浅谈华龙一号主泵

浅谈华龙一号主泵摘要：随着我国经济的迅速发展及核电技术实力的不断提升，华龙一号得衍生，成为了我国核电发展的重要标志，推动了我国核电行业的国际化发展，我国对外的一张亮眼的名片。主泵是核电一回路的心脏，是华龙一号系统中唯一台核1级泵，其重要性不言而喻。本文重点针对华龙一号主泵展开研究，深分析主泵技术的发展。关键词：前言：华龙一号是我国三代核电的重要堆型，其能投入到国家中批量建设与使用，能有效地将我国从核电大国转变为核电强国，使我国的核电能力与综合实力都得以迅速提升。华龙一号反应堆系统所，采用“177堆芯”技术和“能动+非能动”设计，提升了反应堆功率及安全性，同时使用双层安全壳采进一步提升系统安全性。主泵作为华龙一号一回路系统中唯一的转动设备，其稳定性对于整体系统的安全性也非常重要，一旦主泵出现了问题，会严重影响到反应堆冷却效果，也势必会严重影响到核电安全与生产。因此，相关的政府与核电部门都深入探究华龙一号主泵设计，明确系统运用方式，让华龙一号主泵能够高效稳定运行，为我国核电经济发展提供有力支持。1华龙一号主泵概述核电主泵主要分为轴封式主泵和屏蔽式主泵，华龙一号主泵采用的是轴封式主泵。对于华龙一号机组来说，主泵是一回路最关键的主设备之一，是核岛内唯一的转动设备，是核电的心脏。华龙一号机组中，一个堆芯有三条环路，在每条环路有一台主泵，所以一台机组共有3台主泵，用于驱动一回路冷却剂的循环流动，实现连续不断地把堆芯中产生的热传递给蒸汽发生器二次侧。主泵在系统配置上未设置冗余，所以对其运行的可靠性、稳定性要求极高，一旦主泵运行发生故障，将直接导致停堆，甚至可能造成核安全事故等严重后果。在主泵制造方面，因为主泵属于一回路的压力边界，所以其安全等级为核1质保等级为QA1级。主泵结构复杂、技术要求高、制造难度大，主泵制造代表着当代泵类产品设计制造的最高水平。2华龙一号主泵系统工作分析2.1总体结构华龙一号主泵是单级单吸的混流式泵，总高9m，重120t，扬程为90.8m，流量为24680m³/h，电机功率为7883K，采用三轴承结构，设置三级串联机械密封每级密封均可单独承受一回路系统压力。电机为鼠笼型感应异步电动机，安装在上电机支座上，上电机支座中设置双推力轴承分别承受充水停泵前电机轴等的重量及正常运行工况下系统的压力。主泵电机下部设置飞轮，使主泵在失电工况下仍能保持一定的惰转时间，带走堆芯热量防止堆芯熔融。2.2承压边界对于主泵来说，其承压边界主要由泵壳、泵盖、密封室、密封盖、主螺栓、主螺母构成。其中泵壳是主泵中最大泵部件，也最大的锻件，一台泵壳约重32t。主泵泵壳为满足核电厂一回路高温、高压的运行工况，采用SA-508MGr.3Cl.1合金进行锻造，同时为了保证与冷却剂接触时的耐辐照、耐腐蚀性，在泵壳内进行堆焊308L及309L不锈钢，在与主管道和蒸发器接管部分进行组焊安全端保证焊接可靠性。泵壳制造过程中，需进行拉伸、冲击等试验验证材料的性能泵壳制造完成后还需进行25.8Mpa的水压试验，使该项承压边界符合国家的规要求，保障核电一回路系统安全。2.2水力部件主泵水力部件主要包括泵壳、叶轮、叶轮螺母、导叶、叶轮罩。主泵叶轮过电机轴的带动进行高速旋转给冷却剂传递能量增加冷却剂的动能，而导叶则以将冷却剂的动能转化为势能，叶轮及导叶均直接接触高温、高压、高辐射强的冷却剂，对抗疲劳及耐腐蚀均有较高要求。华龙一号主泵采购5叶片叶轮，叶采用14叶片形式，均采用奥氏体不锈钢锻造而成。水力部件的安装是保障主泵稳定运行的重要前提，一旦这些部件出现受热的问题，就会影响到一回路系的正常工作，非常不利于核电厂工作的安全开展。