哈工大 热力发电厂设备 第5节
- 格式：pdf
- 大小：1.23 MB
- 文档页数：19
10
轴轴密密封封式式反反应应堆堆冷冷却却剂剂泵泵
轴封泵技术特点：采用常规的鼠 笼式感应电机，成本降低，效率 提高，比屏蔽泵效率高10-20%
电机部分可装一只很重飞轮，提 高了泵的惰转性能，从而提高了 电厂断电事故时反应堆的安全性
轴密封技术同样可以严格控制泄 漏量
维修方便，轴封结构更换仅需要 10h左右
32
8
气蚀： 又称为泵的净吸入扬程，是用来判断水泵是否发
生气蚀的物理量。 气蚀是这样一种现象：由于流体动力作用，运动
液体的局部压力降低到液体问的下的饱和压力 时，液体就开始汽化而生成气泡。气泡随液体到 达静压超过饱和蒸汽压力的区域时，蒸汽突然凝 结而使气泡破裂，这种破裂在很短时间内发生， 周围的液体以极高的速度向气泡原来所占空间冲 去，产生了强烈的高频水力冲击，从而使泵的构 件收到严重损伤。这种液体汽化、气泡产生、蒸 汽凝结、气泡破裂的整个过程及其一系列现象， 称为气蚀。
21
2号轴封具有承受一回路冷却剂系统运行压力的能 力，所以它的另一功能是作为1号轴封损坏时的备 用轴封。如果1号轴封损坏，无论主泵在转动状态 或静止状态，2号轴封都能在RCP系统压力下短时 间代替1号轴封。当1号轴封损坏时，主控室内指 示和报警“1号轴封泄漏量高”，操纵员应关闭1号轴 封泄漏阀，将1号轴封全部泄漏量都通过2号轴 封，让1号轴封作为主要轴封使用。电厂随后按正 常程序停堆，以便更换损坏的轴封。
22
在正常运行中，温度为 55 ℃的轴封注入水以高于 一 回 路 冷 却 剂 系 统 的 压 力 （ 约 15.8MPa ） 进 入 泵 中 ， 流 量 约 为 1.8m3/h ， 在 1 号 轴 封 产 生 15.5MPa 的压降。此注入水中大约1.1m3/h经过泵轴泵和热
屏向下流动，并进入一回路冷却剂系统中，这就
31
泵的特性参数
1）流量：单位时间输送液体的体积流量，（ m3/h） 2）扬程：扬程是泵所抽送的单位重量液体从泵进口
处到泵出口处能量的增值。 3）转速：r/min 4）功率：轴功率、有效功率、电机功率
轴功率：电动机输送给轴上功率； 有效功率：ρghQ 电机功率： 5）效率：有效功率/轴功率
25
26
温控法调整泄漏
飞轮
对现有主泵机组，飞轮都装在电机内。当发生断 电事故时，飞轮是关系反应堆安全的重要因素， 它的破坏将带来严重后果，因此，飞轮采用优质 锻钢制成，并经100%超声波探伤检查。
飞轮的主要功能是增加转轴部件的转动惯量，在 断电事故时，维持反应堆冷却剂系统内必要的惯 性流量，随后依靠自然循环，进一步带走反应堆 衰变热量，确保堆芯安全。
变的。
23
24
6
3号密封由一根立管提供静压 头，立管内水柱高出3号密封 2m，从而使2号密封建立并保持 了0.02MPa的背压。它的1／2流
量流经密封的上游例，冲洗、冷 却和润滑摩擦面，并排人2号密 封泄漏管线，另外1／2流量流过
密封的下游侧，冲洗轴封末端并
排人排气疏水系统。立管水位还 起对2号密封的监测作用。若2号 密封损坏，水位上升；若3号密
西屋和德国KSB两大类型：
13
轴封泵密封结构和工作原理 在泵轴末端附近设置轴封组件，它的作用是保证
在电厂正常运行期间，从反应堆冷却剂系统沿主 泵泵轴向安全壳气空间的反应堆冷却剂泄漏量基 本为零。 轴封组件的三级密封自下而上依次称为 1号、2号、 3号密封，其中前两道是按承受全部系统压力设计 的轴封，而第三道密封只是一个泄漏水导硫袖 封，即将第二道密封的泄漏水导流至收集点。密 封是指逻免反应堆冷却剂系统的水泄漏至安全壳 气空间。
18
轴封
19
20
5
2号密封的主要作用是阻挡1号密封的泄漏，它作 为1号密封损坏时的备用密封，在1号密封失效 时，承受全部运行压力，维持一段时间〔30 min) 以便停运反应堆冷却剂泵。
