劉繼東

摘 要：承壓部件是設(shè)備中對設(shè)備運(yùn)行起到支撐作用的主要部件，對核電設(shè)施來說，主泵電機(jī)就是其承壓部件。我國核電研發(fā)技術(shù)水平不斷提升，要求使用自主研發(fā)核電主泵電機(jī)。主泵電機(jī)的生產(chǎn)制造具有較大難度，我國首臺自主研制且具有知識產(chǎn)權(quán)的主泵電機(jī)如今已經(jīng)在全國多個(gè)核電站中得到廣泛應(yīng)用。本文針對國產(chǎn)核電主泵電機(jī)進(jìn)行探討，分析其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對其制造方式進(jìn)行探討，為相關(guān)工作人員提供參考，促進(jìn)核電事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：核電站；主泵電機(jī)；制造工藝

核電主泵電機(jī)是核電站中實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆冷卻的關(guān)鍵設(shè)施，通過冷卻劑實(shí)行泵循環(huán)，在核電站運(yùn)行中被視為“心臟”，因此也可以稱其為核電站承壓部件。應(yīng)用主泵電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備中冷卻劑的循環(huán)，從而將反應(yīng)堆運(yùn)行過程中產(chǎn)生的大量熱量向二回路介質(zhì)進(jìn)行傳遞。由于主泵電機(jī)功率較大，且屬于具有特殊形態(tài)的電動機(jī)，因此當(dāng)其處于無人監(jiān)督狀態(tài)時(shí)，如何保證其運(yùn)行的連續(xù)與安全穩(wěn)定成為制造難點(diǎn)。在核電工程建設(shè)中實(shí)現(xiàn)主泵電機(jī)的自主開發(fā)能夠有效提高我國裝備制造業(yè)發(fā)展水平，擺脫國外在主泵電機(jī)上對我國的影響與限制，對我國核電發(fā)展能力提升有著重要意義。

1 主泵電機(jī)設(shè)計(jì)方式

通過對我國首臺自主研發(fā)核電主泵電機(jī)設(shè)計(jì)方案的研究，對主泵電機(jī)進(jìn)行分析，為主泵電機(jī)設(shè)計(jì)水平提升提供參考。

1.1 電機(jī)概述

該電動機(jī)是三相鼠籠感應(yīng)立式電動機(jī)，主要由上機(jī)架、定子、轉(zhuǎn)子、下機(jī)架、導(dǎo)軸承、止逆機(jī)構(gòu)、冷卻器等部分組成。整個(gè)主泵機(jī)組共有三個(gè)軸承，電機(jī)與主泵共用的雙向推力-導(dǎo)軸承安裝在電機(jī)與主泵中間的位置。定子兩側(cè)裝有空氣、水熱交換器來冷卻通風(fēng)空氣。定子繞組內(nèi)裝有12個(gè)Pt100鉑熱電阻監(jiān)測溫度。電機(jī)用導(dǎo)軸承安裝在電機(jī)上機(jī)架內(nèi)部的電機(jī)導(dǎo)軸承油箱中，由循環(huán)油進(jìn)行潤滑及冷卻，止逆機(jī)構(gòu)安裝在電機(jī)的最上方。

1.2 半傘式結(jié)構(gòu)

該電機(jī)的導(dǎo)軸承裝在上機(jī)架內(nèi)，飛輪位于下機(jī)架內(nèi)，止逆機(jī)構(gòu)位于電機(jī)頂部，雙向推力軸承布置在電機(jī)下端軸伸部分，改變了常規(guī)同步轉(zhuǎn)速1000r/min及以上立式電機(jī)均采用推力軸承布置在電機(jī)轉(zhuǎn)子上端，即轉(zhuǎn)子支點(diǎn)在上的懸式結(jié)構(gòu)的規(guī)律和設(shè)計(jì)思路，提升了立式電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，開拓了高速立式電機(jī)新的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

1.3 飛輪

飛輪是該電機(jī)運(yùn)行中關(guān)鍵部分，具有較大轉(zhuǎn)動慣量，因此有必要對飛輪進(jìn)行深入研究。飛輪在核電主泵電機(jī)的運(yùn)行中能夠?yàn)槠涮峁┌踩Ｕ?，可以在電機(jī)運(yùn)行中存儲一定能量，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障而斷電時(shí)，能夠?qū)⒛芰酷尫牛Ｕ想姍C(jī)的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而減少因故障而造成的損失，為故障維修爭取時(shí)間。飛輪設(shè)備在與電機(jī)軸連接時(shí)，需要使用飛輪內(nèi)套。在電機(jī)運(yùn)行過程中，飛輪與飛輪內(nèi)套過盈配合方式為直筒式，并采取錐形方式使軸與飛輪內(nèi)套進(jìn)行過盈配合。當(dāng)發(fā)生過盈配合時(shí)，要保證各部件之間具有較大摩擦力，從而為軸提供力，實(shí)現(xiàn)對飛輪的帶動運(yùn)轉(zhuǎn)。但摩擦力需要保持適度，若摩擦力過大，當(dāng)其中轉(zhuǎn)子速度超出標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，會無法使飛輪成功脫落，最終造成飛輪損壞甚至破裂，給核電主泵電機(jī)運(yùn)行帶來危害，影響整個(gè)核電體系運(yùn)行安全。

1.4 設(shè)計(jì)優(yōu)化

在該電機(jī)設(shè)計(jì)中，對承壓部件與軸承之間的距離進(jìn)行了縮短設(shè)計(jì)，這種優(yōu)化措施的應(yīng)用能夠有效提高運(yùn)行安全水平；由于原電機(jī)設(shè)計(jì)中的氣封與上軸承密封圈存在一定不足之處，使上軸承室存在霧化以及漏油問題，因此在該設(shè)計(jì)中也對其進(jìn)行了優(yōu)化，對霧化與漏油現(xiàn)象的避免有較好效果。

