壓水堆核電站一回路冷卻劑循環(huán)泵(以下簡(jiǎn)稱核主泵)是核電站的關(guān)鍵設(shè)備，核主泵對(duì)整個(gè)核電站的安全起著至關(guān)重要的作用。隨著核電事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)已掌握了多數(shù)關(guān)鍵核電主設(shè)備的制造能力，唯獨(dú)核主泵在我國(guó)現(xiàn)已投產(chǎn)的核電機(jī)組中仍然主要依賴國(guó)外引進(jìn)。核主泵的國(guó)產(chǎn)化，是幾代核電人追求的夢(mèng)想，實(shí)現(xiàn)核主泵的國(guó)產(chǎn)化將進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)核電事業(yè)的快速發(fā)展。本文通過對(duì)當(dāng)今世界核電主泵各種流派的技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比分析，梳理主要發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展核電主泵的歷程，建議培育我國(guó)核電主泵的自主設(shè)計(jì)能力、自主制造能力和自主試驗(yàn)驗(yàn)證能力。提出只要認(rèn)認(rèn)真真學(xué)習(xí)，掌握先進(jìn)技術(shù)，扎扎實(shí)實(shí)推進(jìn)核主泵自主研發(fā)的各項(xiàng)工作，核主泵的國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)一定能夠?qū)崿F(xiàn)。

一、前言

　　核電站只需消耗很少的核燃料，就可以產(chǎn)生大量的電能，每千瓦時(shí)電能的成本比火電站要低20%以上。核電站還可以大大減少燃料的運(yùn)輸量。例如，一座100萬kW的火電站每年耗煤三四百萬噸，而相同功率的核電站每年僅需鈾燃料三四十噸；核電的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是無污染，幾乎是零排放，對(duì)于環(huán)境壓力較大的中國(guó)來說，符合能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

　　核電作為一種技術(shù)成熟、可大規(guī)模生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的能源，在我國(guó)的遠(yuǎn)景規(guī)劃中將有更大的發(fā)展空間。預(yù)計(jì)到2015年，運(yùn)行核電裝機(jī)達(dá)到4 000萬kW，在建規(guī)模1 800萬kW；到2020年我國(guó)在運(yùn)核電裝機(jī)達(dá)到6 000萬kW。

　　2012年10月24日，國(guó)務(wù)院審議通過《核電安全規(guī)劃(2011～2020年)》和《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2011～2020年)》，重啟核電建設(shè)。沉寂已久的核電設(shè)備制造業(yè)引起廣泛關(guān)注。

　　中國(guó)核電將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，核電裝備同樣也將迎來難得的發(fā)展機(jī)遇期。然而，從核級(jí)泵技術(shù)上看，目前能自主開發(fā)、制造的也只是核二、三級(jí)泵，核一級(jí)主泵還在技術(shù)引進(jìn)、消化吸收及部分關(guān)鍵部件的試制階段，國(guó)產(chǎn)化自主率水平仍然較低，真正實(shí)現(xiàn)核主泵的國(guó)產(chǎn)化還有很長(zhǎng)的路要走。

　　核主泵一直是制約我國(guó)核電站發(fā)展的最關(guān)鍵設(shè)備，我國(guó)目前運(yùn)行的核電站中所用的主泵幾乎全部依賴進(jìn)口，其自主設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)驗(yàn)證是我國(guó)推進(jìn)核電自主化的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

二、核主泵的結(jié)構(gòu)

　　1. 軸封泵結(jié)構(gòu)

　　我國(guó)現(xiàn)在已建成的核電站核主泵多數(shù)是軸封式的，電動(dòng)機(jī)與泵聯(lián)接方式有剛性聯(lián)接和撓性聯(lián)接兩種。世界上核主泵的主要制造商有： 美國(guó)的EMD 、法國(guó)熱蒙AREVA)、日本三菱(MHI)、德國(guó)KSB、奧地利ANDRITZ和俄羅斯圣彼德堡機(jī)器制造中央設(shè)計(jì)局等。美國(guó)的EMD、法國(guó)熱蒙(AREVA)和日本三菱(MHI)生產(chǎn)的軸密封主泵機(jī)組屬于剛性聯(lián)接。德國(guó)KSB、奧地利ANDRITZ和俄羅斯圣彼德堡

