下面分别 作以介绍。 3.1 第一代早期试验堆时期的屏蔽电机泵 屏蔽泵的历史距今已有100 多年,最初主要是应用于军用 舰艇压水堆和民用船舶上,在商用核电 站中首次应用是20 世纪50 年代的希平港核电站嗨3。核主泵在压水堆军堆和压水堆商用堆问世之初,即 得到了极大地重视。作为输送高温、高压、带放射性的介质的核主泵,美国西屋电气公司的电气机械 分部(E 如)是当时唯一的商用堆屏蔽电机主泵供应方。 屏蔽泵是一种无轴封泵,由屏蔽电动机和泵体组成。主要由泵体、叶轮、定子、转子、前后轴承 及推力盘等零部件组成,定子、转子之间用非磁性薄壁材料制成的屏蔽套隔开。转子由前后轴承支承 在输送介质中。由于没有动密,因此,在正常情况下绝对不会产生任何泄漏,但早期屏蔽泵主要存在 以下问题: 屏蔽泵效率低,一般泵组效率只有50%至70%,对于大容量核电机组来说,显然经济性不够; 屏蔽泵大部分零部件用耐腐蚀材料制造,造价昂贵,难度较高:屏蔽泵若装设飞轮,液体的阻力将使 泵机组效率降低到不可接受的程度,故此,屏蔽泵转动惯量通常很小。为保障反应堆安全,采用屏蔽 泵的核电厂必须对主泵供电的可靠性作更严格的要求:屏蔽泵维修不方便。屏蔽泵一般应用于容量较 小的核动力装置。 3.2 第二代商用堆时期的轴封式泵 随着对核电厂安全性与经济性要求的提高,并为适应大容量机组的要求,轴密封泵技术已日趋成 熟。自1965 年第一次将轴密封泵作为PWR 核电厂主泵使用以来,已经迅速取代了屏蔽泵的地位悔 1955~1965年,压水堆机组容量为200~300Mw 等级,随着机组容量的扩充,主泵功率也在提 展过渡的重要原因;1965~1970年,压水堆机组容量为400~650MW 等级,为试验堆向商用 堆发展的 过渡阶段,此时主泵功率约为4000kW,由于众多专业泵供应商(如德国KSB 公司)的加 入,轴封式主 泵得到了充分的发展和完善;1970~1980 压水堆机组容量为900~1000 删等级,反 应堆冷却剂系统有 了三环路的标准设计,单个环路功率为300~350MW,主泵的各项性能参数也得到 了一定程度的标准化 处理,轴封式主泵技术完全成熟。1980 年之后,开发了四环路的标准设计,核电 机组功率达到了1300~ 1500MW。 典型的轴封式主泵为空气冷却、立式、电动、单级离心泵,带有可控泄漏轴封装置。为防止高温、 高压、带放射性的冷却剂泄漏,设置了特殊的轴封装置和热屏。轴封装置采用 142014.10 中国青岛 2014 年核电站新技术交流研讨会 轴封泵总体结构可分为3部分:水力机械部分,包括泵体、热屏、轴承和轴封水注入接口; 轴封系统,轴封系统提供从反应堆冷却剂压力到环境条件的压降;电机部分,包括电机下部轴承、 电机主体、止推轴承、上部轴承和惰转飞轮。图l 是典型轴封式主泵的简图。 它具有以下优点: 采用常规的鼠笼式感应电机,成本降低,效率提高。轴密封泵的效率一般比 屏蔽泵高10%至30 %;电机部分装设一只很重的飞轮,从而大大提高了机组的惰转性能,提高了发生全厂断电事故时堆 芯的安全性;轴密封技术可以同样严格控制泄漏量,把安全壳的泄漏量控制在 200cm3/h 左右;维修 典型轴封式主泵3.3 第三代先进堆主泵 (1)APl000 屏蔽电机主 该屏蔽泵的主要承压部件包括泵壳、热屏、电动机的外壳及其上下封盖等,而泵机组的所有转动部件和电动机均包容在该承压容器内。每台蒸汽发生器下封头的两个出口管嘴上各自直接焊有一台立 式屏蔽电动机泵,其中泵机组的水力部件在上部,电动机部件在下部。与传统的压水堆轴密封泵相比, APl000 无轴封密封式屏蔽电机泵的整个转子被包容在反应堆冷却剂的压力边界内,泵机组不存在泵壳 与电动机之间转动轴的高压密封结构,从根本上消除了泵壳内的高压反应堆冷却剂通过动密封结构向 安全壳泄露的可能性。泵壳、热屏与电动机壳体法兰之间有两道静密封,即填料式的静密封和“Q” 型焊接密封,为主泵提供最终的密封保护。 15 2014.10 中国青岛 2014 年核电站新技术交流研讨会 APlooO 屏蔽电机主泵主要是由泵的水力部件和电动机两大部件组成。其中,水力部件包括泵壳、 泵壳、叶轮、导叶等。APl000 水力水力设计的原形泵是成熟的93 型轴密封泵。