AP1000反应堆冷却剂泵的船用化探讨
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AP1000的特点和优势及其在我国的应用南华大学核资院工程学院资勘102班AP1000是西屋公司在已开发的非能动先进压水堆AP600的基础上开发的。
为Advanced Passive PWR的简称,1000为其功率水平(百万千瓦级),该堆型为西屋公司设计的3代核电堆型。
现在对核电站的反应堆分为四代:第一代(GEN-I)核电站是早期的原型堆电站,即1950年至1960年前期开发的轻水堆(light water reactors, LWR)核电站,如美国的希平港(Shipping Port)压水堆(pressurized-water reactor, PWR)、德累斯顿(Dresden)沸水堆(boiling water reactor, BWR)以及英国的镁诺克斯(Magnox)石墨气冷堆等。
第二代(GEN-Ⅱ)核电站是1960年后期到1990年前期在第一代核电站基础上开发建设的大型商用核电站,如LWR(PWR,BWR)、加拿大坎度堆(CANDU)、苏联的压水堆VVER/RBMK等。
目前世界上的大多数核电站都属于第二代核电站。
第三代(GEN-Ⅲ)是指先进的轻水堆核电站,即1990年后期到2010年开始运行的核电站。
第三代核电站采用标准化、最佳化设计和安全性更高的非能动安全系统,如先进的沸水堆(advanced boiling water reactors, ABWR)、系统80+(9system 80+)、AP600、AP1000、欧洲压水堆(European pressurized reactor, EPR)等。
第四代(GEN-Ⅳ)是待开发的核电站,其目标是到2030年达到实用化的程度,主要特征是经济性高(与天然气、火力发电站相当)、安全性好、废物产生量小,并能防止核扩散。
美国能源部成立的“近期项目实施组”(NTDG)在2002年提出的“美国2010年部署新核电厂的路线图”评审报告中对已经出笼的GE的ABWR 和ESBWR,西屋的AP600和AP1000和IRIS,Exelin的PBMR.法玛通的SWR1000 ,GA的GT-MHR)从设计深度、获得安全当局批准的能力、现实基础条件的匹配性、安全经济性能能的可信度等进行评价时只有ABWR一种机型评为一级,AP1000及其他机型等为二等[1]。
AP1000三代核电反应堆冷却剂泵屏蔽电机的技术特点本反应堆冷却剂系统是借鉴了国外的先进技术设计而成的,其设计理念包括两个并联环路,每个环路上都包括两个冷段主管道、一个蒸汽发生器以及一条热段主管道构成,并且还有两台主泵,其以并联的方式存在,在热管段也有一台稳压器。
该蒸汽发生器是呈倒U状的。
1 该屏蔽电机的优势APl000反应堆冷却剂泵(以下简称主泵)是一种单级、单吸、无轴封、高转动陨量、立式离心屏蔽电泵,用于输送高温、高压反应堆冷却剂。
泵由泵壳、叶轮和导叶组成,泵吸入口竖直向下,吸入管直接与蒸发器下封头焊接;排出口为水平切线方向.吐出管与系统主管道焊接。
图1为主泵结构示意图。
APl000主泵由泵和屏蔽电机两部分组成.电机置于泉下部。
泵的叶轮直接装于电机转子轴仲端,即与电机同轴。
泵壳与电机壳体采用特殊的机械密封结构用主螺栓连接组成一密封的整体.构成反应堆冷却剂压力边界,整个机组没有外露的旋转都分。
为使电机推力轴承承受一个适当的载荷。
叶轮在设计时进行特殊考虑,使其在运行时产生一个向上的轴向力以平衡转子自重。