　　機(jī)器制造中央設(shè)計(jì)局生產(chǎn)的主泵機(jī)組屬于撓性聯(lián)接。下面簡(jiǎn)要介紹上述各公司核主泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

　　(1)美國(guó)EMD的核主泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　三軸承支承的軸系結(jié)構(gòu)如圖1所示，電動(dòng)機(jī)軸與泵軸用剛性聯(lián)軸器直聯(lián)，雙向主推力軸承布置在電動(dòng)機(jī)頂部，與電動(dòng)機(jī)兩個(gè)油潤(rùn)滑導(dǎo)軸承中的上部導(dǎo)軸承組合成一體式結(jié)構(gòu)，在泵部分的第三個(gè)導(dǎo)軸承是水潤(rùn)滑軸承。軸密封系統(tǒng)是由3級(jí)密封組成，第1級(jí)是流體靜壓可控泄漏密封，第2級(jí)是特殊設(shè)計(jì)的端面機(jī)械密封，第3級(jí)是端面機(jī)械密封。泵機(jī)組的結(jié)構(gòu)剛性、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)以及電動(dòng)機(jī)與泵之間的軸系對(duì)中問題，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算和制造安裝中的關(guān)鍵點(diǎn)。

圖1 三軸承支承的核主泵結(jié)構(gòu)

　　(2)俄羅斯圣彼德堡機(jī)器制造中央設(shè)計(jì)局生產(chǎn)的核主泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　田灣核電站一期工程兩臺(tái)機(jī)組為俄羅斯AES-91型反應(yīng)堆，采用了圣彼德堡機(jī)器制造中央設(shè)計(jì)局1391型反應(yīng)堆主泵，主泵軸向止推軸承采用水潤(rùn)滑方式，是在世界上大型商用壓水堆中首次應(yīng)用。如圖2所示。

圖2 俄羅斯圣彼德堡機(jī)器制造中央設(shè)計(jì)局的主泵結(jié)構(gòu)

　　(3)德國(guó)KSB核主泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　德國(guó)KSB核主泵采用四軸承支承的軸系結(jié)構(gòu)，如圖3所示。KSB核主泵與電動(dòng)機(jī)采用撓性聯(lián)軸器聯(lián)接，高載荷的雙向作用推力軸承部件布置在泵的上部，核主泵自帶推力軸承，泵能與不同支承剛度和不同轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)電動(dòng)機(jī)匹配。在泵上增加一道與主推力軸承一體化的油潤(rùn)滑導(dǎo)軸承，加上撓性聯(lián)軸器，除了使泵和電動(dòng)機(jī)軸的對(duì)中便利以外，機(jī)組的抗震設(shè)計(jì)和振動(dòng)分析較容易分析和處理。軸密封系統(tǒng)由3級(jí)流體動(dòng)壓可控泄漏機(jī)械密封組成，每級(jí)密封均可承受系統(tǒng)全壓設(shè)計(jì)，壓力分配為40%、40%、20%，此外泵第3級(jí)機(jī)械密封上部布置有停車密封。我國(guó)秦山一期核電站采用了KSB四軸承核主泵。德國(guó)KSB除四軸承支承軸系結(jié)構(gòu)核主泵外，也為世界核電站提供了大量的三軸承支承軸系的撓性聯(lián)接結(jié)構(gòu)主泵(見圖4)，目前為海南昌江核電站供貨的主泵采用了三軸承支承軸系的主泵。

