在役AP1000主泵锁紧杯断裂故障原因分析

范福平; 陆智勇

doi:10.13832/j.jnpe.2021.04.0176

在役AP1000主泵锁紧杯断裂故障原因分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0176

三门核电有限公司，浙江台州，317112

详细信息

作者简介:
范福平（1965—），男，正高级工程师，现主要从事反应堆运行研究和科技创新工作，Email: fanfp@cnnp.com.cn

中图分类号: TM623; TL38
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出版历程
- 收稿日期: 2020-06-08
- 修回日期: 2021-01-25
- 刊出日期: 2021-08-15

Root Cause Analysis of In-Situ AP1000 Reactor Coolant Pump Lock Cup Failure

Sanmen Nuclear Power Co., Ltd., Taizhou, Zhejiang, 317112, China

摘要

摘要: 三门核电厂2号机组首循环连续运行期间，发生了大型屏蔽电机主泵故障事件，导致机组停运。为分析主泵故障发生的原因，基于故障特点和原因分析方法论，制定了主泵故障排查的根本原因分析方法；通过排查主泵制造记录、评估现场运行数据、拆检取证、设计分析与试验验证、根本原因分析评估，最终确认主泵故障原因是下推力盘锁紧杯受周围流场流体激励作用发生局部共振，初始缺陷在共振作用下持续扩展并最终导致锁紧杯断裂，进而磨穿主泵屏蔽套并导致主泵故障。本研究建立的根本原因分析方法可为同类问题的原因分析和问题处理提供参考。
- AP1000屏蔽电机主泵 /
- 分析研究 /
- 根本原因分析 /
- 锁紧杯 /
- 共振
Abstract: The failure of the large-scale canned motor reactor coolant pump (RCP) of Sanmen Unit 2 caused the unit to shut down in the first cycle of operation. In order to analyze the causes of the RCP fault, based on the fault characteristics and cause analysis methodology, this paper develops the RCP fault root cause analysis method. Through the RCP manufacturing record investigation, on-site operation data evaluation, disassembly and inspection forensics analysis, design analysis and test verification, root cause analysis and evaluation, the root cause of the RCP failure is confirmed that the lower thrust runner lock cup is affected by the resonance flow induced vibration. The initial flaw continues to expand under the action of the resonance and eventually separates. The lock cup fragment makes two holes on the stator can and eventually leads to the RCP failure. The root cause analysis method established in this study can be used for the analysis and treatment of similar complex problems.
- AP1000 canned motor main pump /
- Analysis and research /
- Root cause analysis /
- Lock cup /
- Local resonance

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图 1 AP1000主泵三维示意图

Figure 1. AP1000 RCP 3D Model Drawing

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图 2 主泵接地故障根本原因分析路径

Figure 2. Root Cause Analysis of Main Pump Grounding Fault

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图 3 4台主泵流量图

Figure 3. Flow Curve of Four RCPs

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图 4 安装过程中部件相对位置示意图

Figure 4. Relative Position of Parts during Installation

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图 5 锁紧槽和锁紧齿相对位置图

Figure 5. Relative Position between Lock Nut Groove and Thrust Runner Groove

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图 6 锁紧螺母周围区域流场CFD模型

Figure 6. CFD Model of Flow Field near Lock Nut

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图 7 锁紧杯单位面积受力情况

Figure 7. Pressure Applied on Lock Cup

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图 8 流致振动载荷下高周疲劳安全裕量系数

Figure 8. Safety Margin Coefficient of HCF under FIV Load

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图 9 模拟安装试验发现的裂纹

Figure 9. Crack Found in Simulation Peening Test

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表 1 模态分析结果

Table 1. Modal Analysis Results

区域	约束形式及振型	固有频率/Hz
1	两侧约束均为锁紧槽（60°^①），第一阶振型	156.8
2	两侧约束均为锁紧槽（60°），第一阶振型	156.8
3	两侧约束分别为锁紧槽和锁紧齿（52°），第一阶振型	189.4
4	两侧约束分别为锁紧槽和锁紧齿（52°），第一阶振型	197.7
5	两侧约束均为锁紧槽（60°），第二阶振型	291.3
6	两侧约束均为锁紧槽（60°），第二阶振型	291.3
7	两侧约束分别为锁紧槽和锁紧齿（52°），第二阶振型	338.8
8	两侧约束分别为锁紧槽和锁紧齿（52°），第二阶振型	350.1
9	两侧约束分别为锁紧槽和锁紧齿（38°），第一阶振型	363.5
10	两侧约束分别为锁紧槽和锁紧齿（38°），第一阶振型	363.6
注：①—约束物件的夹角

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表 2 基于模态试验的模态拟合结果

Table 2. Modal Fitting Results Based on Modal Test

序号	固有频率/Hz	转速倍数	阻尼比	放大系数
1	190.144	6.4	17.880	2.8
2	191.355	6.4	18.669	2.7
3	362.373	12.2	4.275	11.7

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参考文献(7)

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[4]	郑宝义. 核反应堆冷却剂泵非稳态流动及多场耦合研究[D]. 江苏: 江苏大学, 2011.
[5]	丁树业,孟繁东,葛云中. 核主泵屏蔽电机温度场研究[J]. 中国电机工程学报,2012, 32(36): 149-155.
[6]	成德,薛亚波,沈洪,等. 屏蔽式电动泵内部流场的分析与可视化[J]. 核科学与工程,2013, 33(4): 398-403.
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