巴基斯坦300MW核電站核主泵的設計特點

【摘要】反應堆冷卻劑泵，又稱主泵，是核電站反應堆的心臟，其流量大，結構復雜，要求能夠長期穩定的運轉。本文以我國出口的300MW核電站所采用核主泵為例，介紹了核主泵在結構設計上的一些特點。

【關鍵詞】主泵設計；泵的聯軸；主泵的軸密封

1、主泵簡介

主泵用來輸送規定流量的反應堆冷卻劑，使反應堆冷卻劑在反應堆、反應堆冷卻劑泵、蒸汽發生器和反應堆冷卻劑管道所組成的密閉系統中循環，以便將反應堆產生的熱量傳遞給二回路介質，是壓水堆核電廠核蒸汽供應系統中要求長期、連續運行的唯一轉動設備。

2、主泵的設計

主泵要求具有安全、高效、檢修方便等特點，其在設計上通過多種途徑滿足了這些要求，如：

·供油系統內置于電機支座內

·設有可移動的中間軸段，在不拆除主泵電機的條件下，方便維護和檢修軸密封

·與一回路的工作介質相接觸的部件均由馬氏體不銹鋼鍛件制造而成，沒有任何焊縫

·所有泵的內部組件都可以一次性吊出，方便維護、檢修和測試及在役檢查

·采用的三級動壓主軸密封均可互換，并帶有停車密封

·專門的水力設計，水力部件均是鍛造并數控加工而成

2.1主泵的結構設計特點

恰希瑪核電站2號機組所用的主泵為立式軸流泵，其主體結構分為三大部分，由上至下分別為主泵電機，雙向推力軸承以及水力部件，另外還有設備承壓部件和一套復雜的輔助系統用于保障主泵各個系統的運行。

2.1.1電機-泵的聯軸

電機和泵之間采用柔性連接，其結構為鼓型齒式聯軸器，主要部件為電機聯軸器、內直齒套筒，緩沖環和上泵軸軸頭。電機聯軸器熱套在電機軸下端，其外圓面加工為外直齒，然后同內直齒套筒上部嵌合；套筒的下部也通過直齒同上泵軸軸頭嵌合。內直齒和外直齒之間存在一定的間隙，對泵軸和電機軸的中心線同心度有較大的寬容度，電機軸系的扭矩通過直齒傳遞至泵軸。采用這種柔性連接的方式，使得泵和電機的軸系可單獨進行動平衡，一定程度上降低了軸系部件的加工精度以及裝配精度要求。同時，電機可獨立于泵進行更換，方便了主泵機組在役期間的維修。

2.1.2雙向推力軸承

雙向推力軸承設計有兩套推力瓦塊，分別承受向上和向下的載荷，其特點是承載大，瓦溫較低，壽命長。在額定工況下，主推力瓦塊上的比壓高達近800kN，瓦溫仍然能控制在90℃左右。

2.2輔助系統

主泵機組是一臺大、復雜且精密運行的設備。同一般轉動機械相比，主泵有其自身的特點：

·反應堆冷卻劑系統上無備用泵，電站正常運行中每臺主泵在一個換料周期內必須長期穩定地滿負荷運行

·主泵位于安全殼內，電站運行期間泵房內放射性高，維修人員無法接近主泵進行維修工作

為了保障主泵的各主要部件、系統的安全運轉，并且對溫度、壓力、流量等進行監控，同時也要實現出現事故時的聯鎖保護功能，主泵還設計有一套輔助系統。

2.2.1注入水供應及高低壓泄漏

注入水供應系統為主泵的軸密封提供高壓、低溫的注入水（約2000L/h）。經過濾系統將≥5μm的顆粒過濾后，注入水流經旋液分離器和高壓冷卻器后進入泵內，在正常注入水供應時，旋液分離器和高壓冷卻器并不體現其功能。進入泵內的注入水經過分流，一部分用于冷卻三級軸密封系統（約1200L/h），并經泄漏系統排出，另一部分用于冷卻下水導軸承（約800L/h）后匯入一回路冷卻劑系統，將反應堆冷卻劑密封在承壓邊界內。

高壓泄漏系統設置有溫度和流量監測裝置，低壓泄漏系統設置有壓力和流量監測裝置，其信號用于判定軸密封是否正常運行。

2.2.2應急注入水供應系統

當正常注入水供應系統失效，主泵仍然在運行中，應急注入水供應系統即刻啟動，該系統將通過一個電動截止閥從泵殼處引出一回路中的高溫（289.1℃）、高壓（15MPa）介質作為注入水向軸密封系統供應。應急注入水將經過旋液分離器進行過濾，然后再由高壓冷卻器冷卻后注入軸密封系統中。輔助系統采用的高壓冷卻器能夠將一回路290℃的高溫介質在不到30s內降溫至55℃以下，耐受極高的熱沖擊。

2.2.3停車密封系統

主泵在正常運行工況下，停車密封處于開啟狀態。當主泵停止轉動時，零轉速信號通過聯鎖控制打開氮氣管路上的電磁閥，高壓氮氣將注入停車密封，將停車密封閉合，以防止高溫高壓的放射性反應堆冷卻劑經過軸密封向上泄漏到反應堆廠房環境中。在下列三種工況下停車密封工作：

A一回路系統水壓試驗時；

B主泵停止運行時；

C事故工況時。

停車密封是主泵將一回路介質同環境隔離的最后一道屏障，增加了主泵機組運行的可靠性。

2.2.4滑油供應系統

滑油供應系統由一臺頂油泵、兩臺回油泵、三個滑油冷卻器、油機械密封以及與油密封配套的油葉輪和油導葉共同組成。在啟動階段，需要頂油泵向推力瓦面上泵入高壓的潤滑油，使推力盤和推力瓦塊之間形成油膜，以確保主泵啟動階段完全處于潤滑狀態。

主泵啟動后，隨著轉速的升高，推力軸承的推力盤和推力瓦之間形成流體動壓油膜。此時頂油泵停止，油葉輪和油導葉將跟隨主泵轉子轉動，使整個油系統的潤滑油強制流動起來形成循環，再經由滑油冷卻器換熱給設冷水。

封閉式油系統的潤滑油在循環中通過一套油機械密封進行密封，經由油密封動靜環密封面的少量泄漏被導入專門設計的蓄油槽，隨著主泵的運行，潤蓄油槽內的油量不斷增加，當油位上升至蓄油槽上安裝的油位開關位置時，液位開關被觸發，聯鎖的泄漏油泵自動啟動，將蓄油槽內的潤滑油抽出，向上經專門的管路供給鼓型齒聯軸器進行潤滑，然后滴落回封閉式油系統內。

這套油系統在主泵正常運行時無需人為干預，也不設置外部循環供油，安全可靠。也是該型主泵的特點之一。

結語：

經過兩個機組的實際運行，證明我國出口巴基斯坦的300MW壓水堆核電站采用的該型核主泵設計先進，性能可靠，維護便利。

參考文獻：

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