（如图 2 所示）。每个飞轮内部 包含12个扇形的钨合金块（材料为ASTM B777），钨合金块的内侧开有凹槽，正好可以与轮毂外缘面上的凸起相配合。在钨合金块装配至轮毂上之后，再进行紧固环的热套装配，通过过盈配 合实现对钨合金块的固定。在飞轮的上、下端还 焊有盖板， 最外侧焊 有一层外壳，盖板和外壳都是由Inconel 625合金材料制成，可以使钨合金块和紧固环与主冷却剂隔离开。此外，每一个飞轮还需要进行动平 衡试验以及125%额定转速下的超速试验，以验证设计工况下飞轮组件 的完整 性。飞轮制造的主要流程为：飞轮轮毂加工一一钨合金块与轮毂进行组对紧固环热套装配端面

12、的机加工动平衡试验一一超速试验一一紧固环外表面PT检查上、下端盖板的焊接外壳热套并与盖板外缘进行焊接 最终动平衡一一氦检漏试验。在飞轮制造的监造过程中，要重点关注飞轮的超速试验（包括超速试验后紧环外表面的PT检查，关系到飞轮组件的完整性）、动平衡试验以及氦检 漏试验。2.3.3 轴承组件AP1000主泵中包含有上、下推力轴承和上、下径向轴承，都为 水润滑轴承。其中上、下推力轴承分别位于下部飞轮的上、下两侧；下 部径向轴承位于上部推力轴承的上侧，两者连为一体；上部径向轴承位 于上部飞轮的下端。推力轴承与径向轴承的结构示意图如图 3 所示（以下部 径向轴承 和推力轴承为例） 。每个推力轴承有 6

13、个瓦块，每 个径向轴承有 4 个 瓦块，轴承瓦块的材料为碳石墨，瓦块后端连有平衡板，一起安装在不 锈钢瓦托内，轴承最外侧为轴承套筒。上、下部推力轴承分别位于下部 飞轮的上、 下两侧， 瓦块分别与推力盘的工作面接触。对于轴承组件，在设备监造中需要重点关注采购件的相 关文件审 查；瓦块表面的平整度和光洁度检查；推力盘工作面的平面度检查、硬 度检测和 PT 检测。2.3.4 叶轮AP1000主泵的叶轮材料为ASTM A743,为一体式铸件，泵轴与叶轮装配的配合面有一定锥度，并且有装配叶轮的台阶，保证了装配精度。叶轮制造的主要工序为：粗加工一一初始动平衡一一开 螺纹孔一最终动平衡。由于叶轮的曲线较复杂

14、，并且公差要求很小（直径尺寸公差为0.1mm ）。因此对机加工的设备要求很高（五轴联动加工中心）。3 AP1000主泵制造中的设备监造重点3.1 加强对设计文件的消化和理解 根据主泵设计规范书的要求7.5.1.5），为了保证飞轮的 完整性，飞轮紧固环材料需要进行 UT和PT的检查，相关NDE检查应符合ASME NB-2000的要求。而根据ASME NB-2547的规定，UT检查可以在锻造之后的任意时间进行，UT中，监造人员发现飞轮紧环仅在分包商处进行了 和 PT 检查，之后在但是 PT 检查则必须在部件的成品状态下进行。在设备监造 过程制造厂进行机加工之后（即最终装配前 的成品状态）并无 PT

15、 检查。在发现问题后，监造人员与制造厂进行沟通和多次技术 澄清，最终判定制造厂的做法确实违反了设计要求，为此制 造厂将所有已完成制 造的飞轮开出了外部不符合项，并陆续 升版了相关图纸、材料采购文件 制造工艺流转卡和质量计 划等。通过这一问题的处理过程，充分说明了设备监造人员需 要对于设计规范和其引用的法规标准进行充分理解，以此为 依据进行设备监造工 作，并在设备监造过程中检查制造厂的 工艺规程是否与设计要求和法规 标准的要求相一致。这样才 能减少设备制造过程中可能带来对电厂调试、 运行、维修的 风险。3.2 部件的焊接在 AP1000 主泵的制造中，含有多项焊接操作，而其中 很多部件 为压力边界材料，这些焊接工艺的质量，直接影响 着主泵乃至整个电厂 运行的安全，需要在监造过程中重点关 注，主要有：3.2.1 定子壳体法兰制造过程中的焊接AP1000 主泵的定子壳体法兰由三个大锻件焊接拼装而 成，分别 为碳钢壳体、碳钢主法兰、不锈钢法兰。制造时， 碳钢主法兰与 碳钢壳体首先进行焊接拼装，然后拼装好的碳 钢壳体法兰再与不 锈钢法兰进行焊接拼装形成整体的定子 壳体法兰，最后进行整体 精