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时间:2019-02-15
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1、浅谈核电主泵发展以和各代主泵特点摘要:本文简要介绍了核电站主泵的发展以及各代主泵的优缺点,包括新型三代核电屏蔽式主泵的主要特点。关键词:核电主泵屏蔽引言从1954年前苏联成功建成世界第一座5兆瓦的实验性核电站到现在100万千瓦的先进压水堆核电站,民用核电站已经发展了三代。虽然其设计理念和电站结构都有很大的改动,但作为核电站心脏的主泵,其核心设备的地位一直未曾动摇。1.二代主泵的特点一代核电站为实验堆,本文暂且不论。在商用核电站中,从二代到二代加的核电站机组,都是采用带轴封的单级离心主泵。以秦山二期100D主泵为例,该主泵
2、从西班牙ENSA采购,是一台立式带飞轮的单级离心泵。该主泵的轴封采用串联的三级密封,第一层密封为可控液膜密封,第二层为压力平衡摩擦端面型密封,第三层为机械摩擦端面双效应型密封。该主泵的主要优点是效率高,但同时,其缺点也是显而易见的。首先,核岛内必须多增两套管路,一套轴封注水/冷却水管路和一套轴封泄露水回收管路,他们的泄露或失效都会导致核岛内核泄漏。轴封水温度检测、压力检测、液位检测和流量检测系统都是为了轴封专设的监测单元,增加了系统复杂性和操控难度。其次,不论采用多先进的轴封,其固有的特性决定了存在轴封失效的可能,一旦失
3、效,将会对主泵乃至整个核电站造成严重的影响。即使只考虑正常的损耗,在核电站整个寿期内也需要多次更换,不利于核电站的长期稳定运行。而且,由于主泵位于核岛内,处于高辐射区,维修人员每次维修所接受到的放射剂量也是一个不容忽视的问题。2.三代主泵的特点上世纪80年代的前苏联切尔诺贝利和美国三里岛核泄漏事故发生后,大众越来越关注核电站防止核泄漏以及电站安全运行的能力。在核电技术沉寂了近40年后,美国西屋公司研发出了新一代的核电技术一API000核电技术。API000核电站采用非能动技术,即其安全系统完全不依赖外部能量,能够利用自然
4、界的能量如势能、气体膨胀和密度差引起的对流、冷凝和蒸发来完成安全功能的技术。AP1000作为第三代核电技术,其经济性和安全性都在二代加的基础上有了很大的提高。为了满足安全性的要求,AP1000核电站采用了屏蔽式主泵。API000屏蔽式主泵也是一台立式布置的单级离心泵,它的电机和泵处于一个压力边界内,没有轴封,其定子和转子都带有屏蔽套,保证其不和腔体内介质相接触。从下图1API000主泵结构图能看出,三代主泵水力部分的结构和二代主泵区别不大,但由于屏蔽套的存在,降低了API000主泵的总体效率。图1API000主泵结构图A
5、P1000主泵有四套轴承,上下径向轴承和上下推力轴承。四套轴承都采用瓦块式的水润滑滑动轴承,运行时在轴瓦和轴套之间产生一层很薄的水膜,保证了轴承的润滑和冷却,轴瓦的主要材料是石墨,提供了良好的耐磨性能,轴套的材料是表面镀司太立合金的600合金钢,具有很高的硬度,保证了60年的设计寿命。该轴承不需要专设的冷却系统,减少了整个主泵系统的泄漏点。API000主泵有两套冷却系统,一套是包裹在电机定子壳体外侧的外置水套,一套是外置热交换器。外置水套内通设备冷却水,内部众多的档条增加了冷却水流通面积,增加了冷却效果。外置热交换器是一
6、台安装在泵壳水平位置的管式热交换器,他的一次管路和电机壳体相连,承受系统压力,二次侧则连通设备冷却水。在两套冷却系统的共同努力下,能够保证轴承温度、绕组温度在可接受的范围内,不会影响电机寿命。AP1000主泵的安全功能由上下两个飞轮来完成,在主泵失电后,由于飞轮的大惯量产生一定时间的惰转,带走堆芯产生的热量,给其余的应急系统的投用争取关键的时间。上下飞轮结构一样,包括内轮毂、鹄合金块、外保持环和包壳。内轮毂固定在转子上,铸合金块提供了惰转所需的配重,而外保持环固定住所有鹄合金块,使其即使在超速情况下也不会飞散,包壳的作用
7、是将整个飞轮和一回路介质隔离,防止腐蚀。结论:由于AP1000主泵独特的设计,取消了轴封,增加了屏蔽套,使得其总效率有所降低。但是,如果将取消轴封带来的支持系统投入成本、维护成本以及由他带来的安全成本考虑在内,那选用屏蔽式主泵将会大大的优于传统的轴封式主泵。目前,首台AP1000主泵所有的工程试验和耐久试验已经结束。从结果来看,完全能够满足系统的水里要求以及对于主泵60年设计寿命以及免维护的要求。今年晚些时候,第一批AP1000主泵将运抵AP1000世界首堆的三门现场。相信在AP1000首堆投入运行后,更加能够显现屏蔽式
8、主泵的优势。同时,也希望国内能够尽快完成API000屏蔽式主泵的国产化,带动整个AP1000核电国产化的进程。作者简介:许国泰(1983-,男,工程师,浙江衢州人,从事核电设备监造。
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