浦恩山 谷繼品

（中國原子能科學(xué)研究院，北京102413）

1 概述

快堆鈉泵是快堆的核主泵，其主要功能是驅(qū)動一回路鈉冷卻劑循環(huán)，將反應(yīng)堆堆芯核裂變產(chǎn)生的熱能最終傳遞給蒸汽發(fā)生器以產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)而推動汽輪機(jī)發(fā)電。與其他反應(yīng)堆核主泵的不同之處在于：快堆長期停堆時(shí)，為保證一回路鈉冷卻劑的溫度，同樣要求其低速運(yùn)行，即停堆不停泵[1]。因此其長時(shí)間穩(wěn)定安全可靠的運(yùn)行對冷卻堆芯、維持鈉冷卻劑溫度及防止事故的發(fā)生極為重要。縱觀中國整個(gè)核電市場，國內(nèi)核電站的核主泵基本上都是從國外進(jìn)口[2]，快堆核主泵目前也沒有實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，其原因有很多，但究其根源是可靠性不能滿足核電行業(yè)的要求。因此開展以可靠性為中心的快堆核主泵國產(chǎn)化研究是目前快堆行業(yè)面臨的迫切任務(wù)。

2 鈉泵可靠性分配的原理

鈉泵可靠性分配是鈉泵可靠性設(shè)計(jì)中重要的工作內(nèi)容，它是根據(jù)一定的原則和方法，將經(jīng)過論證的鈉泵總體可靠性指標(biāo)分配到各個(gè)部件。經(jīng)分析，影響鈉泵可靠性的關(guān)鍵部件包括：電機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、上部軸承、機(jī)械密封、下部流體靜壓軸承、水力部件及主軸[3]，從鈉泵各關(guān)鍵部件執(zhí)行的功能可知，鈉泵基本可靠性模型和任務(wù)可靠性模型均屬于無約束串聯(lián)模型。鈉泵可靠性分配就是將鈉泵的整體可靠性指標(biāo)按一定的方法和原則分配到以下七個(gè)部件。

3 鈉泵可靠性分配方法的選擇

針對無約束串聯(lián)模型，常用的可靠性分配方法有以下四種：等分配法、評分分配法、比例組合法、考慮重要度和復(fù)雜度的分配法。這四種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需根據(jù)首次研制鈉泵特點(diǎn)選擇合適方法。由于國內(nèi)鈉泵尚處于研制階段，且是第一次開展可靠性分配工作，鈉泵相關(guān)部件相似產(chǎn)品在堆上的可靠性數(shù)據(jù)也缺乏，比例組合法難以實(shí)施。平均分配法雖然簡單，但是比較粗略?？紤]重要度和復(fù)雜度的分配法考慮的因素較單一，不能全面反映鈉泵各部件的可靠性。而評分分配法考慮了各部件的復(fù)雜度、重要度、技術(shù)水平、環(huán)境條件等因素的影響，并充分利用了現(xiàn)有技術(shù)人員的工程經(jīng)驗(yàn)，能比較全面的反映鈉泵各部件的可靠性水平。因此，選擇評分分配法對鈉泵的可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配。

4 鈉泵評分分配

4.1 鈉泵評分因素

結(jié)合鈉泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用條件，并考慮實(shí)施的可操作性及推廣性，分配過程中主要考慮4 種影響因素：復(fù)雜程度、技術(shù)水平、工作時(shí)間及環(huán)境條件。

4.2 鈉泵評分原則

這里用故障率作為分配參數(shù)，各種因素評分值范圍為1 分～10 分，評分值越高說明該部件的故障率越大，相應(yīng)的可靠性越低。

4.2.1 復(fù)雜程度是根據(jù)鈉泵各部件的零部件數(shù)量及它們組裝的難易程度來評定的。最復(fù)雜的評10 分，最簡單的評1 分。

4.2.2 技術(shù)水平是指鈉泵各部件目前的技術(shù)水平和成熟程度來評定。水平最低的評10 分，水平最高的評1 分。

4.2.3 工作時(shí)間是根據(jù)鈉泵各部件的工作時(shí)間來評定。各部件工作時(shí)間最長的評10 分，最短的評1 分。

4.2.4 環(huán)境條件是根據(jù)鈉泵各部件所處的環(huán)境來評定。各部件工作工程中環(huán)境條件極其惡劣的評10 分，環(huán)境條件最好的評1分。

4.3 鈉泵評分法可靠性分配計(jì)算[4]

4.4 鈉泵評分結(jié)果

關(guān)于鈉泵可靠性分配，一共請了17 位對鈉泵的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、管理等方面比較了解且工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的專家對鈉泵的七個(gè)關(guān)鍵部件進(jìn)行了打分，并對打分的結(jié)果進(jìn)行整理得到了鈉泵各部件的評分系數(shù)，最后計(jì)算每個(gè)部件評分系數(shù)的均值。

4.5 鈉泵評分的正態(tài)性檢驗(yàn)

對于某個(gè)部件的評分結(jié)果在理論上或按經(jīng)驗(yàn)可以認(rèn)為服從正態(tài)分布，但是，是否滿足這種分布，需作正態(tài)性檢驗(yàn)。

這里采用Shapiro-Wilk 定量檢驗(yàn)法對評分結(jié)果作正態(tài)性檢驗(yàn)。該方法國際標(biāo)準(zhǔn)及國家標(biāo)準(zhǔn)都推薦使用。經(jīng)檢驗(yàn)，只有上部軸承和聯(lián)軸節(jié)的數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布假設(shè)。

4.6 鈉泵評分可信性的評估

評分可信性用樣本中有無“異常值”來衡量。如有“異常值”，則需按一定規(guī)則進(jìn)行剔除。剔除“異常值”后，樣本就增加了可信性?！爱惓Ｖ怠笔菢颖局械膫€(gè)別值明顯地偏離它所屬樣本的其它數(shù)值。這里采用格拉布斯法（Grubbs）來確定樣本中的“異常值”。

經(jīng)過計(jì)算，水力部件、下部流體靜壓軸承、上部軸承和聯(lián)軸節(jié)中評分系數(shù)的最大值需要剔除，其余評分系數(shù)不用剔除。剔除異常值后，再進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，此時(shí)只有聯(lián)軸節(jié)的評分系數(shù)不符合正態(tài)性假設(shè)，原因可能是專家評分的人數(shù)較少所致。剔除異常值后，重新計(jì)算各部件的評分系數(shù)均值，并對評分系數(shù)均值進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果如下：水力部件：16.16%；下部流體靜壓軸承：30.79%；主軸：19.24%；機(jī)械密封：21.27%；上部軸承：5.95%；電機(jī)：5.49%；聯(lián)軸節(jié)：1.10%。

4.7 鈉泵可靠性分配結(jié)果

5 結(jié)論

本文在所建立的鈉泵可靠性模型的基礎(chǔ)上，利用評分分配法將鈉泵的可靠性指標(biāo)進(jìn)行了分配，并對評分的結(jié)果進(jìn)行了正態(tài)性檢驗(yàn)和可信性評估，可靠性分配結(jié)果基本符合預(yù)期。通過可靠性分配。需要說明的是，鈉泵可靠性分配作為鈉泵可靠性設(shè)計(jì)的重要工作，是一個(gè)漸近、反復(fù)的過程。在初始設(shè)計(jì)階段進(jìn)行可靠性指標(biāo)分配時(shí)，由于許多情況還不夠明朗，可供使用的信息有限，很難做到一次分配到位。為使分配的結(jié)果準(zhǔn)確、合理，在鈉泵設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均要反復(fù)多次進(jìn)行可靠性分配。