论文部分内容阅读
摘要：本文简要介绍了核电站主泵的发展以及各代主泵的优缺点，包括新型三代核电屏蔽式主泵的主要特点。
关键词：核电主泵屏蔽
引言
从1954年前苏联成功建成世界第一座5兆瓦的实验性核电站到现在100万千瓦的先进压水堆核电站，民用核电站已经发展了三代。虽然其设计理念和电站结构都有很大的改动，但作为核电站心脏的主泵，其核心设备的地位一直未曾动摇。
1.二代主泵的特点
一代核电站为实验堆，本文暂且不论。在商用核电站中，从二代到二代加的核电站机组，都是采用带轴封的单级离心主泵。以秦山二期100D主泵为例，该主泵从西班牙ENSA采购，是一台立式带飞轮的单级离心泵。
该主泵的轴封采用串联的三级密封，第一层密封为可控液膜密封，第二层为压力平衡摩擦端面型密封，第三层为机械摩擦端面双效应型密封。该主泵的主要优点是效率高，但同时，其缺点也是显而易见的。
首先，核岛内必须多增两套管路，一套轴封注水/冷却水管路和一套轴封泄露水回收管路，他们的泄露或失效都会导致核岛内核泄漏。轴封水温度检测、压力检测、液位检测和流量检测系统都是为了轴封专设的监测单元，增加了系统复杂性和操控难度。
其次，不论采用多先进的轴封，其固有的特性决定了存在轴封失效的可能，一旦失效，将会对主泵乃至整个核电站造成严重的影响。即使只考虑正常的损耗，在核电站整个寿期内也需要多次更换，不利于核电站的长期稳定运行。而且，由于主泵位于核岛内，处于高辐射区，维修人员每次维修所接受到的放射剂量也是一个不容忽视的问题。
2.三代主泵的特点
上世纪80年代的前苏联切尔诺贝利和美国三里岛核泄漏事故发生后，大众越来越关注核电站防止核泄漏以及电站安全运行的能力。在核电技术沉寂了近40年后，美国西屋公司研发出了新一代的核电技术--AP1000核电技术。
AP1000核电站采用非能动技术，即其安全系统完全不依赖外部能量，能够利用自然界的能量如势能、气体膨胀和密度差引起的对流、冷凝和蒸发来完成安全功能的技术。AP1000作为第三代核电技术，其经济性和安全性都在二代加的基础上有了很大的提高。为了满足安全性的要求，AP1000核电站采用了屏蔽式主泵。
AP1000屏蔽式主泵也是一台立式布置的单级离心泵，它的电机和泵处于一个压力边界内，没有轴封，其定子和转子都带有屏蔽套，保证其不和腔体内介质相接触。从下图1 AP1000主泵结构图能看出，三代主泵水力部分的结构和二代主泵区别不大，但由于屏蔽套的存在，降低了AP1000主泵的总体效率。
图1 AP1000主泵结构图
AP1000主泵有四套轴承，上下径向轴承和上下推力轴承。四套轴承都采用瓦块式的水润滑滑动轴承，运行时在轴瓦和轴套之间产生一层很薄的水膜，保证了轴承的润滑和冷却，轴瓦的主要材料是石墨，提供了良好的耐磨性能，轴套的材料是表面镀司太立合金的600合金钢，具有很高的硬度，保证了60年的设计寿命。该轴承不需要专设的冷却系统，减少了整个主泵系统的泄漏点。
AP1000主泵有两套冷却系统，一套是包裹在电机定子壳体外侧的外置水套，一套是外置热交换器。外置水套内通设备冷却水，内部众多的档条增加了冷却水流通面积，增加了冷却效果。外置热交换器是一台安装在泵壳水平位置的管式热交换器，他的一次管路和电机壳体相连，承受系统压力，二次侧则连通设备冷却水。在两套冷却系统的共同努力下，能够保证轴承温度、绕组温度在可接受的范围内，不会影响电机寿命。
AP1000主泵的安全功能由上下两个飞轮来完成，在主泵失电后，由于飞轮的大惯量产生一定时间的惰转，带走堆芯产生的热量，给其余的应急系统的投用争取关键的时间。上下飞轮结构一样，包括内轮毂、钨合金块、外保持环和包壳。内轮毂固定在转子上，钨合金块提供了惰转所需的配重，而外保持环固定住所有钨合金块，使其即使在超速情况下也不会飞散，包壳的作用是将整个飞轮和一回路介质隔离，防止腐蚀。
结论：
由于AP1000主泵独特的设计，取消了轴封，增加了屏蔽套，使得其总效率有所降低。但是，如果将取消轴封带来的支持系统投入成本、维护成本以及由他带来的安全成本考虑在内，那选用屏蔽式主泵将会大大的优于传统的轴封式主泵。
目前，首台AP1000主泵所有的工程试验和耐久试验已经结束。从结果来看，完全能够满足系统的水里要求以及对于主泵60年设计寿命以及免维护的要求。今年晚些时候，第一批AP1000主泵将运抵AP1000世界首堆的三门现场。相信在AP1000首堆投入运行后，更加能够显现屏蔽式主泵的优势。同时，也希望国内能够尽快完成AP1000屏蔽式主泵的国产化，带动整个AP1000核电国产化的进程。
