论文部分内容阅读
摘 要：承压部件是设备中对设备运行起到支撑作用的主要部件，对核电设施来说，主泵电机就是其承压部件。我国核电研发技术水平不断提升，要求使用自主研发核电主泵电机。主泵电机的生产制造具有较大难度，我国首台自主研制且具有知识产权的主泵电机如今已经在全国多个核电站中得到广泛应用。本文针对国产核电主泵电机进行探讨，分析其设计特点，对其制造方式进行探讨，为相关工作人员提供参考，促进核电事业的进一步发展。
关键词：核电站；主泵电机；制造工艺
核电主泵电机是核电站中实现反应堆冷却的关键设施，通过冷却剂实行泵循环，在核电站运行中被视为“心脏”，因此也可以称其为核电站承压部件。应用主泵电机能够实现设备中冷却剂的循环，从而将反应堆运行过程中产生的大量热量向二回路介质进行传递。由于主泵电机功率较大，且属于具有特殊形态的电动机，因此当其处于无人监督状态时，如何保证其运行的连续与安全稳定成为制造难点。在核电工程建设中实现主泵电机的自主开发能够有效提高我国装备制造业发展水平，摆脱国外在主泵电机上对我国的影响与限制，对我国核电发展能力提升有着重要意义。
1 主泵电机设计方式
通过对我国首台自主研发核电主泵电机设计方案的研究，对主泵电机进行分析，为主泵电机设计水平提升提供参考。
1.1 电机概述
该电动机是三相鼠笼感应立式电动机，主要由上机架、定子、转子、下机架、导轴承、止逆机构、冷却器等部分组成。整个主泵机组共有三个轴承，电机与主泵共用的双向推力-导轴承安装在电机与主泵中间的位置。定子两侧装有空气、水热交换器来冷却通风空气。定子绕组内装有12个Pt100铂热电阻监测温度。电机用导轴承安装在电机上机架内部的电机导轴承油箱中，由循环油进行润滑及冷却，止逆机构安装在电机的最上方。
1.2 半伞式结构
该电机的导轴承装在上机架内，飞轮位于下机架内，止逆机构位于电机顶部，双向推力轴承布置在电机下端轴伸部分，改变了常规同步转速1000r/min及以上立式电机均采用推力轴承布置在电机转子上端，即转子支点在上的悬式结构的规律和设计思路，提升了立式电机设计技术，开拓了高速立式电机新的设计领域。
1.3 飞轮
飞轮是该电机运行中关键部分，具有较大转动惯量，因此有必要对飞轮进行深入研究。飞轮在核电主泵电机的运行中能够为其提供安全保障，可以在电机运行中存储一定能量，当电机出现故障而断电时，能够将能量释放，保障电机的持续运转，从而减少因故障而造成的损失，为故障维修争取时间。飞轮设备在与电机轴连接时，需要使用飞轮内套。在电机运行过程中，飞轮与飞轮内套过盈配合方式为直筒式，并采取锥形方式使轴与飞轮内套进行过盈配合。当发生过盈配合时，要保证各部件之间具有较大摩擦力，从而为轴提供力，实现对飞轮的带动运转。但摩擦力需要保持适度，若摩擦力过大，当其中转子速度超出标准值时，会无法使飞轮成功脱落，最终造成飞轮损坏甚至破裂，给核电主泵电机运行带来危害，影响整个核电体系运行安全。
1.4 设计优化
在该电机设计中，对承压部件与轴承之间的距离进行了缩短设计，这种优化措施的应用能够有效提高运行安全水平；由于原电机设计中的气封与上轴承密封圈存在一定不足之处，使上轴承室存在雾化以及漏油问题，因此在该设计中也对其进行了优化，对雾化与漏油现象的避免有较好效果。
2 电机的重点制造工艺
