淺談華龍一號(hào)主泵

淺談華龍一號(hào)主泵摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展及核電技術(shù)實(shí)力的不斷提升，華龍一號(hào)得衍生，成為了我國(guó)核電發(fā)展的重要標(biāo)志，推動(dòng)了我國(guó)核電行業(yè)的國(guó)際化發(fā)展，我國(guó)對(duì)外的一張亮眼的名片。主泵是核電一回路的心臟，是華龍一號(hào)系統(tǒng)中唯一臺(tái)核1級(jí)泵，其重要性不言而喻。本文重點(diǎn)針對(duì)華龍一號(hào)主泵展開(kāi)研究，深分析主泵技術(shù)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：前言：華龍一號(hào)是我國(guó)三代核電的重要堆型，其能投入到國(guó)家中批量建設(shè)與使用，能有效地將我國(guó)從核電大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)楹穗姀?qiáng)國(guó)，使我國(guó)的核電能力與綜合實(shí)力都得以迅速提升。華龍一號(hào)反應(yīng)堆系統(tǒng)所，采用“177堆芯”技術(shù)和“能動(dòng)+非能動(dòng)”設(shè)計(jì)，提升了反應(yīng)堆功率及安全性，同時(shí)使用雙層安全殼采進(jìn)一步提升系統(tǒng)安全性。主泵作為華龍一號(hào)一回路系統(tǒng)中唯一的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，其穩(wěn)定性對(duì)于整體系統(tǒng)的安全性也非常重要，一旦主泵出現(xiàn)了問(wèn)題，會(huì)嚴(yán)重影響到反應(yīng)堆冷卻效果，也勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重影響到核電安全與生產(chǎn)。因此，相關(guān)的政府與核電部門(mén)都深入探究華龍一號(hào)主泵設(shè)計(jì)，明確系統(tǒng)運(yùn)用方式，讓華龍一號(hào)主泵能夠高效穩(wěn)定運(yùn)行，為我國(guó)核電經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力支持。1華龍一號(hào)主泵概述核電主泵主要分為軸封式主泵和屏蔽式主泵，華龍一號(hào)主泵采用的是軸封式主泵。對(duì)于華龍一號(hào)機(jī)組來(lái)說(shuō)，主泵是一回路最關(guān)鍵的主設(shè)備之一，是核島內(nèi)唯一的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，是核電的心臟。華龍一號(hào)機(jī)組中，一個(gè)堆芯有三條環(huán)路，在每條環(huán)路有一臺(tái)主泵，所以一臺(tái)機(jī)組共有3臺(tái)主泵，用于驅(qū)動(dòng)一回路冷卻劑的循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷地把堆芯中產(chǎn)生的熱傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側(cè)。主泵在系統(tǒng)配置上未設(shè)置冗余，所以對(duì)其運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性要求極高，一旦主泵運(yùn)行發(fā)生故障，將直接導(dǎo)致停堆，甚至可能造成核安全事故等嚴(yán)重后果。在主泵制造方面，因?yàn)橹鞅脤儆谝换芈返膲毫吔?，所以其安全等?jí)為核1質(zhì)保等級(jí)為QA1級(jí)。主泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高、制造難度大，主泵制造代表著當(dāng)代泵類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的最高水平。2華龍一號(hào)主泵系統(tǒng)工作分析2.1總體結(jié)構(gòu)華龍一號(hào)主泵是單級(jí)單吸的混流式泵，總高9m，重120t，揚(yáng)程為90.8m，流量為24680m3/h，電機(jī)功率為7883K，采用三軸承結(jié)構(gòu)，設(shè)置三級(jí)串聯(lián)機(jī)械密封每級(jí)密封均可單獨(dú)承受一回路系統(tǒng)壓力。