淺談核電站反應(yīng)堆冷卻劑泵發(fā)展及現(xiàn)狀

孫立江

中國中原對外工程有限公司 北京 100044

主泵是核電站一回路中唯一旋轉(zhuǎn)的主設(shè)備，用于驅(qū)動反應(yīng)堆冷卻劑流動帶走堆芯熱量并通過蒸汽發(fā)生器傳遞給二回路，產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能。為了保障核電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)，主泵既需要在正常工況下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；又需要在不同的事故工況下可靠的實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)行要求。由此可見，主泵的可靠性直接關(guān)系到核電站的安全。

1 商用核電站主泵發(fā)展歷程

商用核電起步于1955年，主泵的起步早于商用核電，與軍用核電一同起步，主泵最早的時候由屏蔽式主泵開始發(fā)展的并逐步向軸封式主泵過渡，目前世界上主泵主要是軸封式主泵，屏蔽式主泵應(yīng)用范圍略窄。

表1 世界主泵發(fā)展歷程

2 壓水堆核電站主泵泵型

當(dāng)前世界范圍內(nèi)幾種主要的幾種核電主泵泵型如下所示，每種主泵都有各自的技術(shù)特點(diǎn)，也代表一種技術(shù)流派。

3 當(dāng)前世界主泵供應(yīng)能力

國內(nèi)外核主泵市場主要是幾大國外制造商的角力場，競爭激烈，世界范圍內(nèi)的制造商主要有：美國EMD、法國JSPM、德國KSB、日本三菱、奧地利ANDRIZ、瑞士Sulzer、前蘇聯(lián)蘇梅廠/俄羅斯圣彼德堡機(jī)器制造中央設(shè)計(jì)局、比利時ACEC、美國Byron-Jackson、美國Bingham-sillamette limited、日本東芝等。

國內(nèi)的核主泵國產(chǎn)化起步于2000年以后，國內(nèi)供應(yīng)商主要是的哈電動裝（國有獨(dú)資）、上海電氣凱士比（合資）、東方法馬通（合資）、沈鼓（國有獨(dú)資），其中，上海電氣凱士比、東方法馬通機(jī)加能力有限，產(chǎn)能主要集中在組裝和試驗(yàn)階段；哈電動裝有ANDRIZ、EMD的技術(shù)許可產(chǎn)能較為全面，沈鼓主要與哈電動裝聯(lián)合生產(chǎn)AP/CAP系列水力部件。

國內(nèi)廠家主要為合資公司或者承接國外制造商技術(shù)許可進(jìn)行生產(chǎn)，國內(nèi)核主泵產(chǎn)業(yè)目前處于加大研發(fā)投入階段，受國內(nèi)核電項(xiàng)目審批放緩的影響，國內(nèi)幾大核主泵供應(yīng)商的前期大量產(chǎn)能及研發(fā)投入空轉(zhuǎn)，經(jīng)營風(fēng)險增大。

還有一些企業(yè)，例如浙富水電在投入研發(fā)四代快堆液態(tài)金屬核主泵；例如上海鍋爐廠與佳電聯(lián)合布局高溫氣冷堆主氦風(fēng)機(jī)[1]。

4 三代核電某型主泵介紹

三代核電是當(dāng)今世界已開發(fā)并建設(shè)的技術(shù)最先進(jìn)的一代核電，三代核電所用主泵也代表了最先進(jìn)的技術(shù)。以三代核電所用某型主泵為例介紹一下主泵結(jié)構(gòu)、技術(shù)等情況[2]。主泵主要由以下幾大部套構(gòu)成：水力部件、軸系、軸承、密封、泵殼泵蓋、輔助系統(tǒng)、電機(jī)支撐、電機(jī)等幾大部分組成，這幾大部套又可以細(xì)分為眾多的子部套。下邊對幾個重要部套分開進(jìn)行詳細(xì)介紹。

4.1 水力部件

該型主泵水力部件主要由以下幾種零件組成：水力部分的葉輪、導(dǎo)葉、葉輪罩；輔助部分的隔熱體、折流管、水導(dǎo)軸承、密封室等；水力部件是主泵的主要功能部件，是保障主泵性能的直接零部件，屬于核一級、質(zhì)保一級零部件。

4.2 軸系

主泵軸系主要由以下幾大部件組成：泵部分的泵軸、聯(lián)軸器、可拆軸；電機(jī)部分的電機(jī)轉(zhuǎn)子；三代核電站60年壽期需要主泵穩(wěn)定運(yùn)行并且對振動要求比較高，泵電機(jī)轉(zhuǎn)子與泵軸是剛性連接。泵軸零部件精度、動平衡都有著嚴(yán)格的要求。泵軸跳動檢查/動平衡執(zhí)行ISO1940G1.6要求，整個泵軸動平衡前，需要對葉輪、上下半聯(lián)軸器、中間軸進(jìn)行單體動平衡。保證了主泵工頻的振動分量的達(dá)標(biāo)[3]。

4.3 推力軸承

推力/徑向軸承為主泵的核心部件，也是各種型號主泵的核心部件。推力軸承是承擔(dān)主泵轉(zhuǎn)子軸向載荷的，低壓工況承擔(dān)轉(zhuǎn)子自重，高壓工況承擔(dān)葉輪的水推力。主泵正常運(yùn)行時，頂油泵會為推力軸瓦提供頂軸油，保證摩擦副的正常潤滑。主泵危機(jī)工況時（特別是斷電工況），在喪失頂軸油后，主泵需要惰轉(zhuǎn)一定的時間排走堆芯余熱，這是對推力軸承真正的極限考驗(yàn)，這時軸瓦處于邊界摩擦、干摩擦階段；要保證主泵惰轉(zhuǎn)停機(jī)后能夠正常再次啟機(jī)。

4.4 機(jī)械密封

主泵關(guān)鍵部件-三級動壓密封，動壓密封式軸封型主泵的設(shè)計(jì)核心理念。該密封通過密封環(huán)面的波形強(qiáng)制注入水向承壓邊界外流動泄露通過可控的微小泄露來保持承壓邊界的完整性。動壓密封是損耗件，需要定期更換。

5 結(jié)語

當(dāng)今，從世界范圍看，幾大實(shí)力雄厚的NSSS成套設(shè)備供應(yīng)商、主泵制造商在主泵產(chǎn)品上都是以主泵總機(jī)廠來給自己定位的，掌握主泵總體設(shè)計(jì)與主要零部件的設(shè)計(jì)制造，集中精力去掌握主泵總體的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研發(fā)。每種技術(shù)流派主泵都不是一簇而就突然出現(xiàn)的，都是小步慢跑、逐步優(yōu)化改進(jìn)的。在核電技術(shù)的逐步發(fā)展下，對主泵的要求越來越高，主泵的設(shè)計(jì)思路也逐漸趨向一致，但仍有各自的技術(shù)特點(diǎn)，在我國核電大發(fā)展的形勢推動下，我國主泵從引進(jìn)到自主發(fā)展也將走出自己的特色。