2.1 定子铁心装压。（1）定子冲片材料为0.5mm厚50W270硅钢片，定子冲片冲制后涂刷F级水溶性半无机硅钢片漆。定子压板为不锈钢（0Cr18Ni9）结构，其平面在立车上加工。定子叠装方式为外装压，靠胎具定位，在立式油压机上进行叠片。（2）迭片为顺时针方向进行，叠装采用1/2叠装。第一段鐵心迭完，插入槽样棒，每张扇形片插二根，然后对第一段铁心仔细检查并整形，使用整形棒，使铁心槽形、段高符合要求。（3）第一段铁心合格后，方能进行下一段铁心的迭装，铁芯总长叠装1/2时预压一次。加压时压力要逐渐升高到规定值，并保压到规定的时间，然后降低压力到规定值，再次升压，从而实现反复加压的过程。在压紧过程中，一方面操纵油压机注意观察油压表的读数，总压力不要超过规定的压力值，一方面检查和调整铁心的各部尺寸，做自检记录，并在检查员的监督下检查铁心各段长度尺寸、总长度尺寸、铁心中心的偏心值及紧度情况，符合质量要求后，压紧铁心。（4）在压紧状态下将定位筋、盒形支柱、盖板等按要求焊接，焊后消除应力。
2.2 定子下线
定子下线在下线封闭间进行，定子铁心安放在滚轮架上。（1）首先要对线圈进行试下线，下线时应用双手将线圈按入槽中，不许用锤子直接敲打线圈，如线圈下入槽内无阻，线圈外保护带无破损，说明压型合格。若第一次压型后线圈下入槽内较紧，则应重新压型。试下线合格后方可开始正式的下线工作。（2）正式下线由两人在铁心两侧同时进行。边压型边下线，如果压型后的线圈下线有困难时，可在线圈上垫上聚酯薄膜，用下线打板轻轻敲打使之下入槽内。入槽后下层边线圈端部应紧靠端箍，按图纸和绝缘规范进行端部绑扎，绑扎要牢固，排列要整齐，边下线边绑扎。每下完一个线圈后，要立即打上槽楔，用楔下垫条撑紧。全部线圈下完以后，进行线圈组间的连接、焊接和绝缘包扎。（3）定子下线后在浸漆罐内进行VPI处理，并在侵漆前后各作一次绕组对地绝缘耐压试验。
2.3 热套转子铁心
首先，要将弧形键固定在主传动轴一侧，但并不对轴与弧形键进行焊接，而在二者之间使用专用胶以进行固定。第二步，利用加热炉加热转子，当其温度达到特定值时，对转子采取保温措施，保证其时长在4小时。当对转子进行加热与保温时，需要监测其铁心温度，通常使用热电偶设备进行监测。当加热与保温完成后，为确保后续热套过程中，铁心仍留有一定间隙，需要对其内孔尺寸进行测量，保证其尺寸符合热套标准。第三步，使用吊轴工具对转轴进行吊装，要注意始终保持其主传动侧面向上方。将轴与两侧轴线对齐，使转轴缓慢降落，当其位于配合面三分之一位置时，将其迅速落下，使转轴落至弧形键部件台阶位置。在进行热套操作时，要尽量保证操作时间在十分钟以内，并在热套完成后使转子完全冷却，要保证其为自然冷却方式，不能进行强制冷却，且在完全冷却前不能对转子进行翻身或放倒操作，以免影响转子热套质量。最后，当转子完全冷却后，可以对其他工具进行拆装并安装焊环键。
结束语
核电站建设具有较大难度，作为其建设的承压部件，主泵电机的设计合理性提升对整体核电站建设具有重要作用。在其主泵电机设计过程中，其设计环节复杂，操作繁琐，需要提高其设计精度，以顺利实现电机装配。根据对我国自主研发电机的探讨与研究，实现对电机中各关键技术环节的优化设计，能够为今后我国核电行业发展提供条件。
参考文献
[1]雷鹏兵.浅谈CPR1000核电站常规岛中低压管道安装[J].建筑知识，2017（11）.