2 電機(jī)的重點(diǎn)制造工藝

2.1 定子鐵心裝壓。（1）定子沖片材料為0.5mm厚50W270硅鋼片，定子沖片沖制后涂刷F級水溶性半無機(jī)硅鋼片漆。定子壓板為不銹鋼（0Cr18Ni9）結(jié)構(gòu)，其平面在立車上加工。定子疊裝方式為外裝壓，靠胎具定位，在立式油壓機(jī)上進(jìn)行疊片。（2）迭片為順時(shí)針方向進(jìn)行，疊裝采用1/2疊裝。第一段鐵心迭完，插入槽樣棒，每張扇形片插二根，然后對第一段鐵心仔細(xì)檢查并整形，使用整形棒，使鐵心槽形、段高符合要求。（3）第一段鐵心合格后，方能進(jìn)行下一段鐵心的迭裝，鐵芯總長疊裝1/2時(shí)預(yù)壓一次。加壓時(shí)壓力要逐漸升高到規(guī)定值，并保壓到規(guī)定的時(shí)間，然后降低壓力到規(guī)定值，再次升壓，從而實(shí)現(xiàn)反復(fù)加壓的過程。在壓緊過程中，一方面操縱油壓機(jī)注意觀察油壓表的讀數(shù)，總壓力不要超過規(guī)定的壓力值，一方面檢查和調(diào)整鐵心的各部尺寸，做自檢記錄，并在檢查員的監(jiān)督下檢查鐵心各段長度尺寸、總長度尺寸、鐵心中心的偏心值及緊度情況，符合質(zhì)量要求后，壓緊鐵心。（4）在壓緊狀態(tài)下將定位筋、盒形支柱、蓋板等按要求焊接，焊后消除應(yīng)力。

2.2 定子下線

定子下線在下線封閉間進(jìn)行，定子鐵心安放在滾輪架上。（1）首先要對線圈進(jìn)行試下線，下線時(shí)應(yīng)用雙手將線圈按入槽中，不許用錘子直接敲打線圈，如線圈下入槽內(nèi)無阻，線圈外保護(hù)帶無破損，說明壓型合格。若第一次壓型后線圈下入槽內(nèi)較緊，則應(yīng)重新壓型。試下線合格后方可開始正式的下線工作。（2）正式下線由兩人在鐵心兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行。邊壓型邊下線，如果壓型后的線圈下線有困難時(shí)，可在線圈上墊上聚酯薄膜，用下線打板輕輕敲打使之下入槽內(nèi)。入槽后下層邊線圈端部應(yīng)緊靠端箍，按圖紙和絕緣規(guī)范進(jìn)行端部綁扎，綁扎要牢固，排列要整齊，邊下線邊綁扎。每下完一個(gè)線圈后，要立即打上槽楔，用楔下墊條撐緊。全部線圈下完以后，進(jìn)行線圈組間的連接、焊接和絕緣包扎。（3）定子下線后在浸漆罐內(nèi)進(jìn)行VPI處理，并在侵漆前后各作一次繞組對地絕緣耐壓試驗(yàn)。

2.3 熱套轉(zhuǎn)子鐵心

首先，要將弧形鍵固定在主傳動軸一側(cè)，但并不對軸與弧形鍵進(jìn)行焊接，而在二者之間使用專用膠以進(jìn)行固定。第二步，利用加熱爐加熱轉(zhuǎn)子，當(dāng)其溫度達(dá)到特定值時(shí)，對轉(zhuǎn)子采取保溫措施，保證其時(shí)長在4小時(shí)。當(dāng)對轉(zhuǎn)子進(jìn)行加熱與保溫時(shí)，需要監(jiān)測其鐵心溫度，通常使用熱電偶設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)加熱與保溫完成后，為確保后續(xù)熱套過程中，鐵心仍留有一定間隙，需要對其內(nèi)孔尺寸進(jìn)行測量，保證其尺寸符合熱套標(biāo)準(zhǔn)。第三步，使用吊軸工具對轉(zhuǎn)軸進(jìn)行吊裝，要注意始終保持其主傳動側(cè)面向上方。將軸與兩側(cè)軸線對齊，使轉(zhuǎn)軸緩慢降落，當(dāng)其位于配合面三分之一位置時(shí)，將其迅速落下，使轉(zhuǎn)軸落至弧形鍵部件臺階位置。在進(jìn)行熱套操作時(shí)，要盡量保證操作時(shí)間在十分鐘以內(nèi)，并在熱套完成后使轉(zhuǎn)子完全冷卻，要保證其為自然冷卻方式，不能進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，且在完全冷卻前不能對轉(zhuǎn)子進(jìn)行翻身或放倒操作，以免影響轉(zhuǎn)子熱套質(zhì)量。最后，當(dāng)轉(zhuǎn)子完全冷卻后，可以對其他工具進(jìn)行拆裝并安裝焊環(huán)鍵。

結(jié)束語

核電站建設(shè)具有較大難度，作為其建設(shè)的承壓部件，主泵電機(jī)的設(shè)計(jì)合理性提升對整體核電站建設(shè)具有重要作用。在其主泵電機(jī)設(shè)計(jì)過程中，其設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)復(fù)雜，操作繁瑣，需要提高其設(shè)計(jì)精度，以順利實(shí)現(xiàn)電機(jī)裝配。根據(jù)對我國自主研發(fā)電機(jī)的探討與研究，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)中各關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?yàn)榻窈笪覈穗娦袠I(yè)發(fā)展提供條件。

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