AP1000三代核電反應堆冷卻劑泵屏蔽電機的技術(shù)特點

柴文虎

摘 要：目前核電技術(shù)發(fā)展在全世界范圍內(nèi)得到了很大的進展，現(xiàn)在已經(jīng)和火力發(fā)電和水力發(fā)電并稱為三大能源了。在這個背景下，為了提高我國能源技術(shù)的發(fā)展水平，全面引進了AP1000，并且已經(jīng)在不少核電站得到了應用。這種AP1000屬于第三代壓水反應堆，在設(shè)計中，重視成熟部件的應用，這樣才能不斷提高整個設(shè)備的可靠性，其維護起來也較為簡單便利。其中主泵部位是屏蔽式電動泵，是其中非常重要的一個結(jié)構(gòu)，本文針對此部位的設(shè)計特點進行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：核電站用泵；第三代壓水堆；屏蔽式電動主泵；技術(shù)特點

本反應堆冷卻劑系統(tǒng)是借鑒了國外的先進技術(shù)設(shè)計而成的，其設(shè)計理念包括兩個并聯(lián)環(huán)路，每個環(huán)路上都包括兩個冷段主管道、一個蒸汽發(fā)生器以及一條熱段主管道構(gòu)成，并且還有兩臺主泵，其以并聯(lián)的方式存在，在熱管段也有一臺穩(wěn)壓器。該蒸汽發(fā)生器是呈倒U狀的。

1 該屏蔽電機的優(yōu)勢

APl000反應堆冷卻劑泵（以下簡稱主泵）是一種單級、單吸、無軸封、高轉(zhuǎn)動隕量、立式離心屏蔽電泵，用于輸送高溫、高壓反應堆冷卻劑。泵由泵殼、葉輪和導葉組成，泵吸入口豎直向下，吸入管直接與蒸發(fā)器下封頭焊接；排出口為水平切線方向.吐出管與系統(tǒng)主管道焊接。圖1為主泵結(jié)構(gòu)示意圖。APl000主泵由泵和屏蔽電機兩部分組成.電機置于泉下部。泵的葉輪直接裝于電機轉(zhuǎn)子軸仲端，即與電機同軸。泵殼與電機殼體采用特殊的機械密封結(jié)構(gòu)用主螺栓連接組成一密封的整體.構(gòu)成反應堆冷卻劑壓力邊界，整個機組沒有外露的旋轉(zhuǎn)都分。為使電機推力軸承承受一個適當?shù)妮d荷。葉輪在設(shè)計時進行特殊考慮，使其在運行時產(chǎn)生一個向上的軸向力以平衡轉(zhuǎn)子自重。

該屏蔽電機優(yōu)勢是非常明顯的，其結(jié)構(gòu)緊湊，并且在運行過程中不會產(chǎn)生泄露，所以具有較高的安全性，設(shè)備的結(jié)構(gòu)情況見圖2。雖然這種設(shè)備具有較高的成本，但是該設(shè)備在運行過程中比較穩(wěn)定可靠，不需要進行太多的維護工作，所以綜合看來效益還是比較可觀的，現(xiàn)在不僅在核電站有所應用，很多核動力潛艇也開始應用這種屏蔽電機。這種AP1000屏蔽電機在保留了自身的優(yōu)勢同時，也進行了一些改進，彌補了其中的一些缺陷。

（1）屏蔽電機的主泵旋轉(zhuǎn)軸本身結(jié)構(gòu)較為簡單，沒有向外延伸的部分，所以在液體輸送的過程中不會泄露，在這種情況下，即便是軸密封系統(tǒng)失靈，或者出現(xiàn)突發(fā)的斷電情況，其也不會泄露冷卻劑，整個核電站也因此運行更為高校。

（2）該系統(tǒng)中，省略了軸密封設(shè)備和相關(guān)的輔助設(shè)備，機組運行變得更為簡便，大大降低了后期維護和檢修泵的工作量，并且也沒有聯(lián)軸器這種構(gòu)造，所以也就不會出現(xiàn)了機組對中這個問題。