[2]“华龙一号”国家重大工程标准化示范启动[J].电世界，2017（07）.
[3]刘新收.核电焊接接头裂尖力学特征及环境致裂裂纹扩展速率研究[J].中国标准化，2017（08）.
关键词：核电站；主泵电机；制造工艺
核电主泵电机是核电站中实现反应堆冷却的关键设施，通过冷却剂实行泵循环，在核电站运行中被视为“心脏”，因此也可以称其为核电站承压部件。应用主泵电机能够实现设备中冷却剂的循环，从而将反应堆运行过程中产生的大量热量向二回路介质进行传递。由于主泵电机功率较大，且属于具有特殊形态的电动机，因此当其处于无人监督状态时，如何保证其运行的连续与安全稳定成为制造难点。在核电工程建设中实现主泵电机的自主开发能够有效提高我国装备制造业发展水平，摆脱国外在主泵电机上对我国的影响与限制，对我国核电发展能力提升有着重要意义。
1 主泵电机设计方式
通过对我国首台自主研发核电主泵电机设计方案的研究，对主泵电机进行分析，为主泵电机设计水平提升提供参考。
1.1 电机概述
该电动机是三相鼠笼感应立式电动机，主要由上机架、定子、转子、下机架、导轴承、止逆机构、冷却器等部分组成。整个主泵机组共有三个轴承，电机与主泵共用的双向推力-导轴承安装在电机与主泵中间的位置。定子两侧装有空气、水热交换器来冷却通风空气。定子绕组内装有12个Pt100铂热电阻监测温度。电机用导轴承安装在电机上机架内部的电机导轴承油箱中，由循环油进行润滑及冷却，止逆机构安装在电机的最上方。
1.2 半伞式结构
该电机的导轴承装在上机架内，飞轮位于下机架内，止逆机构位于电机顶部，双向推力轴承布置在电机下端轴伸部分，改变了常规同步转速1000r/min及以上立式电机均采用推力轴承布置在电机转子上端，即转子支点在上的悬式结构的规律和设计思路，提升了立式电机设计技术，开拓了高速立式电机新的设计领域。
1.3 飞轮
飞轮是该电机运行中关键部分，具有较大转动惯量，因此有必要对飞轮进行深入研究。飞轮在核电主泵电机的运行中能够为其提供安全保障，可以在电机运行中存储一定能量，当电机出现故障而断电时，能够将能量释放，保障电机的持续运转，从而减少因故障而造成的损失，为故障维修争取时间。飞轮设备在与电机轴连接时，需要使用飞轮内套。在电机运行过程中，飞轮与飞轮内套过盈配合方式为直筒式，并采取锥形方式使轴与飞轮内套进行过盈配合。当发生过盈配合时，要保证各部件之间具有较大摩擦力，从而为轴提供力，实现对飞轮的带动运转。但摩擦力需要保持适度，若摩擦力过大，当其中转子速度超出标准值时，会无法使飞轮成功脱落，最终造成飞轮损坏甚至破裂，给核电主泵电机运行带来危害，影响整个核电体系运行安全。
1.4 设计优化
在该电机设计中，对承压部件与轴承之间的距离进行了缩短设计，这种优化措施的应用能够有效提高运行安全水平；由于原电机设计中的气封与上轴承密封圈存在一定不足之处，使上轴承室存在雾化以及漏油问题，因此在该设计中也对其进行了优化，对雾化与漏油现象的避免有较好效果。
2 电机的重点制造工艺