E 佃的水力性能调 APlooO屏蔽电机主泵结构示意 1)轴承 主泵装有三副水润滑轴承,即两副径向导轴承和一副双向推力轴承。这三副轴承均装在 电动机的 壳体内,见图 2。轴承由转子腔内循环的低温冷却剂润滑和冷却。在主泵的启动过程中和正常运行时, 轴承水温度保持在80以下,以保证轴承的寿命。 主泵的三副轴承均采用石墨一硬质合金摩擦副。镜板和轴套的材料为不锈钢,其表面等离子喷焊 了硬质合金。推力瓦和轴承瓦为碳一石墨瓦。径向导轴承由若干个瓦块组成,每个瓦块可以有限活动, 是刚性可调间隙的中心点支撑可倾瓦,允许转子反转。推力轴承位于电动机的下部。轴承的推力盘和 下部飞轮组合在一起。推力轴承为典型的动压滑动轴承,采用平衡梁、中心支撑扇瓦结构,两瓦之间 有压力进水管。主泵运行时可自动调整各瓦块的高度和受力,这有利于提高轴承的承载能力。 2)屏蔽套 为将电动机的定子绕组和转子与反应堆冷却剂隔离开,分别设置了定子屏蔽套和转 子屏蔽套。 APl000 屏蔽式主泵的屏蔽套材料为耐腐蚀、非磁性金属 Hastelloy C276 合金。屏蔽套的加工工艺 整个屏蔽泵制造水平的标志,常用的加工方法有机械加工、拉制成型、氩弧焊和薄板滚焊等。AP1000 屏蔽式主泵采用 肋公司的一套专利技术,包括精密裁剪、精密滚压成型、自动埋弧焊接工艺、射线 及液体渗透探伤、1.5 倍设计压力水压试验以及氮气检漏等。 16 2014.10 中国青岛 2014 年核电站新技术交流研讨会 3)飞轮 APl000 屏蔽电动机泵由于飞轮和电动机转子一起包容在RcS 的承压部件内,使其径向尺寸受到 动机的下部,其两个端面还作为主泵推力轴承的推力盘。APl000主轴飞轮材料为钨合金,采 的质量块。12个扇形钨合金质量块用热套装的预应力方法,被外套环固定在不锈钢内轮毂 上。质量块 的离心力完全由外套环承受。质量块的外部包有屏蔽保护套。高应力的外套环和钨合金 的质量块不直 接与反应堆冷却剂接触,封闭在有飞轮的内轮毂、两个端面板和屏蔽保护套组成的腔 体内,避免了产 生应力腐蚀的可能性。组转完成的飞轮整体固定在屏蔽电动机泵的轴套上。 4)定子和转子的冷却设备 屏蔽电动机泵的特点是效率低、耗损大。大部分损耗是屏蔽套造成的损耗和转子在冷却剂中的水 摩擦损耗。由于损耗大,发电机的发热量也大。定子屏蔽套使定子腔成为一个封闭区域,造成定子腔 散热困难,尤其是绕组两端空腔内仅由稳定梯度散热,成为稳定场中的热点。因此APl000 屏蔽电 级绝缘。另一方面谁利用有效的冷却和隔热措施。利如在低温的电动机在下, 高温的壳体在上,防止了高温水与低温水通过迷宫密封的自然对流,而且两者之间由热屏部件 隔热等。 5)监测仪表 屏蔽电动机泵取消了常规轴密封泵的轴密封水系统、润滑油系统、顶轴油系统等支 持系统,因此 大大简化了主泵仪表监测和控制方面的接口要求。APl000 屏蔽电动机泵的主要监测仪表有 报警及分析仪表的输出:4个电阻温度探测器,监测电动机内循环冷却水的温度以提供轴承和 电动 机异常运行的信息,也在较长时间失去设备冷却水的条件下为自动停堆和自动停泵提供信号: 在国家核电、西屋电气公司和柯蒂斯怀特E肋公司三方的共同努力下,世界首台第三代核电 APlooO 屏蔽电机主泵,于2012 16日在咖成功完成全部台架试验,并于 24日完成出厂 验收,为中国第三代核电自主化依托项目浙江三门核电站一期工程和山东海阳核电站一期工程供应主 泵。首台APl000 屏蔽电机主泵的成功研制,为上述项目顺利建设提供了保障,该APl000 屏蔽电机 泵取消了常规轴密封系统,简化了主泵仪控系统,消除了冷却剂泄漏隐患,提高了安全性和运行可靠 (2)APl000湿定子电机泵 湿定子泵是由屏蔽泵派生出来的一种类型的泵,与屏蔽泵合称无填 料泵。目前湿定子泵主要应用 在沸水堆核电站中,已经积累了上千堆年的运行经验。实际运行经验表明,湿定子泵的一次检修寿命 长、效率高。其特点如下:与屏蔽泵相比,湿定子泵在结构上没有采用屏蔽套,定子绕组直接浸泡于 介质中,避免了屏蔽套引起的涡流损失。由于没有屏蔽套,内部磁损较少,提高了机组的可靠性,泵 组效率提高了约8 到10 个百分点;且锻造的电机壳与锻造的泵壳一起构成压力边界的一部分;介 飞轮结构。目前,湿定子泵的代表厂家为德国 KSB 公司。