AP1000三代核電反應堆冷卻劑泵屏蔽電機的技術特點

柴文虎

摘 要：目前核電技術發展在全世界范圍內得到了很大的進展，現在已經和火力發電和水力發電并稱為三大能源了。在這個背景下，為了提高我國能源技術的發展水平，全面引進了AP1000，并且已經在不少核電站得到了應用。這種AP1000屬于第三代壓水反應堆，在設計中，重視成熟部件的應用，這樣才能不斷提高整個設備的可靠性，其維護起來也較為簡單便利。其中主泵部位是屏蔽式電動泵，是其中非常重要的一個結構，本文針對此部位的設計特點進行了簡要分析。

關鍵詞：核電站用泵；第三代壓水堆；屏蔽式電動主泵；技術特點

本反應堆冷卻劑系統是借鑒了國外的先進技術設計而成的，其設計理念包括兩個并聯環路，每個環路上都包括兩個冷段主管道、一個蒸汽發生器以及一條熱段主管道構成，并且還有兩臺主泵，其以并聯的方式存在，在熱管段也有一臺穩壓器。該蒸汽發生器是呈倒U狀的。

1 該屏蔽電機的優勢

APl000反應堆冷卻劑泵（以下簡稱主泵）是一種單級、單吸、無軸封、高轉動隕量、立式離心屏蔽電泵，用于輸送高溫、高壓反應堆冷卻劑。泵由泵殼、葉輪和導葉組成，泵吸入口豎直向下，吸入管直接與蒸發器下封頭焊接；排出口為水平切線方向.吐出管與系統主管道焊接。圖1為主泵結構示意圖。APl000主泵由泵和屏蔽電機兩部分組成.電機置于泉下部。泵的葉輪直接裝于電機轉子軸仲端，即與電機同軸。泵殼與電機殼體采用特殊的機械密封結構用主螺栓連接組成一密封的整體.構成反應堆冷卻劑壓力邊界，整個機組沒有外露的旋轉都分。為使電機推力軸承承受一個適當的載荷。葉輪在設計時進行特殊考慮，使其在運行時產生一個向上的軸向力以平衡轉子自重。

該屏蔽電機優勢是非常明顯的，其結構緊湊，并且在運行過程中不會產生泄露，所以具有較高的安全性，設備的結構情況見圖2。雖然這種設備具有較高的成本，但是該設備在運行過程中比較穩定可靠，不需要進行太多的維護工作，所以綜合看來效益還是比較可觀的，現在不僅在核電站有所應用，很多核動力潛艇也開始應用這種屏蔽電機。這種AP1000屏蔽電機在保留了自身的優勢同時，也進行了一些改進，彌補了其中的一些缺陷。

（1）屏蔽電機的主泵旋轉軸本身結構較為簡單，沒有向外延伸的部分，所以在液體輸送的過程中不會泄露，在這種情況下，即便是軸密封系統失靈，或者出現突發的斷電情況，其也不會泄露冷卻劑，整個核電站也因此運行更為高校。

（2）該系統中，省略了軸密封設備和相關的輔助設備，機組運行變得更為簡便，大大降低了后期維護和檢修泵的工作量，并且也沒有聯軸器這種構造，所以也就不會出現了機組對中這個問題。

（3）由于設備構造大大簡化，所以不會造成飛輪破裂的問題，避免導致安全殼的損壞。

（4）軸承的潤滑方式是水潤滑，即便出現火情也會得到有效控制，和舊有的油潤滑方式相比具有非常明顯的優勢，大大提高了整個核電廠的安全水平。

（5）主泵部位直接連接于蒸發器的下封頭，主泵和蒸發器之間的冷卻劑主管道被移除，減少了環路的壓強，泵的支撐變得更為簡便。

（6）此軸的推力較小，頂軸系統也被移除，結構得到了大大簡化。

2 AP1000屏蔽電機存在的問題

另外，AP1000所選用的主泵是專門為AP1000堆型量身設計的，世界上至今還沒有如此大容量的屏蔽式主泵運行的先例，設計的完善性還有待時間的考驗。其功率大，有惰轉要求，對零部件的加工、焊接、裝配和軸承潤滑的要求極高，而且必須在1：1的試驗回路上進行試驗，在各種性能都滿足APl000核電站要求后，才能正式投人產品的生產川。屏蔽式電動泵的制造技術較難掌握，加工精度高，配件屬非商品級的，國產化難度大，目前AP1000主泵的國產化任務由沈陽鼓風機廠和哈爾濱電機廠承擔。在技術轉讓中我們需要關注以下內容：

（1）屏蔽泵造價昂貴，綜合運行效率（60%）低于軸封式主泵，應全面跟蹤產品的設計、制造、驗證全過程。

（2）已有運行經驗的同類參考屏蔽電機沒有飛輪，而AP1000主泵屏蔽電機有上下2個飛輪。應關注飛輪的結構設計、制造工藝及其試驗、設計驗證和性能驗證試驗。

（3）每臺主泵電機需要配置變頻器（VFD）和2臺IE級690V開關裝置，要增加一定的建造和運行費用。屏蔽泵是按照60Hz設計的，而中國的電網是50Hz，致使原設計意圖為短時運行的VFD必須持續運行，其可靠性應得到保證。

（4）屏蔽電機的損耗較高，冷卻措施及溫升控制是關鍵。

（5）屏蔽泵與蒸汽發生器作為整體結構可能帶來的問題，如泵殼與接管的焊接，抗震相關間題。

（6）維修空間狹窄及需要專用的維修工具。

3 總結

在整個核電反應堆中，冷卻劑屏蔽電機是其中非常重要的一個設備，無論是其設計還是制作，本身都具有較高的難度系數，對于技術要求較高，其涉及到的內容橫貫很多個領域。我國在該設備的設計和制作上目前仍然缺乏經驗，所以這樣看來，我國在引進相關設備的過程中，應該重視其中細節部分的技術內容，這樣才能做到逐步消化，在引進和消化、吸收的過程中，也會不斷提高我國的技術水平，完善我國的技術體系，進而讓我國的科技競爭力得到提高。

參考文獻

[1]唐耀陽，徐金良.AP1000反應堆冷卻劑泵的船用化探討[J].水泵技術，2012（3）：9-11.

[2]劉大為，宋丹.AP1000反應堆冷卻劑泵電機殼法蘭窄間隙埋弧焊接工藝研究[J].現代焊接，2015（2）：40-42.

[3]郭玉泉.核主泵屏蔽套用薄板激光焊接變形預測及調控[D].大連理工大學，2014.

[4]師名林.大型屏蔽電機主泵立式浸液轉子系統動力學特性研究[D].上海交通大學，2013.