AP1000三代核电反应堆冷却剂泵屏蔽电机的技术特点

柴文虎

摘 要：目前核电技术发展在全世界范围内得到了很大的进展，现在已经和火力发电和水力发电并称为三大能源了。在这个背景下，为了提高我国能源技术的发展水平，全面引进了AP1000，并且已经在不少核电站得到了应用。这种AP1000属于第三代压水反应堆，在设计中，重视成熟部件的应用，这样才能不断提高整个设备的可靠性，其维护起来也较为简单便利。其中主泵部位是屏蔽式电动泵，是其中非常重要的一个结构，本文针对此部位的设计特点进行了简要分析。

关键词：核电站用泵；第三代压水堆；屏蔽式电动主泵；技术特点

本反应堆冷却剂系统是借鉴了国外的先进技术设计而成的，其设计理念包括两个并联环路，每个环路上都包括两个冷段主管道、一个蒸汽发生器以及一条热段主管道构成，并且还有两台主泵，其以并联的方式存在，在热管段也有一台稳压器。该蒸汽发生器是呈倒U状的。

1 该屏蔽电机的优势

APl000反应堆冷却剂泵（以下简称主泵）是一种单级、单吸、无轴封、高转动陨量、立式离心屏蔽电泵，用于输送高温、高压反应堆冷却剂。泵由泵壳、叶轮和导叶组成，泵吸入口竖直向下，吸入管直接与蒸发器下封头焊接；排出口为水平切线方向.吐出管与系统主管道焊接。图1为主泵结构示意图。APl000主泵由泵和屏蔽电机两部分组成.电机置于泉下部。泵的叶轮直接装于电机转子轴仲端，即与电机同轴。泵壳与电机壳体采用特殊的机械密封结构用主螺栓连接组成一密封的整体.构成反应堆冷却剂压力边界，整个机组没有外露的旋转都分。为使电机推力轴承承受一个适当的载荷。叶轮在设计时进行特殊考虑，使其在运行时产生一个向上的轴向力以平衡转子自重。

该屏蔽电机优势是非常明显的，其结构紧凑，并且在运行过程中不会产生泄露，所以具有较高的安全性，设备的结构情况见图2。虽然这种设备具有较高的成本，但是该设备在运行过程中比较稳定可靠，不需要进行太多的维护工作，所以综合看来效益还是比较可观的，现在不仅在核电站有所应用，很多核动力潜艇也开始应用这种屏蔽电机。这种AP1000屏蔽电机在保留了自身的优势同时，也进行了一些改进，弥补了其中的一些缺陷。

（1）屏蔽电机的主泵旋转轴本身结构较为简单，没有向外延伸的部分，所以在液体输送的过程中不会泄露，在这种情况下，即便是轴密封系统失灵，或者出现突发的断电情况，其也不会泄露冷却剂，整个核电站也因此运行更为高校。

（2）该系统中，省略了轴密封设备和相关的辅助设备，机组运行变得更为简便，大大降低了后期维护和检修泵的工作量，并且也没有联轴器这种构造，所以也就不会出现了机组对中这个问题。

（3）由于设备构造大大简化，所以不会造成飞轮破裂的问题，避免导致安全壳的损坏。

（4）轴承的润滑方式是水润滑，即便出现火情也会得到有效控制，和旧有的油润滑方式相比具有非常明显的优势，大大提高了整个核电厂的安全水平。

（5）主泵部位直接连接于蒸发器的下封头，主泵和蒸发器之间的冷却剂主管道被移除，减少了环路的压强，泵的支撑变得更为简便。

（6）此轴的推力较小，顶轴系统也被移除，结构得到了大大简化。

2 AP1000屏蔽电机存在的问题

另外，AP1000所选用的主泵是专门为AP1000堆型量身设计的，世界上至今还没有如此大容量的屏蔽式主泵运行的先例，设计的完善性还有待时间的考验。其功率大，有惰转要求，对零部件的加工、焊接、装配和轴承润滑的要求极高，而且必须在1：1的试验回路上进行试验，在各种性能都满足APl000核电站要求后，才能正式投人产品的生产川。屏蔽式电动泵的制造技术较难掌握，加工精度高，配件属非商品级的，国产化难度大，目前AP1000主泵的国产化任务由沈阳鼓风机厂和哈尔滨电机厂承担。在技术转让中我们需要关注以下内容：

（1）屏蔽泵造价昂贵，综合运行效率（60%）低于轴封式主泵，应全面跟踪产品的设计、制造、验证全过程。

（2）已有运行经验的同类参考屏蔽电机没有飞轮，而AP1000主泵屏蔽电机有上下2个飞轮。应关注飞轮的结构设计、制造工艺及其试验、设计验证和性能验证试验。

（3）每台主泵电机需要配置变频器（VFD）和2台IE级690V开关装置，要增加一定的建造和运行费用。屏蔽泵是按照60Hz设计的，而中国的电网是50Hz，致使原设计意图为短时运行的VFD必须持续运行，其可靠性应得到保证。

（4）屏蔽电机的损耗较高，冷却措施及温升控制是关键。

（5）屏蔽泵与蒸汽发生器作为整体结构可能带来的问题，如泵壳与接管的焊接，抗震相关间题。

（6）维修空间狭窄及需要专用的维修工具。

3 总结

在整个核电反应堆中，冷却剂屏蔽电机是其中非常重要的一个设备，无论是其设计还是制作，本身都具有较高的难度系数，对于技术要求较高，其涉及到的内容横贯很多个领域。我国在该设备的设计和制作上目前仍然缺乏经验，所以这样看来，我国在引进相关设备的过程中，应该重视其中细节部分的技术内容，这样才能做到逐步消化，在引进和消化、吸收的过程中，也会不断提高我国的技术水平，完善我国的技术体系，进而让我国的科技竞争力得到提高。

参考文献

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