2号密封是一种具有摩擦面的密封。动环密封面材 料为碳化铬，静环密封面材料为石墨。这些密封 面材料叫做摩擦副，可以更换。 2号密封的润滑由 1号密封泄漏量的一小部分来保证。很小的流量流 过2号密封，流过2号密封的密封水通过2号密封引 漏接管收集到反应堆冷却剂疏水箱内。正常工况 下，2号密封前的压力为0.45MPa，2号密封前后 压差为0.35MPa，通过2号密封的泄漏量为7.6L／ h，这与1号密封的泄漏量相比是很小的。
封损坏，立管水位下降。
3号轴封是一个摩擦面双侧型轴封。结构基本与 3 号轴封相同，但不是按照承受全部系统压力设计 的，它的作用是引导2号轴封的泄漏水转送到核岛 疏水系统去，以避免泄漏水流到安全壳内和含硼 水流到泵末端产生硼结晶。
在3号轴封故障的情况下，主泵可保持运行。由于 此时冷却剂向安全壳泄漏，应密切监视辐射水平。
管路系统特性曲线与泵的H-qv曲线的交点为该系统的工作 点。在此点流体所需的能量与泵提供的能头相平衡。由于 工作点可定出泵的工作流量qv和扬程等参数。在确定工作 点，应尽可能使工作点处于泵的高效区范围内，以提高运 行的经济性。
35
AP1000 (1)APl000的主泵是屏蔽泵，是美国电气机械公司(EMD)独 自 开 发 用 于 APl000 的 主 泵 。 与 以 往 采 用 的 轴 封 式 主 泵 不 同，屏蔽泵电机功率为 5500kW ， 60Hz ， 6900V ， 其功 率 之大、要求之高，使制造过程存在很大困难。电机壳体及 用镍基合金材料屏蔽的电机转子和定子均是一回路介质的 压力边界，不允许一回路带有放射性的水外泄。因此，对 厚度仅 为 0.381mm 的 屏蔽套 材料 (HASTEIIOY-C276) 的 焊 接和冷、热装配，以及水石墨润滑轴承、陶瓷密封端子、 主泵叶轮和导叶等零部件的加工和装配精度要求极高；在 电机轴上还装有3个轴承，2个径向和1个双向推力轴承， 并带有2个转动惯量很大的飞轮，而且屏蔽泵必须在 1：1 的试验回路上进行型式试验，在各种性能都满足APl000核 电厂要求后，才能正式投入产品的生产。在第4套核电机 组上至少有2台国产屏蔽泵参与机组运行。
分类： 屏蔽泵 轴密封泵
屏蔽泵 屏蔽泵又称无填料泵，泵的叶轮和电机转子连成 一体。并装在同一只密封壳体内，因此消除了冷 却剂外漏的可能性，这种泵在核动力潜艇早已使 用，经验证明其工作是安全可靠的。美国、苏联、 法国的早期核电厂也曾使用屏蔽泵。
3
i Im
iA
iB
iC
o 三相电流合成磁 场 的分布情况
9
屏蔽泵一般用于容量较小的动力装置。据有关资 料，最大的屏蔽泵功率为2260KW。也有人建议对 屏蔽泵进行改进用于常规锅炉及核电厂，例如有 人提出采用湿定子的屏蔽泵，电机转子绕组使用 特制的塑料导线绕成，水在电动机绕组间循环以 加强冷却，由于没有屏蔽套，它的效率比一般屏 蔽泵高，但因转子阻力大，仍比常规电机低。
第一章 压水堆核动力装置一回路设备
1.3反应堆冷却剂泵（主泵）
功能：反应堆冷却剂泵（以下简称核主泵）是核电站的重 要设备，被喻为反应堆冷却系统的心脏，其主要功能是将 反应堆冷却剂升压，克服冷却剂在反应堆、蒸汽发生器以 及主管路中流动的阻力，保证反应堆冷却剂在一回路中不 断地循环流动。将反应堆产生的热量，通过冷却剂传输给 蒸汽发生器。
15
14
16
4
机械密封组件是核主泵上最容易损坏的部件。根 据 对 主 泵 工 作 情 况 调 查 ， 70% 以 故 障 来 自 机 械 密 封，其中一号机械密封泄漏量持续增大是主要故 障模式之一。期间如果机械密封出现降级或失 效，或者机械密封注入水系统压力出现波动都致 一号机械密封泄漏量持续增大，泄漏情况严重时 会导致机组的核安全及运行事故。为保证机组运 行安全，运行程序中对一号机械密封泄漏量进行 了 明 确 规 一 号 机 械 密 封 泄 漏 量 低 报 警 值 为 200 L/h，高报警值为 1100 L/h ，泄漏量高停为 1200 L/h。当出现泄漏量高报警时，主泵将自动停运。 如果出现泄漏量低报按照报警卡要求可能需要手 动停运主泵。
