劉繼東
摘 要:承壓部件是設(shè)備中對設(shè)備運行起到支撐作用的主要部件,對核電設(shè)施來說,主泵電機就是其承壓部件。我國核電研發(fā)技術(shù)水平不斷提升,要求使用自主研發(fā)核電主泵電機。主泵電機的生產(chǎn)制造具有較大難度,我國首臺自主研制且具有知識產(chǎn)權(quán)的主泵電機如今已經(jīng)在全國多個核電站中得到廣泛應(yīng)用。本文針對國產(chǎn)核電主泵電機進行探討,分析其設(shè)計特點,對其制造方式進行探討,為相關(guān)工作人員提供參考,促進核電事業(yè)的進一步發(fā)展。
關(guān)鍵詞:核電站;主泵電機;制造工藝
核電主泵電機是核電站中實現(xiàn)反應(yīng)堆冷卻的關(guān)鍵設(shè)施,通過冷卻劑實行泵循環(huán),在核電站運行中被視為“心臟”,因此也可以稱其為核電站承壓部件。應(yīng)用主泵電機能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備中冷卻劑的循環(huán),從而將反應(yīng)堆運行過程中產(chǎn)生的大量熱量向二回路介質(zhì)進行傳遞。由于主泵電機功率較大,且屬于具有特殊形態(tài)的電動機,因此當(dāng)其處于無人監(jiān)督狀態(tài)時,如何保證其運行的連續(xù)與安全穩(wěn)定成為制造難點。在核電工程建設(shè)中實現(xiàn)主泵電機的自主開發(fā)能夠有效提高我國裝備制造業(yè)發(fā)展水平,擺脫國外在主泵電機上對我國的影響與限制,對我國核電發(fā)展能力提升有著重要意義。
1 主泵電機設(shè)計方式
通過對我國首臺自主研發(fā)核電主泵電機設(shè)計方案的研究,對主泵電機進行分析,為主泵電機設(shè)計水平提升提供參考。
1.1 電機概述
該電動機是三相鼠籠感應(yīng)立式電動機,主要由上機架、定子、轉(zhuǎn)子、下機架、導(dǎo)軸承、止逆機構(gòu)、冷卻器等部分組成。整個主泵機組共有三個軸承,電機與主泵共用的雙向推力-導(dǎo)軸承安裝在電機與主泵中間的位置。定子兩側(cè)裝有空氣、水熱交換器來冷卻通風(fēng)空氣。定子繞組內(nèi)裝有12個Pt100鉑熱電阻監(jiān)測溫度。電機用導(dǎo)軸承安裝在電機上機架內(nèi)部的電機導(dǎo)軸承油箱中,由循環(huán)油進行潤滑及冷卻,止逆機構(gòu)安裝在電機的最上方。
1.2 半傘式結(jié)構(gòu)
該電機的導(dǎo)軸承裝在上機架內(nèi),飛輪位于下機架內(nèi),止逆機構(gòu)位于電機頂部,雙向推力軸承布置在電機下端軸伸部分,改變了常規(guī)同步轉(zhuǎn)速1000r/min及以上立式電機均采用推力軸承布置在電機轉(zhuǎn)子上端,即轉(zhuǎn)子支點在上的懸式結(jié)構(gòu)的規(guī)律和設(shè)計思路,提升了立式電機設(shè)計技術(shù),開拓了高速立式電機新的設(shè)計領(lǐng)域。
1.3 飛輪
飛輪是該電機運行中關(guān)鍵部分,具有較大轉(zhuǎn)動慣量,因此有必要對飛輪進行深入研究。飛輪在核電主泵電機的運行中能夠為其提供安全保障,可以在電機運行中存儲一定能量,當(dāng)電機出現(xiàn)故障而斷電時,能夠?qū)⒛芰酷尫牛U想姍C的持續(xù)運轉(zhuǎn),從而減少因故障而造成的損失,為故障維修爭取時間。飛輪設(shè)備在與電機軸連接時,需要使用飛輪內(nèi)套。在電機運行過程中,飛輪與飛輪內(nèi)套過盈配合方式為直筒式,并采取錐形方式使軸與飛輪內(nèi)套進行過盈配合。當(dāng)發(fā)生過盈配合時,要保證各部件之間具有較大摩擦力,從而為軸提供力,實現(xiàn)對飛輪的帶動運轉(zhuǎn)。但摩擦力需要保持適度,若摩擦力過大,當(dāng)其中轉(zhuǎn)子速度超出標(biāo)準(zhǔn)值時,會無法使飛輪成功脫落,最終造成飛輪損壞甚至破裂,給核電主泵電機運行帶來危害,影響整個核電體系運行安全。
1.4 設(shè)計優(yōu)化
在該電機設(shè)計中,對承壓部件與軸承之間的距離進行了縮短設(shè)計,這種優(yōu)化措施的應(yīng)用能夠有效提高運行安全水平;由于原電機設(shè)計中的氣封與上軸承密封圈存在一定不足之處,使上軸承室存在霧化以及漏油問題,因此在該設(shè)計中也對其進行了優(yōu)化,對霧化與漏油現(xiàn)象的避免有較好效果。
