浅谈核电站反应堆冷却剂泵发展及现状

孙立江

中国中原对外工程有限公司 北京 100044

主泵是核电站一回路中唯一旋转的主设备，用于驱动反应堆冷却剂流动带走堆芯热量并通过蒸汽发生器传递给二回路，产生的蒸汽驱动汽轮发电机转动产生电能。为了保障核电站正常运转，主泵既需要在正常工况下连续稳定运行；又需要在不同的事故工况下可靠的实现特定的运行要求。由此可见，主泵的可靠性直接关系到核电站的安全。

1 商用核电站主泵发展历程

商用核电起步于1955年，主泵的起步早于商用核电，与军用核电一同起步，主泵最早的时候由屏蔽式主泵开始发展的并逐步向轴封式主泵过渡，目前世界上主泵主要是轴封式主泵，屏蔽式主泵应用范围略窄。

表1 世界主泵发展历程

2 压水堆核电站主泵泵型

当前世界范围内几种主要的几种核电主泵泵型如下所示，每种主泵都有各自的技术特点，也代表一种技术流派。

3 当前世界主泵供应能力

国内外核主泵市场主要是几大国外制造商的角力场，竞争激烈，世界范围内的制造商主要有：美国EMD、法国JSPM、德国KSB、日本三菱、奥地利ANDRIZ、瑞士Sulzer、前苏联苏梅厂/俄罗斯圣彼德堡机器制造中央设计局、比利时ACEC、美国Byron-Jackson、美国Bingham-sillamette limited、日本东芝等。

国内的核主泵国产化起步于2000年以后，国内供应商主要是的哈电动装（国有独资）、上海电气凯士比（合资）、东方法马通（合资）、沈鼓（国有独资），其中，上海电气凯士比、东方法马通机加能力有限，产能主要集中在组装和试验阶段；哈电动装有ANDRIZ、EMD的技术许可产能较为全面，沈鼓主要与哈电动装联合生产AP/CAP系列水力部件。

国内厂家主要为合资公司或者承接国外制造商技术许可进行生产，国内核主泵产业目前处于加大研发投入阶段，受国内核电项目审批放缓的影响，国内几大核主泵供应商的前期大量产能及研发投入空转，经营风险增大。

还有一些企业，例如浙富水电在投入研发四代快堆液态金属核主泵；例如上海锅炉厂与佳电联合布局高温气冷堆主氦风机[1]。

4 三代核电某型主泵介绍

三代核电是当今世界已开发并建设的技术最先进的一代核电，三代核电所用主泵也代表了最先进的技术。以三代核电所用某型主泵为例介绍一下主泵结构、技术等情况[2]。主泵主要由以下几大部套构成：水力部件、轴系、轴承、密封、泵壳泵盖、辅助系统、电机支撑、电机等几大部分组成，这几大部套又可以细分为众多的子部套。下边对几个重要部套分开进行详细介绍。

4.1 水力部件

该型主泵水力部件主要由以下几种零件组成：水力部分的叶轮、导叶、叶轮罩；辅助部分的隔热体、折流管、水导轴承、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，属于核一级、质保一级零部件。

4.2 轴系

主泵轴系主要由以下几大部件组成：泵部分的泵轴、联轴器、可拆轴；电机部分的电机转子；三代核电站60年寿期需要主泵稳定运行并且对振动要求比较高，泵电机转子与泵轴是刚性连接。泵轴零部件精度、动平衡都有着严格的要求。泵轴跳动检查/动平衡执行ISO1940G1.6要求，整个泵轴动平衡前，需要对叶轮、上下半联轴器、中间轴进行单体动平衡。保证了主泵工频的振动分量的达标[3]。

4.3 推力轴承

推力/径向轴承为主泵的核心部件，也是各种型号主泵的核心部件。推力轴承是承担主泵转子轴向载荷的，低压工况承担转子自重，高压工况承担叶轮的水推力。主泵正常运行时，顶油泵会为推力轴瓦提供顶轴油，保证摩擦副的正常润滑。主泵危机工况时（特别是断电工况），在丧失顶轴油后，主泵需要惰转一定的时间排走堆芯余热，这是对推力轴承真正的极限考验，这时轴瓦处于边界摩擦、干摩擦阶段；要保证主泵惰转停机后能够正常再次启机。

4.4 机械密封

主泵关键部件-三级动压密封，动压密封式轴封型主泵的设计核心理念。该密封通过密封环面的波形强制注入水向承压边界外流动泄露通过可控的微小泄露来保持承压边界的完整性。动压密封是损耗件，需要定期更换。

5 结语

当今，从世界范围看，几大实力雄厚的NSSS成套设备供应商、主泵制造商在主泵产品上都是以主泵总机厂来给自己定位的，掌握主泵总体设计与主要零部件的设计制造，集中精力去掌握主泵总体的设计与制造技术的研发。每种技术流派主泵都不是一簇而就突然出现的，都是小步慢跑、逐步优化改进的。在核电技术的逐步发展下，对主泵的要求越来越高，主泵的设计思路也逐渐趋向一致，但仍有各自的技术特点，在我国核电大发展的形势推动下，我国主泵从引进到自主发展也将走出自己的特色。