電機(jī)為鼠籠型感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)，安裝在上電機(jī)支座上，上電機(jī)支座中設(shè)置雙推力軸承分別承受充水停泵前電機(jī)軸等的重量及正常運(yùn)行工況下系統(tǒng)的壓力。主泵電機(jī)下部設(shè)置飛輪，使主泵在失電工況下仍能保持一定的惰轉(zhuǎn)時(shí)間，帶走堆芯熱量防止堆芯熔融。2.2承壓邊界對(duì)于主泵來(lái)說(shuō)，其承壓邊界主要由泵殼、泵蓋、密封室、密封蓋、主螺栓、主螺母構(gòu)成。其中泵殼是主泵中最大泵部件，也最大的鍛件，一臺(tái)泵殼約重32t。主泵泵殼為滿足核電廠一回路高溫、高壓的運(yùn)行工況，采用SA-508MGr.3Cl.1合金進(jìn)行鍛造，同時(shí)為了保證與冷卻劑接觸時(shí)的耐輻照、耐腐蝕性，在泵殼內(nèi)進(jìn)行堆焊308L及309L不銹鋼，在與主管道和蒸發(fā)器接管部分進(jìn)行組焊安全端保證焊接可靠性。泵殼制造過(guò)程中，需進(jìn)行拉伸、沖擊等試驗(yàn)驗(yàn)證材料的性能泵殼制造完成后還需進(jìn)行25.8Mpa的水壓試驗(yàn)，使該項(xiàng)承壓邊界符合國(guó)家的規(guī)要求，保障核電一回路系統(tǒng)安全。2.2水力部件主泵水力部件主要包括泵殼、葉輪、葉輪螺母、導(dǎo)葉、葉輪罩。主泵葉輪過(guò)電機(jī)軸的帶動(dòng)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)給冷卻劑傳遞能量增加冷卻劑的動(dòng)能，而導(dǎo)葉則以將冷卻劑的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，葉輪及導(dǎo)葉均直接接觸高溫、高壓、高輻射強(qiáng)的冷卻劑，對(duì)抗疲勞及耐腐蝕均有較高要求。華龍一號(hào)主泵采購(gòu)5葉片葉輪，葉采用14葉片形式，均采用奧氏體不銹鋼鍛造而成。水力部件的安裝是保障主泵穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提，一旦這些部件出現(xiàn)受熱的問(wèn)題，就會(huì)影響到一回路系的正常工作，非常不利于核電廠工作的安全開(kāi)展。相關(guān)的設(shè)計(jì)人員要將水力部中原有葉輪設(shè)計(jì)為橫向轉(zhuǎn)輪的方式，避免葉輪溫度高影響工作效果，使其能與泵抽始終保持在相同的軸上，避免其受溫差影響產(chǎn)生安全問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)控制與軸向轉(zhuǎn)輪之間的距離，使其能起到及時(shí)扭轉(zhuǎn)錯(cuò)誤方向軸向的問(wèn)題，并采用縮螺栓的設(shè)計(jì)形式，提高其對(duì)于葉輪的軸向吸收力。此外，設(shè)計(jì)人員還需在導(dǎo)葉安裝隔熱體，從根源上消除溫度影響下泵水力系統(tǒng)運(yùn)行的問(wèn)題，提高對(duì)水力部冷卻效果的保證，使其能被安全地運(yùn)用到主泵中，保障主泵的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。2.3軸承系統(tǒng)軸承系統(tǒng)由一個(gè)雙向推力軸承和兩個(gè)徑向軸承組成。雙向推力軸承主要靠油進(jìn)行潤(rùn)滑與冷卻，主要承受來(lái)自一回路系統(tǒng)壓力、水力部件以及轉(zhuǎn)子部件的重量所產(chǎn)生的軸向力、葉輪工作時(shí)產(chǎn)生的推力。產(chǎn)生的軸向力通過(guò)泵軸作用推力盤(pán)上并最終傳遞到主推力瓦或副推力瓦上，如果主回路壓力較低由副推力瓦承受載荷，如果主回路壓力較高則由主推力瓦承受載荷。主泵在啟停機(jī)前，必須先打開(kāi)上電機(jī)支座上的頂軸油泵，使其在主推力瓦與推力盤(pán)之間供油并形成油膜，以避干磨造成推力瓦磨損。兩個(gè)徑向軸承分別是位于電機(jī)止逆機(jī)構(gòu)下方的上徑向軸和位于葉輪附件的下導(dǎo)軸承。