核电站海水泵轴断裂失效分析

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3.0 李琳琳 2024-09-30 6 4 196.65KB 57 页 12积分

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核电站海水泵轴断裂失效分析

摘要

作为核电站系统中重要部件的海水泵轴，在使用中发生断裂是值得我们具有针对性

开展研究的重要课题。在文中可以看到，此次秦山核电站的3#偱泵发生轴断裂的情况并

不是第一次，在以前也发生过此类情况，所以我们很有必要对轴断裂的真实原因进行研

究分析。此次泵轴断裂的同时伴随着4根螺栓的断裂，这可能与轴断裂有直接关系，因

此本文对此情况也进行了分析。在研究和分析的过程中，从螺栓和轴的化学成分、断口

的宏观形貌、材料金相组织和裂纹扩展途径、断口的微观形貌及腐蚀产物能谱、轴加工

和热处理，以及泵轴的工作情况等几方面进行了研究和分析。根据上述分析结果，对螺

栓和泵轴的断裂进行了详尽和合理的综合分析和评价，最后归纳为几个比较直接和重要

的原因，并提出了一些建议，以减少今后此种情况的再度发生。

关键词：断口，断裂，失效，分析

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核电站海水泵轴断裂失效分析

Abstract

More attention has been paid to the subject of seawater pump shaft rupture during

service, which used as major components in nuclear power plants. In this paper, it can be

observed that the rupture of shaft of 3# pump in Qinshan Nuclear Power Station was not the

first time; therefore, it is necessary to study the true reason of shaft rupture. The shaft rupture

this time was accompanied with the rupture of four bolts which may be the key factor of this

rupture. Accordingly, the ruptures of shaft and four bolts have been analyzed.

The present paper is mainly concerned with chemical composition, macrofractography,

metallurgical structure, crack extension path, fractography, energy spectrum analysis of

corrosion products, shaft machining, heat treatment and the service condition of pump shafts.

From the investigation, both ruptures of shaft and four bolts have been analyzed and

evaluated reasonably. Finally, several conclusions have been drawn and some suggestions

are proposed in order to reduce the failure possibility.