圖3 KSB四軸承主泵　圖4 KSB三軸承主泵

三、核主泵技術(shù)國(guó)產(chǎn)化

　　1. 世界核主泵技術(shù)的發(fā)展

　　法國(guó)、日本、韓國(guó)核電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展過程：法國(guó)在20世紀(jì)七八十年代引進(jìn)美國(guó)西屋公司的核電技術(shù)后，經(jīng)過20年的發(fā)展，不僅形成了自己的核電技術(shù)，建立了自己的標(biāo)準(zhǔn)化體系，而且核島中的反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、主泵，常規(guī)島的汽輪機(jī)、發(fā)電動(dòng)機(jī)以及大量的核級(jí)泵、閥等設(shè)備很快實(shí)現(xiàn)了自主化，基本立足本國(guó)制造。法國(guó)政府還明確規(guī)定不允許再購買國(guó)外核主泵，有力地推動(dòng)了法國(guó)裝備制造業(yè)的自主創(chuàng)新和發(fā)展。日本也從美國(guó)引進(jìn)了反應(yīng)堆技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)核電設(shè)備的自主制造。其中三菱重工(MHI)引進(jìn)、消化了西屋公司的壓水堆技術(shù)；東芝、日立引進(jìn)了GE 公司的沸水堆技術(shù)，都形成了自主的核電設(shè)備制造體系。韓國(guó)，在經(jīng)歷20世紀(jì)70年代初期出現(xiàn)的兩次石油危機(jī)沖擊后，韓國(guó)政府深受能源貧乏之痛，轉(zhuǎn)而大力支持核電開發(fā)，制定了發(fā)展核電的長(zhǎng)期規(guī)劃，并深刻認(rèn)識(shí)到“核電技術(shù)裝備自主化是降低能源海外依存度的根本”。為此，韓國(guó)政府制訂并不斷完善了一系列自主化政策，并制定了每個(gè)時(shí)間段的技術(shù)裝備自主化目標(biāo)。韓國(guó)政府長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃的指引與強(qiáng)有力的政策扶持是韓國(guó)核電走上自主化道路的重要保證。

　　從20世紀(jì)80年代自主設(shè)計(jì)第一座30萬kW秦山一期核電站至今，我國(guó)已逐步具備絕大多數(shù)核電主設(shè)備的制造生產(chǎn)能力，唯獨(dú)核主泵是一直突破不了的難題；在我國(guó)現(xiàn)已投產(chǎn)的核電動(dòng)機(jī)組中，主泵皆由國(guó)外引進(jìn)。主泵國(guó)產(chǎn)化是幾代核電人的夢(mèng)想，也是中國(guó)核電實(shí)現(xiàn)自主化必須要突破的難關(guān)。

　　2. 我國(guó)核主泵國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程

　　20世紀(jì)70年代末，國(guó)內(nèi)幾家主要的泵制造企業(yè)，為向秦山一期300MW核電動(dòng)機(jī)組提供核主泵，做了大量的技術(shù)準(zhǔn)備工作。當(dāng)時(shí)的上海水泵廠進(jìn)行了核主泵機(jī)組水力部件的研發(fā)，并制作了縮小比例的水力模型泵，并在浙江省機(jī)科所一級(jí)精度試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了重復(fù)測(cè)量，水力模型研究項(xiàng)目通過了上海市機(jī)電一局組織的全國(guó)性鑒定會(huì)議的核查和認(rèn)可。隨后，完成了水力模型泵的四象限全特性試驗(yàn)，得到了完整的四象限全特性曲線，可用于NSSS系統(tǒng)的安全計(jì)算分析。

　　巴基斯坦恰希瑪C1項(xiàng)目核電站為30萬kW壓水堆型核電站，是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、建造的第一座出口商用核電站，當(dāng)時(shí)是我國(guó)重要的高科技成套出口項(xiàng)目。在該項(xiàng)目中，沈陽水泵廠與國(guó)外某一流體機(jī)械制造企業(yè)合作，在引進(jìn)核主泵技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了部分零部件的國(guó)產(chǎn)化制造。

