淺析核電站軸封型主泵軸系設(shè)計(jì)方案

摘 要：核電站作為現(xiàn)代人們生活中不可或缺的供電設(shè)施，對(duì)于國(guó)家和人們的重要性可想而知，而一旦核電站發(fā)生斷電現(xiàn)象，可以想象會(huì)給生產(chǎn)和生活造成多大的影響，所以基于核電站斷電事件，我們要加強(qiáng)對(duì)核電站主軸的設(shè)計(jì)，讓核電站能夠更加高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，而在壓水堆核電站的主軸的設(shè)計(jì)方案中主要有三軸承和四軸承之分，本文就核電站軸封型主泵軸系設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行分析，希望對(duì)主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇有所幫助，讓核電站的斷電現(xiàn)象能夠得到有效避免。

關(guān)鍵詞：核電站用泵；冷卻劑泵（主泵）；軸系；設(shè)計(jì)方案；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；比較

中圖分類號(hào)：TH311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

主泵軸對(duì)于核電站來(lái)講是非常重要的，它的密封性能直接對(duì)核電站發(fā)生斷電時(shí)的安全性有非常大的影響，這就要求必須對(duì)現(xiàn)有核電站軸封型主泵軸的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)現(xiàn)有的核電站的軸封型主泵軸系的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系統(tǒng)的分析，通過(guò)具體的在實(shí)踐中的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)在正在服役的核電站所使用的軸封系統(tǒng)提出相應(yīng)的關(guān)于主泵軸系統(tǒng)的改進(jìn)方案，讓核電站的安全性得到非常有效的保障，讓核電站更好地為人們服務(wù)。國(guó)家應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)核電站安全的重視。

對(duì)壓水堆核電站進(jìn)行分析，壓水堆核電站的軸封主要是由電機(jī)和泵本體以及儀表檢測(cè)控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成，而主泵的泵體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要是按照立式泵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，根據(jù)反應(yīng)堆的系統(tǒng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓一回路的主管道的過(guò)渡段和冷管段與泵體的主要的進(jìn)出進(jìn)行連接，而冷反應(yīng)堆的在冷卻劑的作用下，讓其變成徑向吐出，軸向吸入的情況，讓其在一回路的循環(huán)系統(tǒng)中，能夠變成可以通過(guò)水力部件來(lái)對(duì)冷卻劑進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在泵的上面還設(shè)有軸密封的系統(tǒng)，讓核電廠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)中所造成的泄露量變成零，一回路的安全殼的作用是非常重要的，而作為主泵的主要安全結(jié)構(gòu)，電機(jī)的趨同作用是非常大的，而在泵本體上就有電機(jī)支架和聯(lián)軸器相互之間進(jìn)行聯(lián)合，讓主泵軸達(dá)到水電站在斷電情況下，安全性仍舊能得到很好的保障的目的。

1 軸系設(shè)計(jì)要求

軸系主要由葉輪，軸、軸承、飛輪、聯(lián)軸器和安裝在軸上的其他轉(zhuǎn)動(dòng)部件、密封件及其定位組件等組成。其主要功能是支撐旋轉(zhuǎn)部件、傳遞扭矩和運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)冷卻劑在一回路系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。

1.1 運(yùn)行要求

主泵軸系的運(yùn)行要求主要包括：軸系的最小直徑應(yīng)滿足不同運(yùn)行工況扭矩傳遞的要求，主泵軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)足夠大，以滿足全廠斷電后利用主泵惰轉(zhuǎn)提供足夠流量。

1.2 設(shè)備安全及可靠性要求

在整個(gè)核電站的軸封型設(shè)備安全及可靠性對(duì)于主聚的運(yùn)行至關(guān)重要，主泵作為轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備。其轉(zhuǎn)動(dòng)部件的安全與可靠性顯得尤為重要。主泵軸系在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須保證其安全性和可靠性，以確保主泵機(jī)組運(yùn)行的安全和可靠。

1.3 可維修性要求

主泵軸系的設(shè)計(jì)應(yīng)確保現(xiàn)場(chǎng)安裝、拆卸以及在役檢查與維修過(guò)程的可操作性，具體要求包括：設(shè)備尺寸應(yīng)滿足廠房布置要求，檢修過(guò)程中冷卻劑發(fā)生的泄漏應(yīng)控制在可允許范圍內(nèi)。

2 軸系設(shè)計(jì)方案

2.1 軸系結(jié)構(gòu)

這兩種結(jié)構(gòu)軸系都可以將主泵劃分為泵本體、電機(jī)、軸助系統(tǒng)和儀表控制保護(hù)系統(tǒng)4個(gè)大的模塊。泵本體和電機(jī)兩大模塊通過(guò)軸系聯(lián)接，其設(shè)計(jì)方案與軸系的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。

2.2 三軸承軸系結(jié)構(gòu)

三軸承的設(shè)計(jì)在核電站主泵軸的設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是非常多的，而三軸承結(jié)構(gòu)的主軸泵系統(tǒng)，主要是運(yùn)用電機(jī)軸和剛性聯(lián)軸泵連接泵軸從而進(jìn)行電機(jī)扭矩進(jìn)行傳遞，同時(shí)三軸承在更換軸封組件和進(jìn)行維修的時(shí)候也不需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行拆卸，這主要是由于三軸承主泵系統(tǒng)在電機(jī)軸和泵軸之間設(shè)置了中間軸，而在對(duì)中間軸進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，就可以根據(jù)軸封組件維修中需要的空間進(jìn)行要求。一般情況下軸承的主泵，都是雙向推力的軸承結(jié)構(gòu)，在電機(jī)和泵的軸向的載荷主要是由軸承的雙向推力來(lái)承擔(dān)，而在主泵機(jī)組的轉(zhuǎn)子的部件，主要是會(huì)進(jìn)行徑向載荷，通過(guò)3個(gè)徑向的軸承對(duì)徑向的載荷進(jìn)行承擔(dān)，這就使得聯(lián)軸器不僅具有了傳遞扭矩的的功能，同時(shí)也兼具了對(duì)軸向力和徑向力進(jìn)行承相的作用。