2 電機的重點制造工藝
2.1 定子鐵心裝壓。(1)定子沖片材料為0.5mm厚50W270硅鋼片,定子沖片沖制后涂刷F級水溶性半無機硅鋼片漆。定子壓板為不銹鋼(0Cr18Ni9)結(jié)構(gòu),其平面在立車上加工。定子疊裝方式為外裝壓,靠胎具定位,在立式油壓機上進行疊片。(2)迭片為順時針方向進行,疊裝采用1/2疊裝。第一段鐵心迭完,插入槽樣棒,每張扇形片插二根,然后對第一段鐵心仔細檢查并整形,使用整形棒,使鐵心槽形、段高符合要求。(3)第一段鐵心合格后,方能進行下一段鐵心的迭裝,鐵芯總長疊裝1/2時預(yù)壓一次。加壓時壓力要逐漸升高到規(guī)定值,并保壓到規(guī)定的時間,然后降低壓力到規(guī)定值,再次升壓,從而實現(xiàn)反復(fù)加壓的過程。在壓緊過程中,一方面操縱油壓機注意觀察油壓表的讀數(shù),總壓力不要超過規(guī)定的壓力值,一方面檢查和調(diào)整鐵心的各部尺寸,做自檢記錄,并在檢查員的監(jiān)督下檢查鐵心各段長度尺寸、總長度尺寸、鐵心中心的偏心值及緊度情況,符合質(zhì)量要求后,壓緊鐵心。(4)在壓緊狀態(tài)下將定位筋、盒形支柱、蓋板等按要求焊接,焊后消除應(yīng)力。
2.2 定子下線
定子下線在下線封閉間進行,定子鐵心安放在滾輪架上。(1)首先要對線圈進行試下線,下線時應(yīng)用雙手將線圈按入槽中,不許用錘子直接敲打線圈,如線圈下入槽內(nèi)無阻,線圈外保護帶無破損,說明壓型合格。若第一次壓型后線圈下入槽內(nèi)較緊,則應(yīng)重新壓型。試下線合格后方可開始正式的下線工作。(2)正式下線由兩人在鐵心兩側(cè)同時進行。邊壓型邊下線,如果壓型后的線圈下線有困難時,可在線圈上墊上聚酯薄膜,用下線打板輕輕敲打使之下入槽內(nèi)。入槽后下層邊線圈端部應(yīng)緊靠端箍,按圖紙和絕緣規(guī)范進行端部綁扎,綁扎要牢固,排列要整齊,邊下線邊綁扎。每下完一個線圈后,要立即打上槽楔,用楔下墊條撐緊。全部線圈下完以后,進行線圈組間的連接、焊接和絕緣包扎。(3)定子下線后在浸漆罐內(nèi)進行VPI處理,并在侵漆前后各作一次繞組對地絕緣耐壓試驗。
2.3 熱套轉(zhuǎn)子鐵心
首先,要將弧形鍵固定在主傳動軸一側(cè),但并不對軸與弧形鍵進行焊接,而在二者之間使用專用膠以進行固定。第二步,利用加熱爐加熱轉(zhuǎn)子,當(dāng)其溫度達到特定值時,對轉(zhuǎn)子采取保溫措施,保證其時長在4小時。當(dāng)對轉(zhuǎn)子進行加熱與保溫時,需要監(jiān)測其鐵心溫度,通常使用熱電偶設(shè)備進行監(jiān)測。當(dāng)加熱與保溫完成后,為確保后續(xù)熱套過程中,鐵心仍留有一定間隙,需要對其內(nèi)孔尺寸進行測量,保證其尺寸符合熱套標(biāo)準(zhǔn)。第三步,使用吊軸工具對轉(zhuǎn)軸進行吊裝,要注意始終保持其主傳動側(cè)面向上方。將軸與兩側(cè)軸線對齊,使轉(zhuǎn)軸緩慢降落,當(dāng)其位于配合面三分之一位置時,將其迅速落下,使轉(zhuǎn)軸落至弧形鍵部件臺階位置。在進行熱套操作時,要盡量保證操作時間在十分鐘以內(nèi),并在熱套完成后使轉(zhuǎn)子完全冷卻,要保證其為自然冷卻方式,不能進行強制冷卻,且在完全冷卻前不能對轉(zhuǎn)子進行翻身或放倒操作,以免影響轉(zhuǎn)子熱套質(zhì)量。最后,當(dāng)轉(zhuǎn)子完全冷卻后,可以對其他工具進行拆裝并安裝焊環(huán)鍵。
結(jié)束語
核電站建設(shè)具有較大難度,作為其建設(shè)的承壓部件,主泵電機的設(shè)計合理性提升對整體核電站建設(shè)具有重要作用。在其主泵電機設(shè)計過程中,其設(shè)計環(huán)節(jié)復(fù)雜,操作繁瑣,需要提高其設(shè)計精度,以順利實現(xiàn)電機裝配。根據(jù)對我國自主研發(fā)電機的探討與研究,實現(xiàn)對電機中各關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計,能夠為今后我國核電行業(yè)發(fā)展提供條件。
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