PWR冷却剂主循环泵的技术履历和成长
黄经国上海凯士比泵有限公司200245
摘要:回首了PWR核电厂冷却剂主循环泵(主泵)从屏蔽电泵到轴封式泵的技术履历与成长,从核安全要求告竣的技术共识,和自立化技术背景下主泵的技术气势派头与流派。介绍了主泵技术的改进与创新,和采用非能动安全系统、优化及简化的NSSS中,第三代PWR主泵有关的问题。
要害词:压水堆冷却剂主循环泵(主泵)技术履历技术气势派头与流派技术共识设计准则改进与创新非能动安全系统内置泵堆内泵
1、前言
压水堆(P WR)核蒸汽供应系统(NSSS)中,反应堆冷却剂主循环泵(下称主泵)是独一的转动设备,它的靠患上住性直接影响到反应堆的安全运行。按ASME核设备的安全等级分类标准,主泵是属于核安全一级。
主泵在军事和商用上问世之初,即遭到广泛存眷,技术性能与靠患上住性前进很快。步入轴封式泵的时代,主泵的商用化要求泵的设计必须采用最成功的经验。在美国甚至成立了一个公用事业顾问委员会,帮助评论和改进轴封式泵的早期设计。有实力的知名泵制造厂商,致力于自立开发主泵,步入核电市场。资源匮乏而急于成长核电的国度,则周全引进核电技术,其中也包括主泵的技术。国际上主泵成长的履历表白,自立开发和技术引进两种模式都获患上了成功。在政府推动下,核电技术自立化进程进展快速。不同技术背景的自立化,形成为了不同技术气势派头的主泵,并且长期并存。
本文回首了主泵技术成长履历,主泵技术上的共性及不同的技术气势派头与独特之处,技术上的改进与创新,对第三代核电技术的主泵的有关问题作了初步探讨,相信对于成长我国自立的主泵技术的思路上会有所启迪。
2、主泵的技术履历和技术流派
起源于军用反应堆的屏蔽电机主泵,在商用试验堆上被优先选用,轴封式主泵则被开发,尝试使用并定型于300MW级的商用堆。尽管主泵在成长的初期,或多或少有些知识产权上的局限,可是美国和欧洲都履历了相类的成长阶段。1955-1965年是屏蔽式电机泵向轴封式泵成长的重要阶段,核电机组容积为200-300MW等级,大都是属于试验性的商用堆。1965-1970年为商用堆成长的过渡阶段,机组容积为400-650MW,轴封式主泵在此期间患上到了充分的成长与完善。主泵技术的成熟期是在1970-1980年,NSSS有了3个环路的标准设计,单环路功率为300-350MW,机组功率为900-1000MW。主泵功率由4000kW提高到6500kW。1980年往后,开发了4环路NSSS的标准设计,机组功率达到了1300-1500MW。
美国是率先成长核电的国度,世界上430多座核电站中,约莫有四分之一健存美国。通用电气公司(General Electric Corp.,GE)和西屋电气公司(Westinghouse Electric Corp.,WH)分新奇力于沸水堆(BWR)和压水堆(PWR)核电技术的开发。关于主泵这一重要的设备,两家集团公司有不同的经营政策,通用公司是从著名的泵制造厂商采集购买,西屋公司安排下属的以生产电机为主业的电气机械分部(Electro-Mechanical Division,EMD)开发主泵,为西屋设计NSSS的配套。在欧洲,核电的成长基本上与美国同时起步,ABB,KWU等核岛设备总包商,在主泵上选择了与GE相同的政策,向泵、阀的专业制造厂商采集购买。不同的产物主业和专业技术,不同的制造工艺和生产设备,不同的技术秘闻和传统经验,在开发有相同的核安全一级的技术质量要求的PWR主泵任务中,体现了各自的技术气势派头,形成为了不同的技术流派。
2.1三轴承轴系的美式气势派头主泵
