国内首台30万千瓦核电站主泵自主化研制纪实

近十年，我国核电装备自主化取得了突出成绩，压力容器、蒸汽发生器、稳压器、核级泵阀、堆内构件、控制棒驱动机构、环吊、主管道、大型铸锻件等都已实现自主化、国产化，由于技术十分复杂、可靠性要求高、消化吸收难度大，核级DCS系统和核主泵一直受制于国外，被喻为我国核电的“神经病”和“心脏病”。

7月21日，首台自主研制的30万千瓦核电站主泵发运。

哈电动装核主泵全流量试验台

国家战略力推国际产能合作和装备“走出去”，中国核电出海，“神经病”和“心脏病”问题必须解决。在核级DCS系统研制成功后，核电站主泵成为核岛主设备自主化的最后一个堡垒。

核电站主泵(反应堆冷却剂泵组)是压水堆核电站中最关键的核岛一回路主设备之一，是核岛内唯一的旋转设备，其功能是驱动一回路中带有放射性的高温冷却剂连续循环，实现堆芯与蒸汽发生器之间的热能交换，从而产生高压蒸汽，经由汽轮机及汽轮发电机实现发电。核电站主泵运行故障，将直接导致核反应堆停堆，甚至会造成核安全事故。

7月21日，我国核电出口项目首台自主研制的30万千瓦核电站主泵成功发运，标志着我国已掌握了该类型核主泵的设计、制造、检测、试验技术，具备独立开发研制自主知识产权核主泵的能力，跻身世界少数几个掌握核主泵技术的国家行列。

首台核主泵的自主化经历了怎样的艰辛?书写了哪些可歌可泣的传奇?本报记者来到了它的诞生地——哈电集团哈尔滨电气动力装备有限公司一探究竟。

拿到“准生证”

轴封式核主泵是核电站的主力机型，核心技术一直由国外企业控制，从秦山一期、二期起，国内市场和出口项目的轴封主泵均是从国外进口。

在20世纪90年代初，核电站主泵的关键核心部件依然没有实现国产化突破。到了2009年，对于已签订出口项目的中核集团中原对外工程有限公司来说，为了寻找4台30万千瓦核电站主泵的供货商颇费周折。

而此时，正值哈电集团进行转型升级、改革创新，以承担AP1000屏蔽式电机主泵国产化为契机，打造哈电动装公司成为我国核电站主泵的研发基地，将轴封式主泵纳入自主研发和国产化目标，经过几年的技术储备，取得了一定的技术成果。

“我们虽然没有做过完整的核电站主泵，但通过前期自主研发和技术攻关，在当时那个背景和条件下，我们是承接30万千瓦核电站主泵自主研制的最佳候选人，最重要的是我们有决心啃下这个硬骨头。”哈电动装副总工程师、核电部部长索文旭回忆当初与中原工程公司签订供货合同的情形时说。

“刚开始做的时候，设备、厂房、技术、队伍什么都没有，哈电集团从签订合同开始，投资十几亿建设哈电动装新厂房、采购设备，先后走过了建厂房、建队伍、建标准、建制度的过程。”哈电动装董事长仲维滨回忆道。

“一旦合同签订了我们就是一家人”

核主泵素有泵类行业“泵王”之称，其结构较为复杂，主体结构零件有3310件，辅助系统零件有532件，主泵仪表共26项，电机零件有2157件，专用工具172件。由于涉及的关键技术均属于泵类行业的高尖精技术，因此每项技术均需较长的周期进行专项攻关来突破。

“因为是首次做，有两个困难，第一我们原来不是做核级产品的企业，第二我们也不是做泵的企业，核泵，正好我们两个字都不沾。”哈电动装副总经理刘亨对研制过程中遇到的困难体会尤深。

对于第一次自主研制核主泵的哈电动装来说，在很多方面都有一种“丈二和尚摸不着头脑”的窘迫感，用仲维滨的话说就是，“连买个东西都不知道上哪儿买，那真是摸不着门”。

在此情况下，国家能源局、中核集团等多方积极协调，哈电动装得到业内各方支持和帮助，中原工程公司精诚合作，共同面对各方困难，一起想办法，一起解决问题。

“像核级阀门、高压冷却器等配套产品的研制，需要我们派人协调。好多时候我们的人员确实打不开点了，中原工程公司就派人去，帮我们了解情况，替我们解决问题。”刘亨话语中流露出感动，“中原工程公司有句话是，‘一旦合同签订了我们就是一家人’，本着这种思路，他们做了大量的工作。”

在与配套厂家的项目协调上，哈电动装也秉承“一旦合同签订了我们就是一家人”的精神。如双向推力轴承，光项目协调会前前后后就召开了30多次，刘亨告诉记者，“我们的设计人员在全程跟踪，一起去做实验，克服各种各样的问题。我有一次去参加协调会，看到我们的设计人员穿的都不是当季的衣服。”

“一旦合同签订了我们就是一家人”的精神也渗透到了哈电动装内部各个角落和环节，为保证项目的顺利实施，哈电动装组建了以董事长为总指挥的研发团队，由项目管理、设计、工艺、检测、制造、试验等专业人员组成，人员充分考虑梯队建设，既有具备多年技术经验的老同志，也有刚刚进厂的大学生，大家通力合作，群策群力，心往一块想，劲往一处使。

