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浅析核电站轴封型主泵轴系设计方案

发布时间:2019-06-25
吕延光
(哈尔滨电气动力装备有限公司)
  摘 要:核电站作为现代人们生活中不可或缺的供电设施,对于国家和人们的重要性可想而知,而一旦核电站发生断电现象,可以想象会给生产和生活造成多大的影响,所以基于核电站断电事件,我们要加强对核电站主轴的设计,让核电站能够更加高效地运转,而在压水堆核电站的主轴的设计方案中主要有三轴承和四轴承之分,本文就核电站轴封型主泵轴系设计的方案进行分析,希望对主轴系统结构的选择有所帮助,让核电站的断电现象能够得到有效避免。
  关键词:核电站用泵;冷却剂泵(主泵);轴系;设计方案;结构特点;比较
  主泵轴对于核电站来讲是非常重要的,它的密封性能直接对核电站发生断电时的安全性有非常大的影响,这就要求必须对现有核电站轴封型主泵轴的设计进行改进,对现有的核电站的轴封型主泵轴系的设计方案进行系统的分析,通过具体的在实践中的应用,对现在正在服役的核电站所使用的轴封系统提出相应的关于主泵轴系统的改进方案,让核电站的安全性得到非常有效的保障,让核电站更好地为人们服务。国家应该加强对核电站安全的重视。
  对压水堆核电站进行分析,压水堆核电站的轴封主要是由电机和泵本体以及仪表检测控制系统和辅助系统组成,而主泵的泵体结构的设计,主要是按照立式泵的结构进行设计的,根据反应堆的系统回路进行设计,让一回路的主管道的过渡段和冷管段与泵体的主要的进出进行连接,而冷反应堆的在冷却剂的作用下,让其变成径向吐出,轴向吸入的情况,让其在一回路的循环系统中,能够变成可以通过水力部件来对冷却剂进行驱动,在泵的上面还设有轴密封的系统,让核电厂正常的运转中所造成的泄露量变成零,一回路的安全壳的作用是非常重要的,而作为主泵的主要安全结构,电机的趋同作用是非常大的,而在泵本体上就有电机支架和联轴器相互之间进行联合,让主泵轴达到水电站在断电情况下,安全性仍旧能得到很好的保障的目的。
  1 轴系设计要求
  轴系主要由叶轮,轴、轴承、飞轮、联轴器和安装在轴上的其他转动部件、密封件及其定位组件等组成。其主要功能是支撑旋转部件、传递扭矩和运行,驱动冷却剂在一回路系统内循环流动。
  1.1运行要求
  主泵轴系的运行要求主要包括:轴系的最小直径应满足不同运行工况扭矩传递的要求,主泵轴系的转动惯量应足够大,以满足全厂断电后利用主泵惰转提供足够流量。
  1.2设备安全及可靠性要求
  在整个核电站的轴封型设备安全及可靠性对于主聚的运行至关重要,主泵作为转动设备。其转动部件的安全与可靠性显得尤为重要。主泵轴系在设计过程中必须保证其安全性和可靠性,以确保主泵机组运行的安全和可靠。
  1.3可维修性要求
  主泵轴系的设计应确保现场安装、拆卸以及在役检查与维修过程的可操作性,具体要求包括:设备尺寸应满足厂房布置要求,检修过程中冷却剂发生的泄漏应控制在可允许范围内。
  2 轴系设计方案
  2.1轴系结构
  这两种结构轴系都可以将主泵划分为泵本体、电机、轴助系统和仪表控制保护系统4个大的模块。泵本体和电机两大模块通过轴系联接,其设计方案与轴系的设计密切相关。
  2.2三轴承轴系结构
  三轴承的设计在核电站主泵轴的设计中应用的是非常多的,而三轴承结构的主轴泵系统,主要是运用电机轴和刚性联轴泵连接泵轴从而进行电机扭矩进行传递,同时三轴承在更换轴封组件和进行维修的时候也不需要对电机进行拆卸,这主要是由于三轴承主泵系统在电机轴和泵轴之间设置了中间轴,而在对中间轴进行设计的时候,就可以根据轴封组件维修中需要的空间进行要求。一般情况下轴承的主泵,都是双向推力的轴承结构,在电机和泵的轴向的载荷主要是由轴承的双向推力来承担,而在主泵机组的转子的部件,主要是会进行径向载荷,通过3个径向的轴承对径向的载荷进行承担,这就使得联轴器不仅具有了传递扭矩的的功能,同时也兼具了对轴向力和径向力进行承相的作用。