　　2005年由法國(guó)阿海琺/熱蒙和東方電氣合資興建東方阿海琺核泵有限責(zé)任公司，希望通過引進(jìn)法國(guó)阿海琺核主泵和電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)方面的技術(shù)來逐步實(shí)現(xiàn)主泵的國(guó)產(chǎn)化。

　　2008年3月，沈鼓、哈電分別與美國(guó)EMD簽訂了2臺(tái)國(guó)產(chǎn)三代核主泵分包制造合同。

　　2008年6月，上海電氣集團(tuán)與德國(guó)KSB成立由中方控股的合資企業(yè)——上海電氣凱士比核電泵閥有限公司，該企業(yè)以核電用泵的設(shè)計(jì)、制造和銷售為主業(yè)。2011年9月上海電氣凱士比核電泵閥有限公司與國(guó)家核電技術(shù)公司一起開發(fā)承制國(guó)家重大專項(xiàng)CAP1400堆型的濕繞組主泵。

　　3. 上海電氣核主泵國(guó)產(chǎn)化推進(jìn)

　　通過引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的成熟的核電技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上消化、吸收，進(jìn)行自主研發(fā)和自主創(chuàng)新，無疑是核主泵實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的最好選擇。上海電氣凱士比核電泵閥有限公司通過引進(jìn)、消化、吸收德國(guó)凱士比核主泵關(guān)鍵技術(shù)并掌握這一技術(shù)，意味著我國(guó)在打破國(guó)外核電技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)核主泵的國(guó)產(chǎn)化方面將會(huì)取得重大進(jìn)展。

　　通過引進(jìn)德國(guó)KSB成熟的核電泵技術(shù)，合資公司負(fù)責(zé)主泵零部件的國(guó)產(chǎn)化、整個(gè)主泵的裝配、安裝和全流量測(cè)試。目前，公司擁有世界上最先進(jìn)的主泵全流量試驗(yàn)臺(tái)，能進(jìn)行二代、二代加核電站主泵以及三代核電站主泵全流量測(cè)試。全流量試驗(yàn)回路如圖7所示。

圖7 SEC—KSB核主泵全流量測(cè)試臺(tái)

四、結(jié)語

　　核主泵的難度不僅在于生產(chǎn)，更是在于它的可靠性、安全性，怎樣保證主泵長(zhǎng)時(shí)間安全可靠運(yùn)行是主泵制造最核心的問題。核主泵是壓水堆核電站核島主設(shè)備里唯一轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，這就要求它比其他非轉(zhuǎn)動(dòng)性設(shè)備具有更高的可靠性。另外，主泵的功能在核島中至關(guān)重要。它的主要功能有：首先，核島的冷卻需要靠主泵來完成；其次，要把核島里面產(chǎn)生的熱量帶出來，與蒸汽發(fā)生器二次側(cè)換熱，從而推動(dòng)汽輪發(fā)電動(dòng)機(jī)組發(fā)電。主泵就像核島的心臟，一旦失效，危害巨大。

　　1. 認(rèn)認(rèn)真真引進(jìn)

　　核主泵的重要性使它成為我國(guó)自主發(fā)展核電必須要拿下的“硬骨頭”，為確保主泵的安全性，在主泵制造過程中要進(jìn)行大量的設(shè)計(jì)計(jì)算以及試驗(yàn)驗(yàn)證工作。這些工作都需要經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的沉淀，沒有多年從事主泵技術(shù)的企業(yè)根本不可能實(shí)現(xiàn)主泵的研發(fā)和制造，德國(guó)KSB研究主泵技術(shù)已有超過40多年的時(shí)間，引進(jìn)已經(jīng)成熟的先進(jìn)技術(shù)并逐步實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)是我國(guó)發(fā)展核主泵首選的捷徑。

　　2. 扎扎實(shí)實(shí)推進(jìn)