17
1号密封位于泵轴承上方，它是密封组件中最重要 的部件，又称主密封。它是一种密封表面被此不 接触的依靠液膜悬浮的流体动力密封。液膜是由 通过此级密封上下游间的压降建立的，因而存在 可控泄漏。液膜的形成不需要轴旋转。它的主要 部件是一个随轴一起转动的动环和不转动的静 环，动环和静环都是不锈钢圆环，表面涂氧化铝 （耐磨），动环和静环的两个断面之间有一层薄 水膜相隔，因而不会直接接触产生磨损。在运行 中如果两个表而接触，密封就会被破坏，并将发 生过量泄漏。1号密封的压降约为15.4MPa，对应 的泄漏量为0.7m3／h。
33
在 一 定 转 速 下 ， 扬 程 与 流 量 （ H-qv ） ， 功 率 与 流 量 （ P-qv ） 以 及 效 率 与 流 量 （ η -qv ） 三 组 关 系 曲 线称为泵的特性曲线。这些特性曲线都是实验得 到的。
由图可知，效率曲线具有最高值，若泵的设计工 况点取在此值附近，则使用最为经济合理。
基本要求：（冷却剂系统中唯一回转机构） 1）能够长期在无人维护条件下安全可靠地工作 2）便于维修，辅助系统简单 3）主泵转动组件应提供足够的转动惯量，以使在全厂断电情
况下，利用主泵惰转提供足够的流量，使堆芯得到适当冷 却。 4）过流部件表面材料要求采用耐腐蚀材料 5）冷却剂（带放射性）泄漏要少
2
泵壳
（反应堆冷却剂系统压力边界、进出口焊接在一回路）
叶轮
（铸钢、7个叶片、热装加键固定）
吸入导流管和扩压器
（吸入叶轮中心，速度头转为静压头）
泵轴承
（提供径向支撑、对中）
热屏组件
（入口35℃，Q=8.5-9.1m3/h，维持上方72 ℃）
11
12
3
轴轴密密封封式式反反应应堆堆冷冷却却剂剂泵泵 轴密封式主泵一般为立式单级离心泵。分为美国
轴轴密密封封式式反反应应堆堆冷冷却却剂剂泵泵
轴封泵技术特点：采用常规的鼠 笼式感应电机，成本降低，效率 提高，比屏蔽泵效率高10-20%
电机部分可装一只很重飞轮，提 高了泵的惰转性能，从而提高了 电厂断电事故时反应堆的安全性
轴密封技术同样可以严格控制泄 漏量
维修方便，轴封结构更换仅需要 10h左右
32
8
气蚀： 又称为泵的净吸入扬程，是用来判断水泵是否发
生气蚀的物理量。 气蚀是这样一种现象：由于流体动力作用，运动
液体的局部压力降低到液体问的下的饱和压力 时，液体就开始汽化而生成气泡。气泡随液体到 达静压超过饱和蒸汽压力的区域时，蒸汽突然凝 结而使气泡破裂，这种破裂在很短时间内发生， 周围的液体以极高的速度向气泡原来所占空间冲 去，产生了强烈的高频水力冲击，从而使泵的构 件收到严重损伤。这种液体汽化、气泡产生、蒸 汽凝结、气泡破裂的整个过程及其一系列现象， 称为气蚀。
21
2号轴封具有承受一回路冷却剂系统运行压力的能 力，所以它的另一功能是作为1号轴封损坏时的备 用轴封。如果1号轴封损坏，无论主泵在转动状态 或静止状态，2号轴封都能在RCP系统压力下短时 间代替1号轴封。当1号轴封损坏时，主控室内指 示和报警“1号轴封泄漏量高”，操纵员应关闭1号轴 封泄漏阀，将1号轴封全部泄漏量都通过2号轴 封，让1号轴封作为主要轴封使用。电厂随后按正 常程序停堆，以便更换损坏的轴封。
22
在正常运行中，温度为 55 ℃的轴封注入水以高于 一 回 路 冷 却 剂 系 统 的 压 力 （ 约 15.8MPa ） 进 入 泵 中 ， 流 量 约 为 1.8m3/h ， 在 1 号 轴 封 产 生 15.5MPa 的压降。此注入水中大约1.1m3/h经过泵轴泵和热
屏向下流动，并进入一回路冷却剂系统中，这就
31
泵的特性参数
