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核电站的“心脏”——RUV湿绕组电机主泵介绍

        发布时间:2019-12-27 07:45        编辑:北极电力网

积极推进核电建设是国家重要的能源战略,反应堆冷却剂泵(核主泵)是核电站的重要设备,对核电站正常、安全和稳定运行具有极为重要的作用,是核电站可靠运行的保障。核电设备属敏感领域,但目前我国核主泵等还基本依赖进口,因此,核主泵实现国产化,不仅是出于成本的考虑,更是国家稳定、经济安全的需要,是自立于国际舞台、避免受制于人的战略需要。

CAP1400是拥有自主知识产权的、输出电功率大于135万千瓦的大型先进非能动核电站。核主泵是核岛一回路系统中,用于驱动冷却剂在反应堆冷却剂系统内循环流动的泵,主泵是核岛内唯一的旋转设备,被称为是核电站的“心脏”,CAP1400 每个机组配备两台蒸汽发生器,每台蒸汽发生器配备两台核主泵。


CAP1400主泵布置方式示意图

在设计上,CAP1400沿用了AP1000的系统设计方案,采用无轴封主泵,所谓无轴封主泵,主要是针对压水堆常用的轴封型主泵而言的,从结构上又可以分为屏蔽泵与湿绕组泵,无轴封主泵的主要特点和设计要求是泵和电机被包络在同一个金属压力容器里,可以做到整个寿期内零泄漏。由于零泄漏,同时辅助系统简单、安装方便,因此得到了广泛应用。

为彻底消除泄漏隐患,并简化设计,西屋公司在AP1000核电站总体设计中再次选用了无轴封主泵。而CAP1400所需要的主泵,其流量、功率比AP1000高20%,研制难度比AP1000主泵高出许多。

考虑到主泵研制的巨大挑战,2011年3月8日,国家电投(原国家核电)与上海电气高层协商,在屏蔽电机主泵研制的同时作为备用方案并行启动另一种技术路线即RUV湿绕组主泵的研制,同年9月份与上海电气凯士比核电泵阀有限公司签订了CAP1400产品主泵供货合同。

CAP系列中采用的非轴封型的主泵,不管是屏蔽泵还是湿绕组泵,都是电机和泵一体的设备,这意味着电机的电磁场、泵的流场以及各自形成的温度场,这三场高度耦合,互相影响,对于主泵这台8000KW的旋转机械提出了极高的设计要求,除了设计本身,对于大型三场耦合装备的设计理论及试验的验证也属于业界首创。

CAP1400 湿绕组电机主泵是当今国际上最先进的立式、单级、单吸、无轴封三代核主泵。其承压边界由泵壳、热屏、电机壳、推力轴承托架、推力轴承室及承压边界紧固螺栓组成,其他主要部件有叶轮、导叶、飞轮、径向轴承、电机转子、电机定子、防反转装置、推力轴承、电机接线盒组成。由于湿绕组电机技术的采用,RUV湿绕组电机主泵没有定子屏蔽套,使得湿绕组电机主泵的效率比同等级的屏蔽主泵体积更小、整体效率高约10%。


RUV湿绕组主泵结构图

为保证核电站现场的惰转要求,湿绕组电机主泵采用一个飞轮增加转子的转动惯量。飞轮结构采用双金属设计,即采用马氏体不锈钢锻件作为基体、内嵌高密度钨钢棒的设计。在飞轮高速旋转下,为了保证飞轮动平衡,钨钢棒本身加工精度及密度均匀性的要求极高,飞轮基体上插入钨钢棒的深孔机加工精度要求也较高,这就需要在深孔加工之前在样件上进行工艺验证,固化工艺后才能在飞轮本体上进行加工。

RUV湿绕组主泵的飞轮

湿绕组电机主泵冷却系统采用泵侧、电机侧双侧热屏设计冷却飞轮腔水温,并且配备了外置冷却器对电机进行冷却。这一设计将机组内分成三个温度区域,泵壳内区域(高温),飞轮腔(中高温),电机腔(中低温),各温度区域内部温度都要保持均匀、稳定的状态。

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