　　自主化和國(guó)產(chǎn)化是我國(guó)核泵企業(yè)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的最終目的，只有最終實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，我國(guó)核電才能真正實(shí)現(xiàn)自主化。所謂自主化，就是完全自主控制，不再依賴外方，落地生根，開花結(jié)果，只有做到這一點(diǎn)，才能使引進(jìn)的技術(shù)真正為我國(guó)主泵產(chǎn)業(yè)所用。正是這樣的工作思路，使得上海電氣凱士比核電泵閥有限公司在多個(gè)方面穩(wěn)扎穩(wěn)打、搶占先機(jī)。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，建造了全世界最先進(jìn)的主泵全流量試驗(yàn)臺(tái)。在臨港基地，上海電氣投資10億元，除了建設(shè)廠房、購置機(jī)械加工設(shè)備外，還建了國(guó)際上最先進(jìn)的主泵全流量測(cè)試臺(tái)，僅試驗(yàn)臺(tái)本身的投資就已經(jīng)超過3億元。

　　這個(gè)測(cè)試臺(tái)不僅可滿足二代加軸封型主泵的測(cè)試，也可以進(jìn)行三代核電濕繞組型主泵的全流量測(cè)試。這個(gè)試驗(yàn)臺(tái)是德國(guó)KSB集團(tuán)在全球范圍內(nèi)唯一的專業(yè)主泵試驗(yàn)臺(tái)，德國(guó)KSB是全球跨國(guó)企業(yè)，將來德國(guó)KSB集團(tuán)制造的所有核主泵均在臨港基地試驗(yàn)。

　　3. “走出去”與“請(qǐng)進(jìn)來”

　　談到技術(shù)引進(jìn)，首要的重點(diǎn)是員工的培訓(xùn)，即便拿到了全部的圖樣和技術(shù)資料，這也只能占真正技術(shù)的20%，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在整個(gè)生產(chǎn)過程中，真正掌握技術(shù)的是“人”，所以加強(qiáng)員工培訓(xùn)是關(guān)鍵所在。從2008年開始，公司每年都有“走出去”和“引進(jìn)來”的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)。所謂“走出去”是指從事設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、工藝、裝配、合同執(zhí)行、測(cè)試以及售后服務(wù)等工作的人員，到德國(guó)KSB總部去培訓(xùn)，培訓(xùn)有詳細(xì)的培訓(xùn)計(jì)劃，一半時(shí)間在課堂里面學(xué)習(xí)理論知識(shí)，另一半時(shí)間在其公司的各自崗位上進(jìn)行實(shí)際操作，同德國(guó)KSB公司的人員一起工作。2009年至今，合資公司共計(jì)派出48人，培訓(xùn)時(shí)間達(dá)400多周，其中最長(zhǎng)的在德國(guó)KSB學(xué)習(xí)9個(gè)多月。在派出去培訓(xùn)的同時(shí)，上海電氣集團(tuán)還采取了“請(qǐng)進(jìn)來”的方式培訓(xùn)和交流。自2011年開始合資公司便將德方專家請(qǐng)到公司中來，不僅請(qǐng)技術(shù)人員，還請(qǐng)具體操作的工人。他們與企業(yè)的工作人員一起進(jìn)行生產(chǎn)，在關(guān)鍵點(diǎn)給予指導(dǎo)。截止2013年底，德國(guó)共派出50多名專家，累積達(dá)156周的時(shí)間，這種現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和實(shí)際操作的培訓(xùn)，使合資公司員工獲益匪淺。

　　因此，找到合適的、有實(shí)力的、全心全意的合作方，并且有共同的合作目標(biāo)，這是實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的第一步，這一點(diǎn)很重要；其次要依賴于我國(guó)本土技術(shù)團(tuán)隊(duì)，建立人才隊(duì)伍；第三，技術(shù)的轉(zhuǎn)移和外方的技術(shù)支持也同樣重要。上海電氣凱士比核電泵閥有限公司為能實(shí)現(xiàn)中國(guó)核主泵的自主設(shè)計(jì)、自主制造和自主測(cè)試而不斷努力，核主泵的國(guó)產(chǎn)化必定取得成功。