为西平港(Shipping Port)商用试验堆提供了屏蔽电抗式气轴封泵后,西屋公司开发了用于单环路功率为150-170MW NSSS配套的63型轴封式主泵。该型号泵1963年首先安装在康涅狄格州(Connecticut)的扬基(Yankee)300MW核电机组,1965年用于南加州(S.California)圣奥诺弗来(SanOnofre)核电站的450MW机组,进行了改进和完善。轴密封和密封系统中的问题,大部分是在这个电站中解决的。单泵最长运行42,000小时,随后完成为了初步设计定型。63型泵的运行参数为:
流量Q=61,900 gpm(14,018 m3/h)
扬程H=240 ft(73 m)
转速n=1,180 rpm(60HZ)
电机功率Nm=4,000 HP(2980 kW)
定型的主泵结构设计即是所说的的三轴承支承的轴系结构(图1)
(图1三轴承轴系结构主泵略)
--电机轴与泵轴用刚性联轴器直联,双向主推力轴承布置在电机顶部,与电机两个油润滑导轴承中的上部导轴承组合成一体式结构。在泵部分的第三个导轴承是水润滑轴承。
--轴密封系统由三道密封组成:第一道是可控泄漏密封,第二道是特殊设计的端面机械密封,第三道是端面机械密封,有2尺(610mm)液柱的背压,防止干磨和汽化,形成为了西屋特色的轴密封系统的基本情势。
--泵机组的结构刚性,转子动力学和电机与泵之间的轴系对中问题,是结构设计、计较和制造、安装中的要害点。
在往后的十多年的成长PWR轴封式主泵的鼎盛时期中,以电机制造为主业的EMD一直基于这种三轴泵结构,进行主泵的研究和完善工作。应该说明的是,除了主泵外EMD的核电产物另有反应堆的控制棒驱动机谈判一回路中的核级阀门上,EMD主泵系列中的型号见表1。
表1西屋公司的轴封式主泵(略)
附注:
1)泵的名义流量(gpm)除以1000患上到的数字表示主泵型号。
2)泵型号后的英文字母表示电源频率,A代表60HZ,D代表50HZ,字母后的数字1表示第一次改进设计。
3)数字后无字母的泵型号,是西屋公司的海内用泵,均为60HZ电源。
作为压水堆NSSS技术的领跑者和技术的转让方,西屋公司成为外国核电技术受让方公司的仿效对象,甚至在产物结谈判生产体系上也加以模仿。
法国法马通核能公司(Framatorne ANP)下属的日蒙公司(Jeumont AG)是西屋主泵技术的受让方,它是一家传统的电气扭转机械制造商,主导产物是电动机和柴油发电机组。
1965年日蒙公司为位于休斯(Chooz)的法国第一座商用核电站250MW机组提供了4台屏蔽电机式主泵和控制棒驱动机构。1960年代下半叶,从93D型号起步患上到西屋公司主泵许可证转让技术,到1979年末已建造和正在建造的主泵超过了100台,成为法国独一一家生产PWR轴封式主泵,反应堆控制棒驱动机谈判和快中子增生堆(FBR)的液态金属钠循环的制造公司。
日本是较早成长核电的国度之一,走的也是引进技术成长核电的道路。从美国购买成套核电设备的同时,引进相应的技术,东芝(TOSHIBA)和三菱重工(MHI)分别引进了美国GE公司的BWR和西屋公司的PWR核电技术。1968年关西电力(株)采集购买了63型主泵用于美滨一号340MW核电机组,1970年又采集购买了两台93A型主泵用于美滨二号500MW核电机组,三菱重工(MHI)则引进了93A型主泵技术。引进主泵技术的受让方,高砂制作所(TAKASACO Machinery Works,TMW)是MHI的设计和制造大型扭转机械的主要工厂,其主导产物是核电和火电主汽轮机,燃气轮机,水轮泵,风机与压缩机,泵及冷冻设备。从西屋公司引进的93型,93A型和100型主泵的国产化和研究改进工作都在该工厂实行。1979年国产化,93A型泵用于九州电力(株)的玄海1号560MW核电机组。1987年国产化的100D型泵用于北海道电力(株)泊1号580MW核电机组。
