淺析“華龍一號”反應堆冷卻劑泵運行原理

楊曉峰

摘 要：“華龍一號”是我國具有自主知識產權的三代核電技術，軸封式反應堆冷卻劑泵在二代和二代改進型技術的基礎上，通過優化設計滿足了三代核電技術“華龍一號”的要求。

關鍵詞：運行原理；反應堆冷卻劑泵；華龍一號

反應堆冷卻劑泵的作用是循環反應堆一回路的冷卻介質。在這個過程中，來自反應堆壓力容器的高溫介質被輸送到蒸汽發生器。在蒸汽發生器中，經過冷卻后的一回路介質流向反應堆冷卻劑泵，并通過它回到反應堆壓力容器。反應堆冷卻劑泵為立式泵，介質從泵的下部垂直地抽入泵體，通過軸向葉輪提高動能，并且利用導葉將動能轉變為勢能，最后通過水平出口離開泵殼。主泵通過電機驅動，電機安裝在主泵電機支座法蘭面上，為了防止主泵停車時轉子反轉，在每臺電機上都安裝了防倒轉裝置。下面詳細論述反應堆冷卻劑泵的6個主要部分：

1 承壓邊界

泵殼安裝在可以水平移動的三個立柱上，這種方式可以補償泵和管道的熱膨脹。泵殼由耐熱鍛鋼制造，其與介質接觸的表面堆焊奧氏體不銹鋼。從頂部看，泵殼由泵蓋封閉，泵蓋和泵殼通過靠液壓拉緊的主螺栓和主螺栓螺母連接在一起。

2 水力部件

葉輪被設計成軸向轉輪。葉輪的工作溫度較高，因此要求其與下泵軸牢固連接，這樣即使存在溫差，葉輪的位置也能與下泵軸保持同軸。徑向圓柱銷能對葉輪與下泵軸的同軸度產生影響，其同時也能傳遞扭矩。葉輪螺栓被設計成類似于縮腰螺栓的形式，其能夠吸收軸向力。

導葉將動能轉換為勢能并改變介質的流向。導葉安裝在密封體上，對下導軸承起支撐作用。另外，隔熱體組件安裝在導葉內。徑向圓柱銷使導葉在所有的運行溫度下都能保證中心位置。隔熱組件安裝在導葉內部區域，可以使下泵軸、軸密封和下導軸承這些部件保持冷態。

3 軸承系統

由系統壓力和主泵水壓產生的軸向推力施加在泵軸上，這個軸向推力由油潤滑雙向推力軸承、油潤滑徑向軸承以及葉輪區域的水潤滑導軸承承受。

上徑向軸承設計為油潤滑動壓軸承。接觸面由軸承合金組成，軸承合金用垂直鑄造的工藝固定在軸承體上。

下導軸承被設計成水潤滑動壓滑動軸承，軸承通過安裝在軸承導環內的定心塊對中，軸承導環安裝在導葉內。為確保潤滑水能夠流過下導軸承，軸承由朝向下部支撐環的狹窄配合面密封。支撐管在軸向方向固定下導軸承，同時引導冷卻潤滑水沿著下泵軸流動。主泵上部支撐管區域的設計能夠防止潤滑水被加熱。在支撐管內，由折流管構建了一個儲液空間，這種結構能保證在注入水供應斷失時，防止熱水過早的進入密封區域。

雙向推力軸承能吸收由系統壓力和葉輪產生的軸向推力。軸向推力由泵軸通過推力盤傳到主推力瓦塊或副推力瓦塊。如果一回路的壓力低，副推力瓦承受載荷；如果壓力高，主推力瓦承受載荷。瓦塊被設計成傾斜的，這樣可以根據載荷自動調整。軸承體充滿油，潤滑油通過主推力瓦塊之間的噴管和副推力瓦塊之間支承環上的孔供應。頂油管的末端位于主推力瓦塊，啟動時，依靠頂油壓力將推力盤從主推力瓦塊上微微頂起，這樣不僅可以防止干摩擦，還可以減小啟動力矩。

4 密封系統

泵軸靠三級機械密封和停車密封進行密封。位于下泵軸的一回路通過3個設計完全相同的流體動壓機械密封封閉。系統壓力通過降壓能力基本相同的三級密封降低到大氣壓力，經過第一級密封后壓力約為系統壓力的2/3，經過第二級密封后壓力約為系統壓力的1/3。當第一級或第二級密封出現故障，并且主泵停車時，第三級密封承受全部系統壓力。如果密封區域出現故障，可以通過關閉停車密封控制泄漏。停車密封能夠承受全部的系統壓力。只有主泵停止運行時，才可以關閉停車密封。下泵軸的底端是球形密封面，在主泵維護時，將下泵軸落到導葉上相應的錐形配合端面上，利用此球形密封面對主回路進行密封。

5 注入水系統

每臺主泵都由注入水系統供應不少于2000L/h的注入水，注入水對于冷卻密封系統、補償密封泄漏（高壓節流泄漏，低壓泄漏）以及潤滑、冷卻下導軸承來說至關重要。注入水通過截止閥和高壓冷卻器后，從管接口進入主泵，部分注入水流向下導軸承，冷卻第一級密封。其余注入水冷卻第二級和第三級密封，并通過系統的4個節流器將壓力降低到約3.4bar，作為“高壓節流泄漏”流出主泵。第三級密封的泄漏作為“低壓泄漏”流出主泵。

為了保證主泵正常運行，防止因注入水供應失效而導致主泵損壞，每臺主泵都安裝了緊急注入水系統。在主泵運行期間，如果注入水供應失效，緊急注入水系統能保證主泵正常運行。緊急注入水（主回路水）從泵殼內的主回路引出，流經截止閥，進入旋液分離器前的注入水管道，旋液分離器的功能相當于注入水過濾器，過濾掉所有≥5μm的顆粒。在高壓冷卻器內，緊急注入水（主回路水）被冷卻到注入水的溫度。

6 潤滑油系統

每臺主泵都有自己的“滑油供應系統”。每套滑油供應系統都有一個潤滑油回路和一個頂油回路。滑油供應系統包括安裝在電機支座上的儲油室、安裝在主泵轉子上的油泵設備、頂油泵、泄油泵和滑油冷卻器。

電機支座頂部和底部窗口之間的圓柱區域是儲油室。儲油室的底部靠油密封進行密封，油密封泄漏的油排入油箱；儲油室的頂部靠迷宮式密封環進行密封。

油泵設備由安裝在上半聯軸節的油葉輪和滑油導葉組成，滑油通過油泵設備進行循環。滑油經由軸承體和軸承蓋上的孔或軸承支承板上的凹槽和噴管注到雙向推力軸承主推力瓦和副推力瓦的潤滑位置或徑向軸承的潤滑位置。隨后，滑油通過軸承體上的孔和滑油進口管進入滑油冷卻器。然后，再經過滑油出口管、溢油槽和軸承體上另外的孔流回到泵油設備。

參考文獻

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