突破12项关键核心技术

项目能否有条不紊的顺利实施，与前期规划有决定性关系。

为此，哈电动装副总经理李梦启首先组织不同领域的技术总师进行了主泵技术实施风险评估，总结了机组总体设计技术、泵设计技术、电机设计技术、冷却技术研究、关键材料研究、主轴密封研究、抗震分析、转子动力学、高压冷却器等配套件国产化、高参数双向推力轴承研究、核心部件制造技术、核主泵全流量试验技术等12项关键技术瓶颈。

这12项关键技术全部列入哈电动装需要重点攻克的关键技术难题，并由专向负责人立项攻关科研，做到有计划、有节点实施。通过对12项关键技术的攻关，共形成研究报告33份，同时获得了22项专利知识产权保护。

核电站主泵的自主化，关键在于核心技术装备的自主化，其中泵设计技术中水力部件和主轴密封更是重中之重。

水力部件是主要实现主泵功能的关键部件，哈电动装精心设计，通过多个叶轮的Q-H全特性(四象限、轴向力、径向力)测试和比较试验的方式，最终确定水力优异的水力部件模型。

哈电动装设计部设计工程师冯晓东透露，产品叶轮、导叶的叶片曲面形状复杂、尺寸精度高，因此而带来的加工和测量成为重点攻克的瓶颈。哈电动装通过模拟件的数控程序验证以及关节臂曲面全方位扫描和三坐标测点拟合的检验手段，逐项克服制造过程中的关键技术及难点，最终在全流量试验上成功验证了设计和制造。

说起最为核心的主轴机械密封技术，冯晓东显得尤为激动，“虽然水力部件自主化攻关很难，但最让我们引以为傲的是我们的密封技术，密封是我们的亮点，而且是非常关键的亮点。”

主轴机械密封由动环和静环配合组成，为目前世界上最先进且可靠性极高的动压机械密封技术，其结构简单，便于在较短时间内拆装更换，有效减小对检修人员的辐射量。为了实现机械密封的制造与试验论证，哈电动装引进全套加工制造和检验试验设备，完成了全部设计、制造、检测与试验工作，具备了独立制造轴密封的能力。

与此同时，在关键材料的国产化研发方面，为打破欧美国家对核电特种材料的出口限制，积极推进与国内厂家的合作，经过努力，叶轮、导叶、下泵轴、密封室等绝大部分轴封主泵关键特种锻件材料均已实现国产化;同时，通过技术分析成功将主泵多种关键板材、管材等均采用国产材料。

在关键零部件工艺国产化方面，2011年至2014年，哈电动装通过模拟件制造等多种方式成功完成了导叶、密封室、叶轮等20多项加工高难度的工艺攻关及零部件制造;同时，通过自主科研及与国内有关单位合作，完成了下泵轴表面喷涂、平键表面高频淬火、导叶叶片表面喷丸等高要求、高难度表面处理科研攻关。

“2015年4月23日”

“2015年4月23日”，是自主研制的核电站主泵的诞生日，将成为一个纪念符号铸入史册。

当日23时58分，哈电动装成功完成了我国核电史上首台自主研制的核电站主泵高温高压全流量性能试验，填补了我国核电历史上核电站主泵设备自主化的空白，也意味着补齐了我国核电站核岛主设备自主化最后一块短板。

在主泵制造成功之后，最为关键的是全流量试验。主泵全流量试验需完成12大项20余小项性能考核试验，涉及了常规运行工况试验以及断水、全厂断电等破坏性工况试验，哈电动装在没有外部技术支持的条件下，分别自主完成了试验台改造工程、操作控制系统的联调、各项性能考核试验、应急事故处理等。

“这种自主性的高温高压全工况试验，在国内也是首次，不仅体现了哈电动装技术人员的能力，同时也为百万千瓦级产品积累了宝贵经验。”冯晓东说。

自4月7日开始，在前期经历了225小时的调试及冷态试验、再经过高温高压连续八天八夜的运转试验之后，全流量试验终于迎来了最艰苦、最有挑战性的后续试验。最后16天的试验情形，哈电动装副总设计师蔡龙至今历历在目，“由于试验7a发生过事故情况，在重新试验开始前大家手里都捏一把汗。”“试验8b是在无外接任何冷却水的情况下，通过系统中的高温水经过无冷却水的高压冷却器进行自循环试验，该试验工况比试验7a更为严峻，在场人员有一种心突然提到嗓子眼的感觉。”

“全厂断电试验是具有破坏性的试验，没有任何可参考的以往经验，该试验是切断主电源、辅助设备的电源，主泵自行停机，对设备的考核极其严峻。在试验结果出来前，在场人员从总指挥到具体工作人员个个屏气凝神，试验人员汗水泪水交融。”蔡龙回忆道。

持续六年的艰辛努力，终于迎来历史性的一刻，2015年4月23日晚23时58分，最后一项模拟全厂断电试验后重新启机稳定20分钟后，我国第一台自主制造的核电站主泵全流量运行试验圆满结束。

7月21日，我国自主制造的首台30万千瓦核电站主泵成功发运，等待它的是在不久的将来，给千家万户送去光明、给工业企业送去动力的炫丽旋转。