Keywords: Fracture, Rupture, Failure, Analysis

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核电站海水泵轴断裂失效分析

1 引言 ……………………………………………………………………………………1

1.1 几种替代能源……………………………………………………………………………1

1.2 核能………………………………………………………………………………………2

1.3 我国核电站海水泵轴发生的问题………………………………………………………3

2 电机与外筒体之间支撑体上下法兰螺栓断裂失效分析………………………………4

2.1 循泵的技术参数…………………………………………………………………………4

2.2 螺栓材料的化学成份分析………………………………………………………………4

2.3 螺栓断口的宏观形貌……………………………………………………………………7

2.4 螺栓材料金相组织与裂纹扩展途径分析………………………………………………

2.5 螺栓断口的微观形貌及腐蚀产物能谱分析……………………………………………

2.6 螺栓断口的综合分析结论………………………………………………………………

3 3#循泵泵轴断裂失效原因分析……………………………………………………

3.1 循泵的技术参数…………………………………………………………………………

3.2 泵轴材料的化学成份分析………………………………………………………………

3.3 泵轴断口的断裂部位分析和断口的宏观形貌分析……………………………………

3.4 第五根轴断口的微观形貌特征分析……………………………………………………

3.5 导致泵轴发生疲劳断裂的主要影响因素分析…………………………………………

3.6 泵主轴正常运行工况改变因素分析……………………………………………………

3.7 主轴断裂的失效综合原因分析结论……………………………………………………

4 建议…………………………………………………………………………………… 50

第 III 页

核电站海水泵轴断裂失效分析

4.1 针对泵使用螺栓的建议…………………………………………………………………

4.2 针对泵轴的建议…………………………………………………………………………

参考文献 …………………………………………………………………………………

致谢…………………………………………………………………………………………53

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核电站海水泵轴断裂失效分析

1 引言

作为目前主要能源的石油和煤，都是我们地球上的不可再生的能源。

随着全球石油价格的一路攀升，国际油价由1998年12月，每桶平均价格只有9.39美元经过

这10年来的一路波动上涨到2008年2月15日OPEC Basket 的90.79美元/桶，高油价势必将减缓全

球经济的发展速度。

我们整个社会的生存离不开电力，而电力的提供在我们这样一个发展中的国家中，很大一

部分都是依靠火力发电，煤作为火力发电的主要使用能源在整个生产链上是不可或缺的，这一

点我们可以从2008年的春节期间的全国性的雪灾可以看到，由于大雪的缘故，很多地区都因为

电煤没有办法运输过去造成在那些地区没有电力，致使当地群众完满的度过一个欢乐祥和的春

节，致使当地的企业在生产上不能按照原先的既定计划执行，对社会造成了非常大的影响。

所以寻找替代能源是各国能够继续发展的必修课，同其他国家一样，作为发展中的人口大

国，发展中一件无法不去做的事情就是要做这件事情。

1.1 几种替代能源

1.1.1 风能

现在的风力发电量不到全世界发电总量的1%，但随着风力发电技术的不断进步，预计到

2020年，它将可提供世界电力需求的10%，创造170万个就业机会，并在全球范围减少100多亿

吨二氧化碳废气。目前欧洲最大的风力发电场发电能力已达到10万兆瓦。我国风力资源雄厚，

应鼓励在有风力条件的经济发达地区开展风力发电，使得风力上网电价较容易分摊，为今后电

源建设中风力发电占一定比例的配额制打好基础。如何产业化我国的新能源产业化方面普遍存

在着生产规模小、集约化程度低、资金短缺等问题。此外新能源技术的市场竞争后劲不足，商

品化程度低，与世界先进水平仍有差距，这就需要我们尽快创造条件，开拓确保整个规划资金

需求的融资渠道及副资方式，使新技术迅速产业化，参与国际市场竞争。在新能涌产业化初期

使用新能源的成本高于传统能源，因此新能源的普及离不了政府的扶持，目前急需制定相关优

惠政策以促进新能源产业的发展。材料研究是新能源技术的基础和关键。一旦产性能有所突破

诸多新能源技术将会飞速发展，因此应加强新能源产业的基础材料研究，为新能源的研究发展

提供支撑，并可在此基础上形成新兴产业。

1.1.2 太阳能

中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜

力非常广阔。中国地处北半球，南北距离和东西距离都在5000公里以上。在中国广阔的土地上

有着丰富的太阳能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西藏日辐射量

最高达每平米7千瓦时。年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，

比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。近20年来，中国光伏产业长期维持在全球市

场1%左右的份额。2003、2004年中国太阳电池组件的生产量有了大幅度增长，2003年达1.2万

千瓦，约占世界份额的2.2%，2004年达3.5万千瓦，约占3%。

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核电站海水泵轴断裂失效分析

1.1.3 核能

1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为 5兆瓦(电)的核电站。英、美等国也相继建成

各种类型的核电站。到1960年,有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦（电）。由于核

浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用

阶段。1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦（电）以上的核电站反应堆已达200多

座,总装机容量已达107776兆瓦（电）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更

快。到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其

发电量占全世界总发电量的约16％。世界上第一座核电站—苏联奥布宁斯克核电站.

我国自行设计制造的第一座核电站一秦山核电站和引进设备的大亚湾核电站已分别于

1993年和1994年投人运行，结束了我国无核电的历史。中国现有10台核反应堆，可发电800万

KW。并将在一段不会太长的时间里核能发电能力会不断增加。

1.2 核能

我们可以看到作为替代能源不管从哪个角度来分析，核能都将在很长一段时间里会代替石

油和煤作为另一种可以让我们长期使用的能源，然而作为具有高危害性的能源种类，保障发电

可靠安全同样是一个不容小视的问题，值得我们在长期的工作中花费较大的功夫去研究它。

1.2.1 危害

世界范围内核电站确实发生过几次大的事故。一次是1979年3月28日，美国三喱岛核电站

连续发生操作失误和设备故障，引起堆内失水，导致核燃料元件破损，大量的放射性物质逸出

一次回路，第二次发生在1986年4月26日凌晨1时23分，位于苏联基辅东北部的切尔诺贝利核电

站第4号机组突然爆炸起火，3.5—4.0％的核燃料元件被炸出堆外，致使含有巨量放射性物质的

蒸汽和浓烟进入大气，酿成一起震撼世界的恶性核泄漏事故。第三桩核泄漏事故发生在日本的

茨仁县东海村JCD核燃料加工厂，时间是1999年9月30日上午10时35分。这些事故在身体和心

灵上都对全世界的人们造成了很大的影响。

1.2.2 海水泵轴的重要性

作为核电站反应堆冷却系统中主要设备之一，海水泵轴是保障核能发电安全不可或缺的重

要部件。同时随着核能发电运用的不断增加和已使用电站的设备不断老化，保证主要部件的安

全可靠也是我们应该重视的重要环节之一。

因此近年来经常发生泵轴断裂事件应该值得我们来认真的研究和分析。

1.3 我国核电站海水泵轴发生的问题

上述我们已经提到，秦山核电站是我国自行设计制造的第一座核电站一，秦山核电站于

1993年投人运行，结束了我国无核电的历史。是具有里程碑的重要意义的。

但在成绩的面前，还摆着不少的问题，下面就是一个比较具体的实例。

秦山一期核电站3#循泵为大型立式斜流泵，是由沈阳水泵厂引进日本技术国产化试制的循

环水泵。循泵轴总长约为19米，分为五根短轴，泵轴直径为170mm，中间共有4个联轴器加以

联接。

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摘要：

核电站海水泵轴断裂失效分析摘要作为核电站系统中重要部件的海水泵轴，在使用中发生断裂是值得我们具有针对性开展研究的重要课题。在文中可以看到，此次秦山核电站的3#偱泵发生轴断裂的情况并不是第一次，在以前也发生过此类情况，所以我们很有必要对轴断裂的真实原因进行研究分析。此次泵轴断裂的同时伴随着4根螺栓的断裂，这可能与轴断裂有直接关系，因此本文对此情况也进行了分析。在研究和分析的过程中，从螺栓和轴的化学成分、断口的宏观形貌、材料金相组织和裂纹扩展途径、断口的微观形貌及腐蚀产物能谱、轴加工和热处理，以及泵轴的工作情况等几方面进行了研究和分析。根据上述分析结果，对螺栓和泵轴的断裂进行了详尽和合理的综合分析...

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