孫立江

中國(guó)中原對(duì)外工程有限公司 北京 100044

主泵是核電站一回路中唯一旋轉(zhuǎn)的主設(shè)備，用于驅(qū)動(dòng)反應(yīng)堆冷卻劑流動(dòng)帶走堆芯熱量并通過(guò)蒸汽發(fā)生器傳遞給二回路，產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能。為了保障核電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)，主泵既需要在正常工況下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；又需要在不同的事故工況下可靠的實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)行要求。由此可見(jiàn)，主泵的可靠性直接關(guān)系到核電站的安全。

1 商用核電站主泵發(fā)展歷程

商用核電起步于1955年，主泵的起步早于商用核電，與軍用核電一同起步，主泵最早的時(shí)候由屏蔽式主泵開(kāi)始發(fā)展的并逐步向軸封式主泵過(guò)渡，目前世界上主泵主要是軸封式主泵，屏蔽式主泵應(yīng)用范圍略窄。

表1 世界主泵發(fā)展歷程

2 壓水堆核電站主泵泵型

當(dāng)前世界范圍內(nèi)幾種主要的幾種核電主泵泵型如下所示，每種主泵都有各自的技術(shù)特點(diǎn)，也代表一種技術(shù)流派。

3 當(dāng)前世界主泵供應(yīng)能力

國(guó)內(nèi)外核主泵市場(chǎng)主要是幾大國(guó)外制造商的角力場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)激烈，世界范圍內(nèi)的制造商主要有：美國(guó)EMD、法國(guó)JSPM、德國(guó)KSB、日本三菱、奧地利ANDRIZ、瑞士Sulzer、前蘇聯(lián)蘇梅廠/俄羅斯圣彼德堡機(jī)器制造中央設(shè)計(jì)局、比利時(shí)ACEC、美國(guó)Byron-Jackson、美國(guó)Bingham-sillamette limited、日本東芝等。

國(guó)內(nèi)的核主泵國(guó)產(chǎn)化起步于2000年以后，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商主要是的哈電動(dòng)裝（國(guó)有獨(dú)資）、上海電氣凱士比（合資）、東方法馬通（合資）、沈鼓（國(guó)有獨(dú)資），其中，上海電氣凱士比、東方法馬通機(jī)加能力有限，產(chǎn)能主要集中在組裝和試驗(yàn)階段；哈電動(dòng)裝有ANDRIZ、EMD的技術(shù)許可產(chǎn)能較為全面，沈鼓主要與哈電動(dòng)裝聯(lián)合生產(chǎn)AP/CAP系列水力部件。

國(guó)內(nèi)廠家主要為合資公司或者承接國(guó)外制造商技術(shù)許可進(jìn)行生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)核主泵產(chǎn)業(yè)目前處于加大研發(fā)投入階段，受?chē)?guó)內(nèi)核電項(xiàng)目審批放緩的影響，國(guó)內(nèi)幾大核主泵供應(yīng)商的前期大量產(chǎn)能及研發(fā)投入空轉(zhuǎn)，經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)增大。

還有一些企業(yè)，例如浙富水電在投入研發(fā)四代快堆液態(tài)金屬核主泵；例如上海鍋爐廠與佳電聯(lián)合布局高溫氣冷堆主氦風(fēng)機(jī)[1]。

4 三代核電某型主泵介紹

三代核電是當(dāng)今世界已開(kāi)發(fā)并建設(shè)的技術(shù)最先進(jìn)的一代核電，三代核電所用主泵也代表了最先進(jìn)的技術(shù)。以三代核電所用某型主泵為例介紹一下主泵結(jié)構(gòu)、技術(shù)等情況[2]。主泵主要由以下幾大部套構(gòu)成：水力部件、軸系、軸承、密封、泵殼泵蓋、輔助系統(tǒng)、電機(jī)支撐、電機(jī)等幾大部分組成，這幾大部套又可以細(xì)分為眾多的子部套。下邊對(duì)幾個(gè)重要部套分開(kāi)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

4.1 水力部件

該型主泵水力部件主要由以下幾種零件組成：水力部分的葉輪、導(dǎo)葉、葉輪罩；輔助部分的隔熱體、折流管、水導(dǎo)軸承、密封室等；水力部件是主泵的主要功能部件，是保障主泵性能的直接零部件，屬于核一級(jí)、質(zhì)保一級(jí)零部件。

4.2 軸系

主泵軸系主要由以下幾大部件組成：泵部分的泵軸、聯(lián)軸器、可拆軸；電機(jī)部分的電機(jī)轉(zhuǎn)子；三代核電站60年壽期需要主泵穩(wěn)定運(yùn)行并且對(duì)振動(dòng)要求比較高，泵電機(jī)轉(zhuǎn)子與泵軸是剛性連接。泵軸零部件精度、動(dòng)平衡都有著嚴(yán)格的要求。泵軸跳動(dòng)檢查/動(dòng)平衡執(zhí)行ISO1940G1.6要求，整個(gè)泵軸動(dòng)平衡前，需要對(duì)葉輪、上下半聯(lián)軸器、中間軸進(jìn)行單體動(dòng)平衡。保證了主泵工頻的振動(dòng)分量的達(dá)標(biāo)[3]。

4.3 推力軸承

推力/徑向軸承為主泵的核心部件，也是各種型號(hào)主泵的核心部件。推力軸承是承擔(dān)主泵轉(zhuǎn)子軸向載荷的，低壓工況承擔(dān)轉(zhuǎn)子自重，高壓工況承擔(dān)葉輪的水推力。主泵正常運(yùn)行時(shí)，頂油泵會(huì)為推力軸瓦提供頂軸油，保證摩擦副的正常潤(rùn)滑。主泵危機(jī)工況時(shí)（特別是斷電工況），在喪失頂軸油后，主泵需要惰轉(zhuǎn)一定的時(shí)間排走堆芯余熱，這是對(duì)推力軸承真正的極限考驗(yàn)，這時(shí)軸瓦處于邊界摩擦、干摩擦階段；要保證主泵惰轉(zhuǎn)停機(jī)后能夠正常再次啟機(jī)。

4.4 機(jī)械密封

主泵關(guān)鍵部件-三級(jí)動(dòng)壓密封，動(dòng)壓密封式軸封型主泵的設(shè)計(jì)核心理念。該密封通過(guò)密封環(huán)面的波形強(qiáng)制注入水向承壓邊界外流動(dòng)泄露通過(guò)可控的微小泄露來(lái)保持承壓邊界的完整性。動(dòng)壓密封是損耗件，需要定期更換。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今，從世界范圍看，幾大實(shí)力雄厚的NSSS成套設(shè)備供應(yīng)商、主泵制造商在主泵產(chǎn)品上都是以主泵總機(jī)廠來(lái)給自己定位的，掌握主泵總體設(shè)計(jì)與主要零部件的設(shè)計(jì)制造，集中精力去掌握主泵總體的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研發(fā)。每種技術(shù)流派主泵都不是一簇而就突然出現(xiàn)的，都是小步慢跑、逐步優(yōu)化改進(jìn)的。在核電技術(shù)的逐步發(fā)展下，對(duì)主泵的要求越來(lái)越高，主泵的設(shè)計(jì)思路也逐漸趨向一致，但仍有各自的技術(shù)特點(diǎn)，在我國(guó)核電大發(fā)展的形勢(shì)推動(dòng)下，我國(guó)主泵從引進(jìn)到自主發(fā)展也將走出自己的特色。