相关的设计人员要将水力部中原有叶轮设计为横向转轮的方式，避免叶轮温度高影响工作效果，使其能与泵抽始终保持在相同的轴上，避免其受温差影响产生安全问题。同时通过控制与轴向转轮之间的距离，使其能起到及时扭转错误方向轴向的问题，并采用缩螺栓的设计形式，提高其对于叶轮的轴向吸收力。此外，设计人员还需在导叶安装隔热体，从根源上消除温度影响下泵水力系统运行的问题，提高对水力部冷却效果的保证，使其能被安全地运用到主泵中，保障主泵的高效运转。2.3轴承系统轴承系统由一个双向推力轴承和两个径向轴承组成。双向推力轴承主要靠油进行润滑与冷却，主要承受来自一回路系统压力、水力部件以及转子部件的重量所产生的轴向力、叶轮工作时产生的推力。产生的轴向力通过泵轴作用推力盘上并最终传递到主推力瓦或副推力瓦上，如果主回路压力较低由副推力瓦承受载荷，如果主回路压力较高则由主推力瓦承受载荷。主泵在启停机前，必须先打开上电机支座上的顶轴油泵，使其在主推力瓦与推力盘之间供油并形成油膜，以避干磨造成推力瓦磨损。两个径向轴承分别是位于电机止逆机构下方的上径向轴和位于叶轮附件的下导轴承。上径向轴承采用油润滑，可以防止电机轴的径向动，下导轴承采用水润滑，可以防止泵轴的径向跳动。三个轴承均有着各自不的作用，组成的轴承系统共同保证主泵正常转动。2.4密封系统在设计主泵中的密封系统的时候，设计人员要按照主泵对密封的等级要求设计出三个相同的流体动压机械密封系统，让主泵内高温介质传输的过程中，经过三个相同的密封系统，逐步得到显著的密封，不断降低密封后系统内部的力，当主泵停止工作的时候，这些系统都能真正承受全部的系统压力，从根据防止润滑油出现泄漏问题。并通过运用球形密封面的方式，使其能提高对整个泵系统主回路的密封效果，保障主泵密封要求能真正达到核电对其要求，这样电主泵的工作安全性才能得到进一步保障。2.5注入水系统在核电厂每个主泵都需供应一定的注入水，使其能起到补偿主泵系统内泄及冷却轴承的作用，是保障主泵安全运行的重要系统。如若该系统出现了问题容易让主泵出现低压泄漏或是高温安全事故等问题，将会导致核电厂产生严重经济损失，也会影响到其内部工作人员的生命安全，这就失去了对主泵安全运的意义。作为设计人员要做好对注入水系统的密封设计，保障内部注入水的安流入或是流出，并在每个主泵的旁边设计安装紧急的注入水系统，保障原有系失效时，能启动紧急系统。再次开展注入水的工作，通过运用旋液分离器，过注入水，保障主回路的水在经注入水系统时，达到过滤的最佳效果，使注入水统，能高效发挥其在主泵中的运用价值。2.6润滑油系统从主泵工作的情况可见，在核电厂每台主泵都有专属的润滑油供应系统，安装这一系统的时候，安装人员要先安装储油室，保障其在电机支座的稳定性再到主泵的转子上，安装系统运行的油泵设备与顶油系统等等，使润滑油能在挥出润滑作用后及时流回到泵油设备之中。而且设计人员需要开展对储油室的形密封，让油泵设备能有效地循环内部的润滑油，将其输送到主泵系统所需润的各处，得到冷却后再次回到储油室，强化对主泵系统运行效果的保证。同时设计人员要设计出滑油出管口和溢油槽，让其将溢出的润滑油都收集起来，避其流入不合理的位置威胁主泵正常运行，切实提高主泵运行的效率和效果。结束语：总而言之，华龙一号的主泵系统十分复杂，但是其安全性、经济性与生产效率都较高，满足核电运行要求，体现了我国核电设计、生产制造的超高水平。虽然目前主泵各部件国产化率较高，但仍未达到100%的要求，后续应加大科研投入攻