该屏蔽电机优势是非常明显的,其结构紧凑,并且在运行过程中不会产生泄露,所以具有较高的安全性,设备的结构情况见图2。
虽然这种设备具有较高的成本,但是该设备在运行过程中比较稳定可靠,不需要进行太多的维护工作,所以综合看来效益还是比较可观的,现在不仅在核电站有所应用,很多核动力潜艇也开始应用这种屏蔽电机。
这种AP1000屏蔽电机在保留了自身的优势同时,也进行了一些改进,弥补了其中的一些缺陷。
(1)屏蔽电机的主泵旋转轴本身结构较为简单,没有向外延伸的部分,所以在液体输送的过程中不会泄露,在这种情况下,即便是轴密封系统失灵,或者出现突发的断电情况,其也不会泄露冷却剂,整个核电站也因此运行更为高校。
(2)该系统中,省略了轴密封设备和相关的辅助设备,机组运行变得更为简便,大大降低了后期维护和检修泵的工作量,并且也没有联轴器这种构造,所以也就不会出现了机组对中这个问题。
AP1000核电/反应堆冷却剂压力边界泄漏及其探测研究摘要:AP1000核电厂反应堆冷却剂压力边界相对于传统压水堆有所简化,完整性比传统设计更加可靠,但由于采用了先漏后破技术,屏蔽电机主泵、无引漏压力边界隔离阀、无泄漏爆破阀等设备,以及与非能动专设安全设施的接口所带来的压力边界组成差异,使得AP1000反应堆冷却剂压力边界的泄漏及其探测手段相对于传统压水堆有所不同。
本文总结了AP1000反应堆冷却剂压力边界泄漏及其探测手段的特点,分析了其与美国管理导则RG 1.45的符合性,并提出了合理化建议。
1.引言反应堆冷却剂系统(RCS)的安全功能之一是维持反应堆冷却剂压力边界(RCPB)的完整性。
除RCPB失效工况外,RCS作为压力边界在电厂所有运行工况下容纳反应堆冷却剂和/或应急堆芯冷却剂,限制放射性向安全壳内释放,并阻止一次侧系统向二次侧系统和环境的泄漏。
AP1000核电厂在传统成熟的压水堆核电技术的基础上,采用非能动的安全系统。
非能动设计理念的引入和屏蔽电机式反应堆冷却剂泵的采用,使得其设计与传统压水堆反应堆冷却剂系统有很大的不同。
AP1000核电厂的RCS系统包含一台反应堆压力容器、一台稳压器和两条环路,其中每条环路由一个热段主管道、两个冷段主管道、一台蒸汽发生器以及与之直接相连的两台反应堆冷却剂泵组成。
此外,还包括自动卸压系统和反应堆压力容器顶盖放气系统。
RCS的所有设备都布置在反应堆安全壳内。
由于应用了先漏后破技术,采用了屏蔽电机主泵、无引漏压力边界隔离阀、无泄漏爆破阀等设备,以及与非能动专设安全设施的接口所带来的压力边界组成差异,使得AP1000的RCPB泄漏及其探测手段相对于传统压水堆有所不同。
本文总结了AP1000的RCPB泄漏及其探测手段,分析了其与RG1.45的符合性,并提出合理化建议,对后续设计提供支持。
2.相关规范标准AP1000的RCPB泄漏探测主要遵循美国管理导则KG 1145《反应堆冷却剂压力边界泄漏探测系统的要求》。
·87·NO.12 2018( Cumulativety NO.24 )中国高新科技China High-tech 2018年第12期(总第24期)1 概述一回路系统又称反应堆冷却剂系统(RCS),作用是将核反应堆芯中核裂变产生的巨大能力转化成高温高压饱和蒸汽,通过蒸汽系统传送到汽轮机转子,从而带动发电机转子高速运转来切割发电机腔室内部的磁感线进而转化为电能。
美国西屋公司设计的AP1000反应堆冷却剂系统是由环路1、环路2两条环路构成,每环路包括反应堆冷却剂泵两台、蒸汽发生器(SG)1台、冷管2段、冷却剂主管道热管1段。
