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屏蔽泵在核电中的发展和应用

  
评论: 更新日期:2015年07月14日


    屏蔽泵和普通离心泵的分类形式基本相同,下文重点说明的是按照安装方式的不同分为卧式和立式两种。至于究竟选择哪种安装方式,则要根据厂房布置以及系统设计等方面的因素来综合考量。前面提到的八个核电用的屏蔽泵考虑到泵型较小,因此均采用卧式安装。但是对于我们现在引进的美国西屋公司第三代AP1000核电技术,它的主泵就是立式安装的屏蔽泵。其充分考虑到立式安装具有结构紧凑、占用面积小、易于系统布置等方面的特点。随着世界制造工业的发展,核电行业也突飞猛进,以前受制于大型屏蔽泵制造难度的问题现已不复存在。目前,AP1000的主屏蔽泵电机功率都达到几千个千瓦,这在以前是很难想象的。我们都知道屏蔽电机的损耗高,发热严重,定子屏蔽套使定子成为一个封闭区域,这样定子铁芯和绕组的冷却只能靠温度梯度产生的热传导散热。绕组端部由于散热困难,成为温度场中的热点。屏蔽泵的电机设计原理是散热困难,需尽可能的做到细而长,但是由于厂房及系统设计等方面的原因,我们又不可能把电机设计过长。因此,针对核电反应堆回路的高温、高压以及惰转等特点,我们在原有基本结构的基础上做了一些特殊的设计,如:
    1、电机绕组采用较高的绝缘等级;
    2、通过特殊的结构设计和有效的冷却来降低电机各部分的温度:

 AP1000屏蔽泵结构图
图2  AP1000屏蔽泵结构图

    a 在泵部分和电机之间设置迷宫密封阻隔泵壳腔内的高温冷却剂和电机腔内的低温冷却剂进行热交换;
    b设置外置热交换器冷却回路,通过外接冷却水来冷却电机的定转子;
    c在电机外壳设置冷却水夹套,外接冷却水来带出电机定子发出的热量;
    d设置上下两个飞轮。前面也提到了核电惰转的要求,就是在电源丧失后反应在一段时间内维持一定的通过反应堆的流量,以充分冷却堆芯。同时,对设备冷却水丧失惰转能力不应产生影响。在发生厂外和厂内电源丧失事故并伴随安全停堆地震时,主泵的惰转能力也应保持。为了满足这个要求,每台主泵应装有飞轮和惯量较大的转子,总的转动惯量用于维持惰转期间的冷却剂的流量。屏蔽套直径不能太大,就不能采用较大的长径比,因此,最终确定设置两个飞轮(上下各布置一个),材料被确定为钨合金,它可在有限体积内实现较高的转动惯量。
    此外,沸水堆上所使用的主泵,也算一种非常特殊的屏蔽泵,也叫湿定子泵,意思就是说电机的整个定子里都是充满介质的,把前面我们讲到的定转子屏蔽套全部去掉,内部磁损较少,提高了机组的可靠性和效率。那如何提高提高湿定子泵的可靠性呢?关键就在于提高湿绕组电机绝缘系统的可靠性和使用寿命,因此所采用的绝缘线包裹导电铜线的质量以及引出线密封绝缘结构这两个问题就变得尤为重要。目前,湿定子泵在核电中主要应用于沸水堆中,并且已经积累了上千堆年的运行经验。这些经验表明,湿定子泵的一次检修寿命长、效率高。
    再有就是台山EPR三代核电技术,是从法国引进的第三代核电技术路线,单机容量达到1700MW,是世界上单台核电装机容量最大的核电机组。虽然主泵并未采用屏蔽泵,但是其辅助系统等则多处使用屏蔽泵,两台机组加起来数量有上百台之多。由此可见,屏蔽泵正越来越引起大家的重视,其使用范围也越来越广泛。
     综上所述,随着国家能源结构的调整,核电将扮演越来越重要的角色,特别是对运转泵的密封性、可靠性、使用寿命等都提出了更高的标准及更为严格的要求,笔者坚信屏蔽泵的优势会随着新型核电各机组的发电及稳定安全运行而被核工业所熟悉和认知,发挥举足轻重的作用。
 

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