  2.3四轴承轴系结构
  四轴承的系统结构相对于三轴承的系统结构来讲,主要的不同在于四轴承主要是电机轴和主泵的泵轴通过绕行联轴器进行连接的,同时也设置4个径向轴在轴系上,由上下部的电机的上下部径向轴承进行分别润滑,同时在轴系上还有两个推力轴承,主要是由泵上部的双向推力和电机上部的单向的推力进行推动,而这两者都是需要进行油润滑的,并且由于四个轴承的总体结构长度都很长,导致主泵机组的重心降低了非常多,这就使得飞轮只能被设置在电机的下方。
  核电站的轴封型轴系设计方案,如果采用四轴承的话,四轴承系统为了能够正常的运转,就必须采用鼓形齿联轴器进挠性连接,同时也需要配置相应的润滑油为整个四轴承系统进行润滑,同时这种联动方式也会让泵和电机的关联被降低,而在这一过程中所产生的载荷也将由电机和泵的轴承各自承担。
  3 对比分析及选型综合分析
  针对三轴承结构轴系主泵和四轴承结构轴系主泵,现从主泵的轴系设计要求、结构特点、设备维修和两种轴系的互换性等4个方面进行对比,分析两者之间的差异。
  3.1选型原则
  不管是四轴承还是三轴承的主泵轴系设计,从设计本身来讲都是非常可行的,都能够满足核电站轴封型主泵轴系统整个功能的要求,从这两个系统在实践中的使用来讲,设备的设计、实验、制造和鉴定以及工作量方面没有非常大的差别的,方案间进行互相转换也并没有非常大的差别的,而核电站在进行轴封型主泵轴系选择的时候,也可以从以下方面对进行参考:(1)轴承的具体制造厂:在选择轴承系统的时候,可以先从轴承的制造厂开始选择,根据不同的制造厂的自身的条件以及制造厂本身的制造工艺和主泵的设计等方面进行考虑。这个制造厂的主要生产制造的主导,如果是以泵为主导的,就可以优先选择四轴承的设计系统,这个选择可以让主泵轴对电机的依赖程度大幅度的降低,要是制造厂主要是以电机生产为主导的厂家,就可以选择三轴承的方案,让整个主泵轴电机的作用变得更加明显。(2)核电站的主要用户。这个方面主要是从核电站自身开始考虑,主要是对核电站要面向的客户群体进行研究,在所有的满足核电站发展的需要的主泵轴系统中以及整个主泵轴系统运行比较稳定的,在进行日常的维护和检修比较方便的主泵轴系统中,尽量选择符合电站用户需求的主泵系统,并且选出的系统既能满足核电站的需求,也必须是已经有丰富的运行经验的主泵系统,在针对主泵的具体的轴封的检修时间以及震动的水平上进行比较的话,四轴承轴系的方案要远胜于三轴的轴承的设计方案。
  结语
  综上所述,在对核电站的轴封型主泵轴的设计进行分析后,可以发现,现有的主轴系统设计方案都非常的不完善,这两种设计方案各有优点和缺点,都需要在未来的发展中进一步地完善,而在对核电的主泵轴进行选择的时候可以根据现有的核电站的需求来进行选择,并在使用的过程中,对于主泵轴系统出现的问题和不足进行改进,来保证核电站在发生断电事故后,整个核电站的安全能够得到非常好的保证,也要加强主泵轴运行过程中的稳定性。
  参考文献
  [1]冯晓东,吕延光,江福,等.百万千瓦压水堆核电轴封型主泵研制综述[J].水泵技术,2016(6):1-7.
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来源:《中国新技术新产品》2018年13期

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