作者简介：许国泰（1983-，男，工程师，浙江衢州人，从事核电设备监造。
关键词：核电主泵屏蔽
引言
从1954年前苏联成功建成世界第一座5兆瓦的实验性核电站到现在100万千瓦的先进压水堆核电站，民用核电站已经发展了三代。虽然其设计理念和电站结构都有很大的改动，但作为核电站心脏的主泵，其核心设备的地位一直未曾动摇。
1.二代主泵的特点
一代核电站为实验堆，本文暂且不论。在商用核电站中，从二代到二代加的核电站机组，都是采用带轴封的单级离心主泵。以秦山二期100D主泵为例，该主泵从西班牙ENSA采购，是一台立式带飞轮的单级离心泵。
该主泵的轴封采用串联的三级密封，第一层密封为可控液膜密封，第二层为压力平衡摩擦端面型密封，第三层为机械摩擦端面双效应型密封。该主泵的主要优点是效率高，但同时，其缺点也是显而易见的。
首先，核岛内必须多增两套管路，一套轴封注水/冷却水管路和一套轴封泄露水回收管路，他们的泄露或失效都会导致核岛内核泄漏。轴封水温度检测、压力检测、液位检测和流量检测系统都是为了轴封专设的监测单元，增加了系统复杂性和操控难度。
其次，不论采用多先进的轴封，其固有的特性决定了存在轴封失效的可能，一旦失效，将会对主泵乃至整个核电站造成严重的影响。即使只考虑正常的损耗，在核电站整个寿期内也需要多次更换，不利于核电站的长期稳定运行。而且，由于主泵位于核岛内，处于高辐射区，维修人员每次维修所接受到的放射剂量也是一个不容忽视的问题。
2.三代主泵的特点
上世纪80年代的前苏联切尔诺贝利和美国三里岛核泄漏事故发生后，大众越来越关注核电站防止核泄漏以及电站安全运行的能力。在核电技术沉寂了近40年后，美国西屋公司研发出了新一代的核电技术--AP1000核电技术。
AP1000核电站采用非能动技术，即其安全系统完全不依赖外部能量，能够利用自然界的能量如势能、气体膨胀和密度差引起的对流、冷凝和蒸发来完成安全功能的技术。AP1000作为第三代核电技术，其经济性和安全性都在二代加的基础上有了很大的提高。为了满足安全性的要求，AP1000核电站采用了屏蔽式主泵。
AP1000屏蔽式主泵也是一台立式布置的单级离心泵，它的电机和泵处于一个压力边界内，没有轴封，其定子和转子都带有屏蔽套，保证其不和腔体内介质相接触。从下图1 AP1000主泵结构图能看出，三代主泵水力部分的结构和二代主泵区别不大，但由于屏蔽套的存在，降低了AP1000主泵的总体效率。
图1 AP1000主泵结构图
AP1000主泵有四套轴承，上下径向轴承和上下推力轴承。四套轴承都采用瓦块式的水润滑滑动轴承，运行时在轴瓦和轴套之间产生一层很薄的水膜，保证了轴承的润滑和冷却，轴瓦的主要材料是石墨，提供了良好的耐磨性能，轴套的材料是表面镀司太立合金的600合金钢，具有很高的硬度，保证了60年的设计寿命。该轴承不需要专设的冷却系统，减少了整个主泵系统的泄漏点。
AP1000主泵有两套冷却系统，一套是包裹在电机定子壳体外侧的外置水套，一套是外置热交换器。外置水套内通设备冷却水，内部众多的档条增加了冷却水流通面积，增加了冷却效果。外置热交换器是一台安装在泵壳水平位置的管式热交换器，他的一次管路和电机壳体相连，承受系统压力，二次侧则连通设备冷却水。在两套冷却系统的共同努力下，能够保证轴承温度、绕组温度在可接受的范围内，不会影响电机寿命。
AP1000主泵的安全功能由上下两个飞轮来完成，在主泵失电后，由于飞轮的大惯量产生一定时间的惰转，带走堆芯产生的热量，给其余的应急系统的投用争取关键的时间。上下飞轮结构一样，包括内轮毂、钨合金块、外保持环和包壳。内轮毂固定在转子上，钨合金块提供了惰转所需的配重，而外保持环固定住所有钨合金块，使其即使在超速情况下也不会飞散，包壳的作用是将整个飞轮和一回路介质隔离，防止腐蚀。
结论：
由于AP1000主泵独特的设计，取消了轴封，增加了屏蔽套，使得其总效率有所降低。但是，如果将取消轴封带来的支持系统投入成本、维护成本以及由他带来的安全成本考虑在内，那选用屏蔽式主泵将会大大的优于传统的轴封式主泵。
目前，首台AP1000主泵所有的工程试验和耐久试验已经结束。从结果来看，完全能够满足系统的水里要求以及对于主泵60年设计寿命以及免维护的要求。今年晚些时候，第一批AP1000主泵将运抵AP1000世界首堆的三门现场。相信在AP1000首堆投入运行后，更加能够显现屏蔽式主泵的优势。同时，也希望国内能够尽快完成AP1000屏蔽式主泵的国产化，带动整个AP1000核电国产化的进程。
作者简介：许国泰（1983-，男，工程师，浙江衢州人，从事核电设备监造。