压水堆核电厂的运行论文Word格式文档下载.docx

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通过对屏蔽式电动主泵和轴封泵功能及机械结构方面的介绍,分析比较AP1000核电厂与二代压水堆核电厂主泵的运行。

关键词：

压水堆核电站 

AP1000 

屏蔽式电动主泵 

轴封泵 

二代压水堆 

主泵运行 

比较

Abstract:

ThesynthesisoftheU.S.WestinghousethirdgenerationofadvancedpressurizedwaterreactorAP1000shieldedelectricmainpumpaswellasamodernpressurizedwaterreactornuclearpowerplantisthemostwidelyusedcoolantpumps-shaftsealpump.Introducedbyshieldedelectricmainpumpandshaftsealpumpfunctionandmechanicalstructures,analysisoftheAP1000nuclearpowerplantandthesecond-generationPWRnuclearpowerfactoryownerspumprunning.

Keywords:

PWR 

Theshieldedelectricmainpump 

Sealpumps 

Therunningofmainpump 

Compare

前言：

核电与水电、火电并称为世界电力的三大支柱。

为了实现我国核电中长期发展规划,顺应世界核电技术进步的潮流,国家做出了以全面技术转让方式引进建设浙江三门、山东海阳核电示范工程的重大决策。

美国西屋公司开发的AP1000先进非能动型压水堆属于第三代先进压水反应堆,其电厂净输出功率约1117MW。

AP1000设计强调采用技术成熟的部件,确保在低维护要求的前提下获取高度可靠性川,其中,反应堆冷却剂主循环泵以下简称主泵采用的是美国电气机械公司设计的屏蔽式电动泵,它是一回路系统中唯一的旋转设备,是核岛的心脏,属于核安全一级设备,是压水堆核电站的关键设备之一。

然而，二代压水堆核电厂使用最广泛的冷却剂泵是立式、单级、轴密封泵。

AP1000反应堆冷却剂泵简介

AP1000反应堆的冷却剂泵（以下简称主泵）是单级、全密封、高惯量离心式屏蔽泵，用来输送高压、高温、大流量的反应堆冷却剂。

图l为主泵结构图。

表l给出了主泵的没汁参数。

每台主泵直接连接到蒸汽发生器下封头的两个出口接管的其中一个上。

两台主泵分别同向吊在蒸汽发生器下。

泵的吸入口构成蒸汽发生器下封头的一部分，以限制冷却剂环路过渡段的长度、减小环路压降、简化蒸汽发生器、主泵和管道的基础和支撑系统，并日．在出现小破口失水事故期间，不需要密封回路就能消除堆芯裸露。

屏蔽泵的电动机和所有转动部件都装在承压壳内。

泵的承压壳由泵壳、（隔）热屏、定子外壳和定子盖等组成，设计这些部件来承受反应堆冷却剂系统的全压力。

定子和转子用耐腐蚀材料制成的屏蔽套包住，防止转子线圈和定子绕组与反应堆冷却剂接触。

由于带叶轮和转

子的轴都包在压力边界内，无需密封就能限制冷却剂从泵漏入安全壳内。

在泵壳、定子法兰和热屏之间有密封垫和“C”形密封。

这种结构使屏蔽泵实现了无泄漏保护。

屏蔽泵在军用和商用核动力装置中应用已有安全、性能可靠的悠久历史。

主泵的驱动电动机为立式、水冷却，带有定、转子屏蔽套的鼠笼感应电动机。

必要时，其设计为可以从壳体内拆出进行检查、维护或更换。

定子屏蔽套保护定子（绕组和绝缘）不与在电动机和轴承腔内循环的反应堆冷却剂接触。

转子屏蔽套将转子的（铜）线棒与反应堆冷却剂系统的水隔开，将线棒和硅钢片脱开掉入其他区域的潜在危险减至最小。

电动机由电动机设备冷却水冷却，设备冷却水循环通过电动机壳外的水套和热交换器。

转子腔的冷却剂循环通过外置热交换器，是流量受控的反应堆冷却剂。

转子腔的冷却剂被冷却后，进人转子下端，轴向通过定、转子屏蔽套之间的间隙，带出定、转子产生的热量。

屏蔽电机泵结构特点:

1、泵的叶轮和电机转子连成一体

2、密封壳体

3、壳体外以设冷水冷却

4、屏蔽电机转子浸水

在所有运行模式下，每台主泵由一台可变频的驱动器驱动。

当反应堆冷却剂处于冷态时，可变频的驱动器使这些主泵能够低速启动和运转，这就减小了电动机所需的尺寸。

可变频的驱动器还将50Hz的电网电源转换成60Hz电源驱动主泵运行。

可变频的驱动器由隔离的变频器、功率转换器、冷却系统和控制系统组成。

功率转换器由在几毫秒内能投入运行的完全冗余的旁路控制。

根据最终设计，允许2~3个电池失效，可变频的驱动器仍然能提供主泵全速运行所需的电压。

以往的运行经验显示，电池的可靠I生非常高，即使电池出现故障，可变频的驱动器仍可继续丁作。

主泵装备了能连续监测主泵结构（机座）振动的振动监测系统。

坐标监测得出主泵振动数据。

数字显示设备包括报警、高振动水平报警以及分析仪的输出等。

运行

反应堆冷却剂由主叶轮输送。

冷却剂通过叶轮吸入孔进入，再经过导（扩压器）排出到泵壳侧面的径向排出管。

一旦电动机腔注满冷却剂后，密封叶轮和隔热屏之间的轴四周的迷宫，将运行时进入电动机的冷却剂流量减至最小。

转子轴下端的辅（助）叶轮使一股流量受控的冷却剂通过电动机冷却盘管循环。

该冷却剂由循环通过安装在泵上的外部换热器中冷却盘管四周的没备冷却水冷却到大约65.6℃。

被冷却后的反应堆冷却剂通过定、转子屏蔽套之间的环形通道，在此通道内带出转子和定子产生的热量，并润滑电动机的流体动压轴承。

流过定子水套的不大的设备冷却水流量还带走电动机的热量。

AP1000设计上不允许所有主泵在低功率水平运行。

在正常功率运行期间，如果一台主泵出现故障，电站将停运；

如果电站处于启动或低于功率水平阈值下运行，反应堆不会出现自动紧急停堆。

在这种睛况下，应用变频器把3台运行着的主泵的转速降低到失效的那台主泵能够重新启动的那点的较低转速。

7主泵的惰转

在反应堆紧急停堆或全厂断电后，堆冷却剂继续流动对反应堆的保护极为重要。

为了提供流量，每台主泵都有—个高密度的飞轮和高惯量的转子。

在惰转期间，利用泵、电动机和飞轮的转动惯量来延续反应堆冷却剂流量。

主泵设计要能承受安全停堆地震（safeshutdown

earthquake）。

即使发生厂外和厂内电源断失事故并伴随安全停堆地震，也能够维持主泵的惰转能力。

惰转期间所需的主泵隋转流量如表3所示。

主泵的测点见表4。

二代压水堆核电厂轴封泵简介

总体结构：

1）水力机械部分

2）电机部分

3）轴封组件

优点：

采用常规的鼠笼式感应电机，成本降低，效率提高，比屏蔽泵效率高10%—20%；

电机部分可以装一只很重的飞轮，提高了泵的惰转性能，从而提高了全厂断电事故时反应堆的安全性；

轴密封技术同样可以严格控制泄漏量；

维修方便，轴密封结构的更换仅需10个小时左右。

水力机械部分：

泵壳、叶轮、吸入导流管和扩压器、泵轴承及热屏组件……

（1）泵壳

包容并支撑着泵的水力部件，是反应堆冷却剂系统压力边界的一部分。

泵壳是一个外形呈准球状的不锈钢铸件，其出入口接管焊接在一回路系统管道上。

冷却剂从泵壳底部沿叶轮轴线流入，向上经导流管进入叶轮。

通过叶轮后的冷却剂经扩散器后通过与叶轮成切线方向的出口接管排出。

（2）叶轮

叶轮由不锈钢铸成，有七个叶片，用热装和加键固定在泵轴的下端，并在轴端用螺母锁紧。

叶轮是泵的核心部件。

靠叶轮的旋转使流体获取能量。

（3）吸入导流管和扩压器

吸入导流管是一个不锈钢圆筒，用螺栓固定在泵壳的内侧，把吸入流体引进叶轮中心。

扩压器由不锈钢铸造而成，它有12个导叶，位于叶轮外侧。

扩压器的作用是降低在扩压叶片之间的延伸流道中的流体流速。

把流体的速度头转换成静压头。

（4）泵轴承

泵径向轴承为泵轴提供径向支撑和对中。

它由斯太立合金堆焊的不锈钢轴颈和石墨环构成的套筒组成，用水润滑和冷却。

使通过轴承的水保持低温是重要的，因为高温会破坏石墨环并使轴承损坏。

所

用的轴承冷却水是化容系统的轴封注入水的一部分。

电机部分：

驱动反应堆冷却剂泵的电动机是立式、鼠笼、单速三相感应式，采用防滴结构（设有电机绕组电加热器，停运后加热器自动启动，防止受潮），由空气冷却，而空气由两台热交换器用设备冷却水冷却。

组成：

轴承、飞轮、防逆转装置、电动机定子空气冷却器

轴封组件：

位于泵水力机械部分和电机之间，作用：

保证在电厂正常运行期间从反应堆冷却剂系统沿主泵泵轴向安全壳气空间的反应堆冷却剂泄漏量基本为零。

三级密封：

自下而上依次称为1号、2号、3号密封

1号密封位于泵轴承上方，它是密封组件中最重要的部件，又称主密封。

压降约15.4MPa，泄漏量维0.7m3/h

2号密封的主要作用是阻挡1号密封的泄漏，将其导向化容系统。

它作为1号密封损坏时的备用密封，在1号密封失效时，承受全部运行压力，维持一段时间（30分钟）以便停运反应堆冷却剂泵。

压降约0.35MPa，泄漏量维0.0076m3/h。

3号密封是一个具有摩擦面的双侧型密封，作用是将2号密封的泄漏引导到疏水箱（属于排气疏水系统，废物处理系统之一）。

轴封泵的运行

反应堆冷却剂泵启动的条件：

1、有关的支持系统:

（1）化容系统提供1.8m3/h的轴封水；

（2）设备冷却水系统向电机的空气冷却器和油冷却器提供冷却水；

（3）反应堆硼和水补给系统可用，以便（支持化容系统）向立管及3号轴封供水；

（4）反应堆冷却剂泵电动机的电源是由非重要厂用电供给，供电须保证。

2、对泵的要求:

泵电机上下轴承的油位正常；

2号密封下游立管的水位正常。

3、对反应堆冷却剂系统的要求:

一回路的压力大于2.3MPa时，主泵才能启动，以保证1号密封静、动环的分离。

防止泵发生汽蚀

主泵的操作要点：

主泵启动前，需启动顶轴油泵，油压需高于4.2MPa；

主泵启动后50s顶轴油泵才能停运。

主泵停运，须先启动顶轴油泵。

结论：