1）流量：单位时间输送液体的体积流量，（ m3/h） 2）扬程：扬程是泵所抽送的单位重量液体从泵进口
处到泵出口处能量的增值。 3）转速：r/min 4）功率：轴功率、有效功率、电机功率
轴功率：电动机输送给轴上功率； 有效功率：ρghQ 电机功率： 5）效率：有效功率/轴功率
25
26
温控法调整泄漏
飞轮
对现有主泵机组，飞轮都装在电机内。当发生断 电事故时，飞轮是关系反应堆安全的重要因素， 它的破坏将带来严重后果，因此，飞轮采用优质 锻钢制成，并经100%超声波探伤检查。
飞轮的主要功能是增加转轴部件的转动惯量，在 断电事故时，维持反应堆冷却剂系统内必要的惯 性流量，随后依靠自然循环，进一步带走反应堆 衰变热量，确保堆芯安全。
变的。
23
24
6
3号密封由一根立管提供静压 头，立管内水柱高出3号密封 2m，从而使2号密封建立并保持 了0.02MPa的背压。它的1／2流
量流经密封的上游例，冲洗、冷 却和润滑摩擦面，并排人2号密 封泄漏管线，另外1／2流量流过
密封的下游侧，冲洗轴封末端并
排人排气疏水系统。立管水位还 起对2号密封的监测作用。若2号 密封损坏，水位上升；若3号密
西屋和德国KSB两大类型：
13
轴封泵密封结构和工作原理 在泵轴末端附近设置轴封组件，它的作用是保证
在电厂正常运行期间，从反应堆冷却剂系统沿主 泵泵轴向安全壳气空间的反应堆冷却剂泄漏量基 本为零。 轴封组件的三级密封自下而上依次称为 1号、2号、 3号密封，其中前两道是按承受全部系统压力设计 的轴封，而第三道密封只是一个泄漏水导硫袖 封，即将第二道密封的泄漏水导流至收集点。密 封是指逻免反应堆冷却剂系统的水泄漏至安全壳 气空间。
18
轴封
19
20
5
2号密封的主要作用是阻挡1号密封的泄漏，它作 为1号密封损坏时的备用密封，在1号密封失效 时，承受全部运行压力，维持一段时间〔30 min) 以便停运反应堆冷却剂泵。
2号密封是一种具有摩擦面的密封。动环密封面材 料为碳化铬，静环密封面材料为石墨。这些密封 面材料叫做摩擦副，可以更换。 2号密封的润滑由 1号密封泄漏量的一小部分来保证。很小的流量流 过2号密封，流过2号密封的密封水通过2号密封引 漏接管收集到反应堆冷却剂疏水箱内。正常工况 下，2号密封前的压力为0.45MPa，2号密封前后 压差为0.35MPa，通过2号密封的泄漏量为7.6L／ h，这与1号密封的泄漏量相比是很小的。
封损坏，立管水位下降。
3号轴封是一个摩擦面双侧型轴封。结构基本与 3 号轴封相同，但不是按照承受全部系统压力设计 的，它的作用是引导2号轴封的泄漏水转送到核岛 疏水系统去，以避免泄漏水流到安全壳内和含硼 水流到泵末端产生硼结晶。
在3号轴封故障的情况下，主泵可保持运行。由于 此时冷却剂向安全壳泄漏，应密切监视辐射水平。
管路系统特性曲线与泵的H-qv曲线的交点为该系统的工作 点。在此点流体所需的能量与泵提供的能头相平衡。由于 工作点可定出泵的工作流量qv和扬程等参数。在确定工作 点，应尽可能使工作点处于泵的高效区范围内，以提高运 行的经济性。
35
AP1000 (1)APl000的主泵是屏蔽泵，是美国电气机械公司(EMD)独 自 开 发 用 于 APl000 的 主 泵 。 与 以 往 采 用 的 轴 封 式 主 泵 不 同，屏蔽泵电机功率为 5500kW ， 60Hz ， 6900V ， 其功 率 之大、要求之高，使制造过程存在很大困难。电机壳体及 用镍基合金材料屏蔽的电机转子和定子均是一回路介质的 压力边界，不允许一回路带有放射性的水外泄。因此，对 厚度仅 为 0.381mm 的 屏蔽套 材料 (HASTEIIOY-C276) 的 焊 接和冷、热装配，以及水石墨润滑轴承、陶瓷密封端子、 主泵叶轮和导叶等零部件的加工和装配精度要求极高；在 电机轴上还装有3个轴承，2个径向和1个双向推力轴承， 并带有2个转动惯量很大的飞轮，而且屏蔽泵必须在 1：1 的试验回路上进行型式试验，在各种性能都满足APl000核 电厂要求后，才能正式投入产品的生产。在第4套核电机 组上至少有2台国产屏蔽泵参与机组运行。