上徑向軸承采用油潤(rùn)滑，可以防止電機(jī)軸的徑向動(dòng)，下導(dǎo)軸承采用水潤(rùn)滑，可以防止泵軸的徑向跳動(dòng)。三個(gè)軸承均有著各自不的作用，組成的軸承系統(tǒng)共同保證主泵正常轉(zhuǎn)動(dòng)。2.4密封系統(tǒng)在設(shè)計(jì)主泵中的密封系統(tǒng)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員要按照主泵對(duì)密封的等級(jí)要求設(shè)計(jì)出三個(gè)相同的流體動(dòng)壓機(jī)械密封系統(tǒng)，讓主泵內(nèi)高溫介質(zhì)傳輸?shù)倪^(guò)程中，經(jīng)過(guò)三個(gè)相同的密封系統(tǒng)，逐步得到顯著的密封，不斷降低密封后系統(tǒng)內(nèi)部的力，當(dāng)主泵停止工作的時(shí)候，這些系統(tǒng)都能真正承受全部的系統(tǒng)壓力，從根據(jù)防止?jié)櫥统霈F(xiàn)泄漏問(wèn)題。并通過(guò)運(yùn)用球形密封面的方式，使其能提高對(duì)整個(gè)泵系統(tǒng)主回路的密封效果，保障主泵密封要求能真正達(dá)到核電對(duì)其要求，這樣電主泵的工作安全性才能得到進(jìn)一步保障。2.5注入水系統(tǒng)在核電廠每個(gè)主泵都需供應(yīng)一定的注入水，使其能起到補(bǔ)償主泵系統(tǒng)內(nèi)泄及冷卻軸承的作用，是保障主泵安全運(yùn)行的重要系統(tǒng)。如若該系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題容易讓主泵出現(xiàn)低壓泄漏或是高溫安全事故等問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致核電廠產(chǎn)生嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，也會(huì)影響到其內(nèi)部工作人員的生命安全，這就失去了對(duì)主泵安全運(yùn)的意義。作為設(shè)計(jì)人員要做好對(duì)注入水系統(tǒng)的密封設(shè)計(jì)，保障內(nèi)部注入水的安流入或是流出，并在每個(gè)主泵的旁邊設(shè)計(jì)安裝緊急的注入水系統(tǒng)，保障原有系失效時(shí)，能啟動(dòng)緊急系統(tǒng)。再次開(kāi)展注入水的工作，通過(guò)運(yùn)用旋液分離器，過(guò)注入水，保障主回路的水在經(jīng)注入水系統(tǒng)時(shí)，達(dá)到過(guò)濾的最佳效果，使注入水統(tǒng)，能高效發(fā)揮其在主泵中的運(yùn)用價(jià)值。2.6潤(rùn)滑油系統(tǒng)從主泵工作的情況可見(jiàn)，在核電廠每臺(tái)主泵都有專(zhuān)屬的潤(rùn)滑油供應(yīng)系統(tǒng)，安裝這一系統(tǒng)的時(shí)候，安裝人員要先安裝儲(chǔ)油室，保障其在電機(jī)支座的穩(wěn)定性再到主泵的轉(zhuǎn)子上，安裝系統(tǒng)運(yùn)行的油泵設(shè)備與頂油系統(tǒng)等等，使?jié)櫥湍茉趽]出潤(rùn)滑作用后及時(shí)流回到泵油設(shè)備之中。而且設(shè)計(jì)人員需要開(kāi)展對(duì)儲(chǔ)油室的形密封，讓油泵設(shè)備能有效地循環(huán)內(nèi)部的潤(rùn)滑油，將其輸送到主泵系統(tǒng)所需潤(rùn)的各處，得到冷卻后再次回到儲(chǔ)油室，強(qiáng)化對(duì)主泵系統(tǒng)運(yùn)行效果的保證。同時(shí)設(shè)計(jì)人員要設(shè)計(jì)出滑油出管口和溢油槽，讓其將溢出的潤(rùn)滑油都收集起來(lái)，避其流入不合理的位置威脅主泵正常運(yùn)行，切實(shí)提高主泵運(yùn)行的效率和效果。結(jié)束語(yǔ)：總而言之，華龍一號(hào)的主泵系統(tǒng)十分復(fù)雜，但是其安全性、經(jīng)濟(jì)性與生產(chǎn)效率都較高，滿足核電運(yùn)行要求，體現(xiàn)了我國(guó)核電設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造的超高水平。雖然目前主泵各部件國(guó)產(chǎn)化率較高，但仍未達(dá)到100%的要求，后續(xù)應(yīng)加大科研投入攻