（3）由于設(shè)備構(gòu)造大大簡化，所以不會造成飛輪破裂的問題，避免導致安全殼的損壞。

（4）軸承的潤滑方式是水潤滑，即便出現(xiàn)火情也會得到有效控制，和舊有的油潤滑方式相比具有非常明顯的優(yōu)勢，大大提高了整個核電廠的安全水平。

（5）主泵部位直接連接于蒸發(fā)器的下封頭，主泵和蒸發(fā)器之間的冷卻劑主管道被移除，減少了環(huán)路的壓強，泵的支撐變得更為簡便。

（6）此軸的推力較小，頂軸系統(tǒng)也被移除，結(jié)構(gòu)得到了大大簡化。

2 AP1000屏蔽電機存在的問題

另外，AP1000所選用的主泵是專門為AP1000堆型量身設(shè)計的，世界上至今還沒有如此大容量的屏蔽式主泵運行的先例，設(shè)計的完善性還有待時間的考驗。其功率大，有惰轉(zhuǎn)要求，對零部件的加工、焊接、裝配和軸承潤滑的要求極高，而且必須在1：1的試驗回路上進行試驗，在各種性能都滿足APl000核電站要求后，才能正式投人產(chǎn)品的生產(chǎn)川。屏蔽式電動泵的制造技術(shù)較難掌握，加工精度高，配件屬非商品級的，國產(chǎn)化難度大，目前AP1000主泵的國產(chǎn)化任務由沈陽鼓風機廠和哈爾濱電機廠承擔。在技術(shù)轉(zhuǎn)讓中我們需要關(guān)注以下內(nèi)容：

（1）屏蔽泵造價昂貴，綜合運行效率（60%）低于軸封式主泵，應全面跟蹤產(chǎn)品的設(shè)計、制造、驗證全過程。

（2）已有運行經(jīng)驗的同類參考屏蔽電機沒有飛輪，而AP1000主泵屏蔽電機有上下2個飛輪。應關(guān)注飛輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝及其試驗、設(shè)計驗證和性能驗證試驗。

（3）每臺主泵電機需要配置變頻器（VFD）和2臺IE級690V開關(guān)裝置，要增加一定的建造和運行費用。屏蔽泵是按照60Hz設(shè)計的，而中國的電網(wǎng)是50Hz，致使原設(shè)計意圖為短時運行的VFD必須持續(xù)運行，其可靠性應得到保證。

（4）屏蔽電機的損耗較高，冷卻措施及溫升控制是關(guān)鍵。

（5）屏蔽泵與蒸汽發(fā)生器作為整體結(jié)構(gòu)可能帶來的問題，如泵殼與接管的焊接，抗震相關(guān)間題。

（6）維修空間狹窄及需要專用的維修工具。

3 總結(jié)

在整個核電反應堆中，冷卻劑屏蔽電機是其中非常重要的一個設(shè)備，無論是其設(shè)計還是制作，本身都具有較高的難度系數(shù)，對于技術(shù)要求較高，其涉及到的內(nèi)容橫貫很多個領(lǐng)域。我國在該設(shè)備的設(shè)計和制作上目前仍然缺乏經(jīng)驗，所以這樣看來，我國在引進相關(guān)設(shè)備的過程中，應該重視其中細節(jié)部分的技術(shù)內(nèi)容，這樣才能做到逐步消化，在引進和消化、吸收的過程中，也會不斷提高我國的技術(shù)水平，完善我國的技術(shù)體系，進而讓我國的科技競爭力得到提高。

參考文獻

[1]唐耀陽，徐金良.AP1000反應堆冷卻劑泵的船用化探討[J].水泵技術(shù)，2012（3）：9-11.

[2]劉大為，宋丹.AP1000反應堆冷卻劑泵電機殼法蘭窄間隙埋弧焊接工藝研究[J].現(xiàn)代焊接，2015（2）：40-42.

[3]郭玉泉.核主泵屏蔽套用薄板激光焊接變形預測及調(diào)控[D].大連理工大學，2014.

[4]師名林.大型屏蔽電機主泵立式浸液轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學特性研究[D].上海交通大學，2013.