2.1 定子铁心装压。（1）定子冲片材料为0.5mm厚50W270硅钢片，定子冲片冲制后涂刷F级水溶性半无机硅钢片漆。定子压板为不锈钢（0Cr18Ni9）结构，其平面在立车上加工。定子叠装方式为外装压，靠胎具定位，在立式油压机上进行叠片。（2）迭片为顺时针方向进行，叠装采用1/2叠装。第一段鐵心迭完，插入槽样棒，每张扇形片插二根，然后对第一段铁心仔细检查并整形，使用整形棒，使铁心槽形、段高符合要求。（3）第一段铁心合格后，方能进行下一段铁心的迭装，铁芯总长叠装1/2时预压一次。加压时压力要逐渐升高到规定值，并保压到规定的时间，然后降低压力到规定值，再次升压，从而实现反复加压的过程。在压紧过程中，一方面操纵油压机注意观察油压表的读数，总压力不要超过规定的压力值，一方面检查和调整铁心的各部尺寸，做自检记录，并在检查员的监督下检查铁心各段长度尺寸、总长度尺寸、铁心中心的偏心值及紧度情况，符合质量要求后，压紧铁心。（4）在压紧状态下将定位筋、盒形支柱、盖板等按要求焊接，焊后消除应力。
2.2 定子下线
定子下线在下线封闭间进行，定子铁心安放在滚轮架上。（1）首先要对线圈进行试下线，下线时应用双手将线圈按入槽中，不许用锤子直接敲打线圈，如线圈下入槽内无阻，线圈外保护带无破损，说明压型合格。若第一次压型后线圈下入槽内较紧，则应重新压型。试下线合格后方可开始正式的下线工作。（2）正式下线由两人在铁心两侧同时进行。边压型边下线，如果压型后的线圈下线有困难时，可在线圈上垫上聚酯薄膜，用下线打板轻轻敲打使之下入槽内。入槽后下层边线圈端部应紧靠端箍，按图纸和绝缘规范进行端部绑扎，绑扎要牢固，排列要整齐，边下线边绑扎。每下完一个线圈后，要立即打上槽楔，用楔下垫条撑紧。全部线圈下完以后，进行线圈组间的连接、焊接和绝缘包扎。（3）定子下线后在浸漆罐内进行VPI处理，并在侵漆前后各作一次绕组对地绝缘耐压试验。
2.3 热套转子铁心
首先，要将弧形键固定在主传动轴一侧，但并不对轴与弧形键进行焊接，而在二者之间使用专用胶以进行固定。第二步，利用加热炉加热转子，当其温度达到特定值时，对转子采取保温措施，保证其时长在4小时。当对转子进行加热与保温时，需要监测其铁心温度，通常使用热电偶设备进行监测。当加热与保温完成后，为确保后续热套过程中，铁心仍留有一定间隙，需要对其内孔尺寸进行测量，保证其尺寸符合热套标准。第三步，使用吊轴工具对转轴进行吊装，要注意始终保持其主传动侧面向上方。将轴与两侧轴线对齐，使转轴缓慢降落，当其位于配合面三分之一位置时，将其迅速落下，使转轴落至弧形键部件台阶位置。在进行热套操作时，要尽量保证操作时间在十分钟以内，并在热套完成后使转子完全冷却，要保证其为自然冷却方式，不能进行强制冷却，且在完全冷却前不能对转子进行翻身或放倒操作，以免影响转子热套质量。最后，当转子完全冷却后，可以对其他工具进行拆装并安装焊环键。
结束语
核电站建设具有较大难度，作为其建设的承压部件，主泵电机的设计合理性提升对整体核电站建设具有重要作用。在其主泵电机设计过程中，其设计环节复杂，操作繁琐，需要提高其设计精度，以顺利实现电机装配。根据对我国自主研发电机的探讨与研究，实现对电机中各关键技术环节的优化设计，能够为今后我国核电行业发展提供条件。
参考文献
[1]雷鹏兵.浅谈CPR1000核电站常规岛中低压管道安装[J].建筑知识，2017（11）.
[2]“华龙一号”国家重大工程标准化示范启动[J].电世界，2017（07）.
[3]刘新收.核电焊接接头裂尖力学特征及环境致裂裂纹扩展速率研究[J].中国标准化，2017（08）.