【摘要】反應(yīng)堆冷卻劑泵，又稱主泵，是核電站反應(yīng)堆的心臟，其流量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求能夠長期穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。本文以我國出口的300MW核電站所采用核主泵為例，介紹了核主泵在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的一些特點。

【關(guān)鍵詞】主泵設(shè)計；泵的聯(lián)軸；主泵的軸密封

1、主泵簡介

主泵用來輸送規(guī)定流量的反應(yīng)堆冷卻劑，使反應(yīng)堆冷卻劑在反應(yīng)堆、反應(yīng)堆冷卻劑泵、蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)堆冷卻劑管道所組成的密閉系統(tǒng)中循環(huán)，以便將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量傳遞給二回路介質(zhì)，是壓水堆核電廠核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中要求長期、連續(xù)運行的唯一轉(zhuǎn)動設(shè)備。

2、主泵的設(shè)計

主泵要求具有安全、高效、檢修方便等特點，其在設(shè)計上通過多種途徑滿足了這些要求，如：

·供油系統(tǒng)內(nèi)置于電機(jī)支座內(nèi)

·設(shè)有可移動的中間軸段，在不拆除主泵電機(jī)的條件下，方便維護(hù)和檢修軸密封

·與一回路的工作介質(zhì)相接觸的部件均由馬氏體不銹鋼鍛件制造而成，沒有任何焊縫

·所有泵的內(nèi)部組件都可以一次性吊出，方便維護(hù)、檢修和測試及在役檢查

·采用的三級動壓主軸密封均可互換，并帶有停車密封

·專門的水力設(shè)計，水力部件均是鍛造并數(shù)控加工而成

2.1主泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

恰?，敽穗娬?號機(jī)組所用的主泵為立式軸流泵，其主體結(jié)構(gòu)分為三大部分，由上至下分別為主泵電機(jī)，雙向推力軸承以及水力部件，另外還有設(shè)備承壓部件和一套復(fù)雜的輔助系統(tǒng)用于保障主泵各個系統(tǒng)的運行。

2.1.1電機(jī)-泵的聯(lián)軸

電機(jī)和泵之間采用柔性連接，其結(jié)構(gòu)為鼓型齒式聯(lián)軸器，主要部件為電機(jī)聯(lián)軸器、內(nèi)直齒套筒，緩沖環(huán)和上泵軸軸頭。電機(jī)聯(lián)軸器熱套在電機(jī)軸下端，其外圓面加工為外直齒，然后同內(nèi)直齒套筒上部嵌合；套筒的下部也通過直齒同上泵軸軸頭嵌合。內(nèi)直齒和外直齒之間存在一定的間隙，對泵軸和電機(jī)軸的中心線同心度有較大的寬容度，電機(jī)軸系的扭矩通過直齒傳遞至泵軸。采用這種柔性連接的方式，使得泵和電機(jī)的軸系可單獨進(jìn)行動平衡，一定程度上降低了軸系部件的加工精度以及裝配精度要求。同時，電機(jī)可獨立于泵進(jìn)行更換，方便了主泵機(jī)組在役期間的維修。

2.1.2雙向推力軸承

雙向推力軸承設(shè)計有兩套推力瓦塊，分別承受向上和向下的載荷，其特點是承載大，瓦溫較低，壽命長。在額定工況下，主推力瓦塊上的比壓高達(dá)近800kN，瓦溫仍然能控制在90℃左右。

2.2輔助系統(tǒng)

主泵機(jī)組是一臺大、復(fù)雜且精密運行的設(shè)備。同一般轉(zhuǎn)動機(jī)械相比，主泵有其自身的特點：

·反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)上無備用泵，電站正常運行中每臺主泵在一個換料周期內(nèi)必須長期穩(wěn)定地滿負(fù)荷運行

·主泵位于安全殼內(nèi)，電站運行期間泵房內(nèi)放射性高，維修人員無法接近主泵進(jìn)行維修工作

為了保障主泵的各主要部件、系統(tǒng)的安全運轉(zhuǎn)，并且對溫度、壓力、流量等進(jìn)行監(jiān)控，同時也要實現(xiàn)出現(xiàn)事故時的聯(lián)鎖保護(hù)功能，主泵還設(shè)計有一套輔助系統(tǒng)。

