巴基斯坦恰希玛核电站项目主泵结构介绍

2022-09-10

正文:

一、主泵的功能介绍

反应堆冷却剂泵 (以下简称主泵) 用来输送规定流量的反应堆冷却剂, 使反应堆冷却剂在反应堆、反应堆冷却剂泵、蒸汽发生器和反应堆冷却剂管道所组成的密闭系统中循环, 以便将反应堆产生的热量传递给二回路, 保证二回路系统正常工作;主泵机组靠自身的转动惯量惰转, 在一定时间内保持部分流量, 将堆芯余热带出, 保护堆芯安全, 保证反应堆的燃料元件包壳不致烧毁。

主泵功能相当于核电站的心脏, 核电站的长期安全运行必须依靠主泵。主泵的功能重要性又决定了主泵必须具有很高的可靠性和安全性, 以满足相应的各种工况要求和保持在有关事故工况下设备的完整性。

二、主泵的总体结构组成

该类型主泵机组的结构为立式、带可控泄漏机械密封的单级水泵, 由电机、双向推力轴承及泵三大部分组成。反应堆冷却剂经锻造泵壳的底部进入、水平排出。

主泵机组的轴系部分, 由三段轴构成, 自下而上三段轴分别为:下泵轴、上泵轴和电机轴, 上泵轴与下泵轴通过上、下半联轴器与中间的可拆轴段相连, 形成刚性联接;上泵轴通过上端面的齿形啮合与鼓形齿联轴器相联, 再连接电机轴, 传递扭矩。

主泵和电机均有一个推力轴承和两个径向轴承, 主泵上的推力轴承是油润滑双向推力轴承, 位于上泵轴, 可承受在不同工况下不同方向的轴向力。下泵轴下部装有一个水润滑径向轴承, 上泵轴处有一个油润滑径向轴承。

主泵水力性能的实现主要靠包括叶轮、导叶等主要功能部件, 叶轮、导叶的结构和翼型设计是通过水力模型泵试验后, 把模型泵的试验结果用相似理论放大到实体泵设计而成, 叶轮、导叶材料均采用马氏体不锈钢材料。

主泵由泵壳、泵盖、密封壳、密封盖、主螺栓、密封室螺栓等构成承压边界, 上述承压部件均采用整体锻件, 泵壳、泵盖的材料采用SA508 Cl.3, 泵壳进出口安全端采用与主管道相同的材料SA316L, 两种材料焊接前需对泵壳堆焊镍基隔离层。泵壳与反应堆冷却剂介质接触的内表面采用不锈钢焊材SA309L和SA308L进行堆焊。密封壳、密封盖材料采用不锈钢材料SA-705M, 对泵壳起密封作用, 泵盖和泵壳之间采用主螺栓进行连接。水润滑径向轴承、隔热体和机械密封均内置其中。

三、主泵的自供油系统

该主泵的一大特点是泵有一套独立的自供油系统, 油路循环主要由泵辅助系统中的顶油泵、泄油泵、油冷却器及上泵轴处的滑油叶轮和滑油导叶协同工作, 完成泵在正常运行期间的供油、冷却、滑油分配及回油循环, 保证泵在运行期间双向推力轴承、油润滑径向轴承、油密封及鼓形齿联轴器的正常工作。该一体化的自供油系统在设计考虑到油路防火的问题, 整个油路系统均置于电机支座内, 不存在外部泄漏点, 极大提高了主泵机组在运行期间的安全性。

四、主泵的轴密封系统

主泵的轴密封采用的是三级流体动压密封, 每级密封设计均能承受全系统压力, 正常运行时每级密封只承受约1/3的全系统压差 (大约5.3Mpa) 。

主泵正常运行时轴密封的供水由轴封注入水系统提供, 水源来自化容系统的离心上充泵。注入水流量为2000L/h, 水温37℃~50℃, 压力为15.9Mpa。该压力略高于反应堆冷却剂系统压力, 以阻止289℃高温的反应堆冷却剂直接流入轴密封。因为如果注入水温度过高, 会使动环、静环产生变形而引起泄漏量会急剧增加, 密封失效;且经三级密封的低压泄漏流温度如升高至大于100℃, 带有放射性的介质会发生气化而使辐射扩散到泵房和安全壳内。

注入水中的一路800L/h经由下导轴承流到主泵泵壳内, 对下导轴承起润滑和冷却的作用。另一路1200L/h向上流经三级轴密封, 对轴密封起润滑和冷却的作用, 最后通过第二级密封后的高压泄漏系统和第三级密封后的低压泄漏系统排出。压力由最初的15.9Mpa降低至高压泄漏的0.2~0.3Mpa和低压泄漏的正常大气压, 均是通过密封组件内的4个节流器装置实现的。

当正常轴封注入水流量小于1500L/h时, 通过连锁保护应急轴封注入水系统启动, 调取来自叶轮出口处的反应堆冷却剂介质经旋液分离器过滤杂志, 再由高压冷却器将其降低至轴密封可接受的50℃介质, 从而保证主泵在正常轴封水断失工况下的运转。

当三级动压密封发生失效的工况下, 主泵的停车密封将通过氮气注入系统正常启动, 以防止主泵内的反应堆冷却剂介质泄漏到安全壳内。停车密封可以承受全系统压力, 但前提是主泵必须处于静止不转动状态。其原理是当主泵泵轴静止时由氮气压力推动切换环至主泵转子的密封环上, 使泵轴完全密封。