2.3 四軸承軸系結(jié)構(gòu)

四軸承的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)于三軸承的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)講，主要的不同在于四軸承主要是電機(jī)軸和主泵的泵軸通過(guò)繞行聯(lián)軸器進(jìn)行連接的，同時(shí)也設(shè)置4個(gè)徑向軸在軸系上，由上下部的電機(jī)的上下部徑向軸承進(jìn)行分別潤(rùn)滑，同時(shí)在軸系上還有兩個(gè)推力軸承，主要是由泵上部的雙向推力和電機(jī)上部的單向的推力進(jìn)行推動(dòng)，而這兩者都是需要進(jìn)行油潤(rùn)滑的，并且由于四個(gè)軸承的總體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度都很長(zhǎng)，導(dǎo)致主泵機(jī)組的重心降低了非常多，這就使得飛輪只能被設(shè)置在電機(jī)的下方。

核電站的軸封型軸系設(shè)計(jì)方案，如果采用四軸承的話，四軸承系統(tǒng)為了能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須采用鼓形齒聯(lián)軸器進(jìn)撓性連接，同時(shí)也需要配置相應(yīng)的潤(rùn)滑油為整個(gè)四軸承系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑，同時(shí)這種聯(lián)動(dòng)方式也會(huì)讓泵和電機(jī)的關(guān)聯(lián)被降低，而在這一過(guò)程中所產(chǎn)生的載荷也將由電機(jī)和泵的軸承各自承擔(dān)。

3 對(duì)比分析及選型綜合分析

針對(duì)三軸承結(jié)構(gòu)軸系主泵和四軸承結(jié)構(gòu)軸系主泵，現(xiàn)從主泵的軸系設(shè)計(jì)要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)備維修和兩種軸系的互換性等4個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，分析兩者之間的差異。

3.1 選型原則

不管是四軸承還是三軸承的主泵軸系設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)本身來(lái)講都是非?？尚械?，都能夠滿足核電站軸封型主泵軸系統(tǒng)整個(gè)功能的要求，從這兩個(gè)系統(tǒng)在實(shí)踐中的使用來(lái)講，設(shè)備的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、制造和鑒定以及工作量方面沒(méi)有非常大的差別的，方案間進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換也并沒(méi)有非常大的差別的，而核電站在進(jìn)行軸封型主泵軸系選擇的時(shí)候，也可以從以下方面對(duì)進(jìn)行參考：（1）軸承的具體制造廠：在選擇軸承系統(tǒng)的時(shí)候，可以先從軸承的制造廠開(kāi)始選擇，根據(jù)不同的制造廠的自身的條件以及制造廠本身的制造工藝和主泵的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行考慮。這個(gè)制造廠的主要生產(chǎn)制造的主導(dǎo)，如果是以泵為主導(dǎo)的，就可以優(yōu)先選擇四軸承的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，這個(gè)選擇可以讓主泵軸對(duì)電機(jī)的依賴程度大幅度的降低，要是制造廠主要是以電機(jī)生產(chǎn)為主導(dǎo)的廠家，就可以選擇三軸承的方案，讓整個(gè)主泵軸電機(jī)的作用變得更加明顯。（2）核電站的主要用戶。這個(gè)方面主要是從核電站自身開(kāi)始考慮，主要是對(duì)核電站要面向的客戶群體進(jìn)行研究，在所有的滿足核電站發(fā)展的需要的主泵軸系統(tǒng)中以及整個(gè)主泵軸系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定的，在進(jìn)行日常的維護(hù)和檢修比較方便的主泵軸系統(tǒng)中，盡量選擇符合電站用戶需求的主泵系統(tǒng)，并且選出的系統(tǒng)既能滿足核電站的需求，也必須是已經(jīng)有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的主泵系統(tǒng)，在針對(duì)主泵的具體的軸封的檢修時(shí)間以及震動(dòng)的水平上進(jìn)行比較的話，四軸承軸系的方案要遠(yuǎn)勝于三軸的軸承的設(shè)計(jì)方案。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)核電站的軸封型主泵軸的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析后，可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的主軸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案都非常的不完善，這兩種設(shè)計(jì)方案各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，都需要在未來(lái)的發(fā)展中進(jìn)一步地完善，而在對(duì)核電的主泵軸進(jìn)行選擇的時(shí)候可以根據(jù)現(xiàn)有的核電站的需求來(lái)進(jìn)行選擇，并在使用的過(guò)程中，對(duì)于主泵軸系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題和不足進(jìn)行改進(jìn)，來(lái)保證核電站在發(fā)生斷電事故后，整個(gè)核電站的安全能夠得到非常好的保證，也要加強(qiáng)主泵軸運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]馮曉東，呂延光，江福，等.百萬(wàn)千瓦壓水堆核電軸封型主泵研制綜述[J].水泵技術(shù)， 2016（6）：1-7.

[2]蔡龍. 軸封型核主泵軸向力計(jì)算方法及標(biāo)定研究[J].水泵技術(shù)， 2017（2）：4-9.

[3]王文彬，張韻曾，齊淑尊，等.核電站軸封主泵外導(dǎo)流管鎖片孔的加工工藝[P].中國(guó)專利：CN107088672A，2017.

[4]李天斌，沈偉，盧熙寧.核電站主泵轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性研究[J].水泵技術(shù)，2016（2）：1-5.