2.2.1注入水供應(yīng)及高低壓泄漏

注入水供應(yīng)系統(tǒng)為主泵的軸密封提供高壓、低溫的注入水（約2000L/h）。經(jīng)過濾系統(tǒng)將≥5μm的顆粒過濾后，注入水流經(jīng)旋液分離器和高壓冷卻器后進(jìn)入泵內(nèi)，在正常注入水供應(yīng)時，旋液分離器和高壓冷卻器并不體現(xiàn)其功能。進(jìn)入泵內(nèi)的注入水經(jīng)過分流，一部分用于冷卻三級軸密封系統(tǒng)（約1200L/h），并經(jīng)泄漏系統(tǒng)排出，另一部分用于冷卻下水導(dǎo)軸承（約800L/h）后匯入一回路冷卻劑系統(tǒng)，將反應(yīng)堆冷卻劑密封在承壓邊界內(nèi)。

高壓泄漏系統(tǒng)設(shè)置有溫度和流量監(jiān)測裝置，低壓泄漏系統(tǒng)設(shè)置有壓力和流量監(jiān)測裝置，其信號用于判定軸密封是否正常運行。

2.2.2應(yīng)急注入水供應(yīng)系統(tǒng)

當(dāng)正常注入水供應(yīng)系統(tǒng)失效，主泵仍然在運行中，應(yīng)急注入水供應(yīng)系統(tǒng)即刻啟動，該系統(tǒng)將通過一個電動截止閥從泵殼處引出一回路中的高溫（289.1℃）、高壓（15MPa）介質(zhì)作為注入水向軸密封系統(tǒng)供應(yīng)。應(yīng)急注入水將經(jīng)過旋液分離器進(jìn)行過濾，然后再由高壓冷卻器冷卻后注入軸密封系統(tǒng)中。輔助系統(tǒng)采用的高壓冷卻器能夠?qū)⒁换芈?90℃的高溫介質(zhì)在不到30s內(nèi)降溫至55℃以下，耐受極高的熱沖擊。

2.2.3停車密封系統(tǒng)

主泵在正常運行工況下，停車密封處于開啟狀態(tài)。當(dāng)主泵停止轉(zhuǎn)動時，零轉(zhuǎn)速信號通過聯(lián)鎖控制打開氮氣管路上的電磁閥，高壓氮氣將注入停車密封，將停車密封閉合，以防止高溫高壓的放射性反應(yīng)堆冷卻劑經(jīng)過軸密封向上泄漏到反應(yīng)堆廠房環(huán)境中。在下列三種工況下停車密封工作：

A一回路系統(tǒng)水壓試驗時；

B主泵停止運行時；

C事故工況時。

停車密封是主泵將一回路介質(zhì)同環(huán)境隔離的最后一道屏障，增加了主泵機(jī)組運行的可靠性。

2.2.4滑油供應(yīng)系統(tǒng)

滑油供應(yīng)系統(tǒng)由一臺頂油泵、兩臺回油泵、三個滑油冷卻器、油機(jī)械密封以及與油密封配套的油葉輪和油導(dǎo)葉共同組成。在啟動階段，需要頂油泵向推力瓦面上泵入高壓的潤滑油，使推力盤和推力瓦塊之間形成油膜，以確保主泵啟動階段完全處于潤滑狀態(tài)。

主泵啟動后，隨著轉(zhuǎn)速的升高，推力軸承的推力盤和推力瓦之間形成流體動壓油膜。此時頂油泵停止，油葉輪和油導(dǎo)葉將跟隨主泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，使整個油系統(tǒng)的潤滑油強(qiáng)制流動起來形成循環(huán)，再經(jīng)由滑油冷卻器換熱給設(shè)冷水。

封閉式油系統(tǒng)的潤滑油在循環(huán)中通過一套油機(jī)械密封進(jìn)行密封，經(jīng)由油密封動靜環(huán)密封面的少量泄漏被導(dǎo)入專門設(shè)計的蓄油槽，隨著主泵的運行，潤蓄油槽內(nèi)的油量不斷增加，當(dāng)油位上升至蓄油槽上安裝的油位開關(guān)位置時，液位開關(guān)被觸發(fā)，聯(lián)鎖的泄漏油泵自動啟動，將蓄油槽內(nèi)的潤滑油抽出，向上經(jīng)專門的管路供給鼓型齒聯(lián)軸器進(jìn)行潤滑，然后滴落回封閉式油系統(tǒng)內(nèi)。

這套油系統(tǒng)在主泵正常運行時無需人為干預(yù)，也不設(shè)置外部循環(huán)供油，安全可靠。也是該型主泵的特點之一。

結(jié)語：

經(jīng)過兩個機(jī)組的實際運行，證明我國出口巴基斯坦的300MW壓水堆核電站采用的該型核主泵設(shè)計先進(jìn)，性能可靠，維護(hù)便利。

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