分类： 屏蔽泵 轴密封泵
屏蔽泵 屏蔽泵又称无填料泵，泵的叶轮和电机转子连成 一体。并装在同一只密封壳体内，因此消除了冷 却剂外漏的可能性，这种泵在核动力潜艇早已使 用，经验证明其工作是安全可靠的。美国、苏联、 法国的早期核电厂也曾使用屏蔽泵。
3
i Im
iA
iB
iC
o 三相电流合成磁 场 的分布情况
9
屏蔽泵一般用于容量较小的动力装置。据有关资 料，最大的屏蔽泵功率为2260KW。也有人建议对 屏蔽泵进行改进用于常规锅炉及核电厂，例如有 人提出采用湿定子的屏蔽泵，电机转子绕组使用 特制的塑料导线绕成，水在电动机绕组间循环以 加强冷却，由于没有屏蔽套，它的效率比一般屏 蔽泵高，但因转子阻力大，仍比常规电机低。
第一章 压水堆核动力装置一回路设备
1.3反应堆冷却剂泵（主泵）
功能：反应堆冷却剂泵（以下简称核主泵）是核电站的重 要设备，被喻为反应堆冷却系统的心脏，其主要功能是将 反应堆冷却剂升压，克服冷却剂在反应堆、蒸汽发生器以 及主管路中流动的阻力，保证反应堆冷却剂在一回路中不 断地循环流动。将反应堆产生的热量，通过冷却剂传输给 蒸汽发生器。
15
14
16
4
机械密封组件是核主泵上最容易损坏的部件。根 据 对 主 泵 工 作 情 况 调 查 ， 70% 以 故 障 来 自 机 械 密 封，其中一号机械密封泄漏量持续增大是主要故 障模式之一。期间如果机械密封出现降级或失 效，或者机械密封注入水系统压力出现波动都致 一号机械密封泄漏量持续增大，泄漏情况严重时 会导致机组的核安全及运行事故。为保证机组运 行安全，运行程序中对一号机械密封泄漏量进行 了 明 确 规 一 号 机 械 密 封 泄 漏 量 低 报 警 值 为 200 L/h，高报警值为 1100 L/h ，泄漏量高停为 1200 L/h。当出现泄漏量高报警时，主泵将自动停运。 如果出现泄漏量低报按照报警卡要求可能需要手 动停运主泵。
17
1号密封位于泵轴承上方，它是密封组件中最重要 的部件，又称主密封。它是一种密封表面被此不 接触的依靠液膜悬浮的流体动力密封。液膜是由 通过此级密封上下游间的压降建立的，因而存在 可控泄漏。液膜的形成不需要轴旋转。它的主要 部件是一个随轴一起转动的动环和不转动的静 环，动环和静环都是不锈钢圆环，表面涂氧化铝 （耐磨），动环和静环的两个断面之间有一层薄 水膜相隔，因而不会直接接触产生磨损。在运行 中如果两个表而接触，密封就会被破坏，并将发 生过量泄漏。1号密封的压降约为15.4MPa，对应 的泄漏量为0.7m3／h。
33
在 一 定 转 速 下 ， 扬 程 与 流 量 （ H-qv ） ， 功 率 与 流 量 （ P-qv ） 以 及 效 率 与 流 量 （ η -qv ） 三 组 关 系 曲 线称为泵的特性曲线。这些特性曲线都是实验得 到的。
由图可知，效率曲线具有最高值，若泵的设计工 况点取在此值附近，则使用最为经济合理。
基本要求：（冷却剂系统中唯一回转机构） 1）能够长期在无人维护条件下安全可靠地工作 2）便于维修，辅助系统简单 3）主泵转动组件应提供足够的转动惯量，以使在全厂断电情
况下，利用主泵惰转提供足够的流量，使堆芯得到适当冷 却。 4）过流部件表面材料要求采用耐腐蚀材料 5）冷却剂（带放射性）泄漏要少
2
泵壳
（反应堆冷却剂系统压力边界、进出口焊接在一回路）
叶轮
（铸钢、7个叶片、热装加键固定）
吸入导流管和扩压器
（吸入叶轮中心，速度头转为静压头）
泵轴承
（提供径向支撑、对中）
热屏组件
（入口35℃，Q=8.5-9.1m3/h，维持上方72 ℃）
11
12
3
轴轴密密封封式式反反应应堆堆冷冷却却剂剂泵泵 轴密封式主泵一般为立式单级离心泵。分为美国