其中两条环路与反应堆压力容器共同组成闭式循环回路,如图1所示。
图1 AP1000反应堆冷却剂系统通过研究RCS核心设备安装技术,对第三代先进压水堆机组建设具有重要借鉴意义。
2 RCS系统主设备简介2.1 反应堆压力容器(RPV)筒体内径Φ3990mm,筒体壁厚203mm,总高12200mm,总重273t,属于安全A级、抗震I类 设备。
2.2 主管道(RCL)环路1、环路2作为构成反应堆冷却剂系统的最主要的两个环路,每个环路包括2个冷段管段、1个热段管段。
冷段内径Φ559mm;热段内径Φ787mm;冷段长6.36m,热段长4.95m。
2.3 蒸汽发生器(SG)蒸汽发生器上部直径Φ5576mm,下部直径Φ4383mm,总高24826.8mm,单台净重约624.2t,属于安全A级和抗震I类设备。
2.4 反应堆冷却剂泵(RCP)AP1000的反应堆冷却剂泵是屏蔽电机泵,属于安全A级和抗震I类设备;泵名义功率:5.22MW,总高:6.69m,总重:67.4t。
2.5 稳压器(RCS)稳压器通过波动管与主回路热段相连,每个反应堆设置一台稳压器。
设备整体呈圆柱形,外形尺寸约为Φ2775mm×13739mm,重约100t。
AP1000反应堆冷却剂系统主设备安装技术研究张 震(山东核电有限公司,山东 海阳 265116)摘要:海阳核电AP1000项目是世界第一批在建第三代先进压水堆机组,采用的非能动安全系统技术具有无可比拟的先进性。
AP1000屏蔽电机主泵关键部件质量控制主泵关键部件的质量控制工作是AP1000屏蔽电机制造过程中最重要的部分,也是影响屏蔽电机后期使用效果的关键因素。
由于近年来,很多新型的科学技术手段涌入社会的发展中,所以相关制造团队为了提高AP1000屏蔽电机整体的质量和使用效果,不仅在控制关键部件质量的同时,深入的研究关键部件的性能和设计理念,同时还将一些先进的技术手段应用到了屏蔽电机的制造与质量控制工作中。
但目前AP1000屏蔽电机主泵关键部件的质量控制工作在实际开展的过程中,还是会由于一些因素的影响而出现问题,所以需要相关科研部门能够提高对关键部件质量控制工作的重视。
1 AP1000屏蔽电机主泵概述AP1000反应堆冷却剂泵(简称主泵)是美国柯蒂斯怀特流体控制公司所属的EMD工厂依据前期军堆的使用经验和三代核电技术要求,专门为1000MW核电机组设计的屏蔽电机主泵。
AP1000反应堆系统设计为两个回路,每个回路的蒸汽发生器底部各悬挂两台主泵。
主泵电机内腔室、泵腔室及一回路连通,电机壳体与泵壳共同组成主泵的压力边界,如图1所示。
为实现屏蔽主泵的无泄漏、高转动惯量、免维修性等先进设计理念和功能,必须对主泵结构、材料等进行优化设计。
如,为防止冷却剂与定转子铁芯接触受到侵蚀,定子内壁和转子外圆分别焊接一个薄壁屏蔽套;为获得高的转动惯量,在有限的腔室空间内设置两个乌金飞轮;为在没有顶轴和止逆装置的冷却剂中支撑主泵转子,设置了带有预紧力的推力轴承。
上述几种部件对保持屏蔽电机主泵的先进性和安全性发挥着至关重要的作用。
AP1000首堆主泵在制造过程中出现了一系列质量问题,其中屏蔽套、飞輪、轴承等主要部件质量问题较多,是监造质量控制的重点。
本文结合前期项目的典型质量案例对问题的成因进行了分析,并从技术和管理的角度提出应关注的质量控制要点。
2 AP1000屏蔽电机主泵关键部件质量控制要点2.1 轴承的质量控制要点轴承是AP1000屏蔽电机主泵中最基础的关键部件之一,也是保证屏蔽电机质量和正常运行的关键。