比利时的主泵技术受让方ACEC也是一家用电器机制造商,从美国结合离心泵公司(United Centrifugal Pumps,UCP)引进了API 610标准的石化工业泵系统。并升级转化为用于PWR的核2、3级泵。1970年代引进西屋公司主泵技术后,为400MW等级机组提供主泵,随后成长为本国1000MW级核电机组提供93D型和100D型主泵。
西屋公司EMD和其它主泵技术受让方公司至少为全球一半以上的PWR核电站提供了这种三轴承结构的美式气势派头主泵。应该说明的是,统一时期中,美国著名的泵制造公司,比如拜化-杰克逊公司(Byron-Jackson,BJ),宾汉-威里梅特公司(Bingham-Willamette limited,BW)开发的主泵,只能按三轴承结构的设计柜架生产,才能纳入西屋公司主泵供货商的名单地。她们更多的是向美国沸水堆(BWR)核电站的总包商GE公司提供BWR用的主泵。两种主泵的驱动电机大多数是选择GE的产物。
美国另外一家核电站NSSS的总包商,燃烧工程公司(Combustion Engineering,CE)在美国成立了与KSB AG合资的泵公司CE-KSB,周全引进KSB AB的包括主泵在内的核泵技术,为自己的核岛系统配套主泵。
2.2四轴承轴系的欧式气势派头主泵
欧洲有实力很强的集团公司设计常规火电站,并制造成套主要设备。在核电成长初期,她们很快地参与了核电市场,比如西门子(Siemens),ABB和KWU,主泵是从著名的泵制造商如KSB AG,Sulzer等公司采集购买。主泵与不同集团的电机产物匹配时有不同的技术接口,泵与电机采用挠性联轴器联接,高参数的双向作用推力轴承部件布置在泵的上部,是泵能与不同支承刚度和不同转子动力为电动机匹配的最好的选择。这样便形成为了四轴承轴系的欧式气势派头主泵(图2)。在泵上增长一道与主推力轴承一体化的油润滑导轴承,加上挠性联轴器,除了使泵和电机轴的对中便利以外,机组的抗震设计和波动阐发较容易阐发和处理。
德国KSB AG和瑞士Sulzer两家是采用气势派头相类似技术,自立开发主泵的泵、阀制造公司,都起步于轴封式主泵。1966年KSB AG为德国第一台商用试验堆,KWU的奥布里海姆(Obrigheim)350MW PWR核电机组提供了首次开发的RER 700型主泵,技术参数如下:
流量Q=14,450 m3/h
扬程H=72 m
转速n=1485 rpm
电机功率Nm=4200kW
(图2四轴承轴系结构主泵(略))
Sulzer起步稍迟一些,1968年Sulzer Pumps为荷兰的波舍尔(Borssele)核电站450MW的PWR机组生产了其首次开发的NPTVr 72-84型主泵。为了配合成长欧洲自己的,有球型安全壳的EPR设计,1971年SulzerAG和KSB AG双方投资在德国KSB AG总部法兰肯塔尔(Frankenthal)成立了生产核级泵的合资企业Sulzer-KSB核电公司(SKK)。1974年Sulzer AG出让了SKK的股权,SKK合并入了KSB AG。今后为Siemens-KWU和西屋公司的PWR核电站KSB AG生产了超过100台的主泵。
泵制造厂商为西屋公司生产三轴承轴系的主泵时,尽管电机的供应商都是名牌电机厂,比如Siemens、ABB和GE等,在解决电机与泵对中的问题上,比西屋的EMD有更多的问题需要解决。为此,KSB AG为主泵开发了具备特殊球顶结构的,端面齿(Hirth型)半刚性联轴器,很好地解决了这一问题。这也是GE与KSB AG在美国成立合资企业的缘故原由之一。
英国政府在压水堆(PWR)、沸水堆(BWR)和气冷堆(GCR)之间的徘徊中,选择了气冷堆。由于二氧化碳(CO2)作载热剂上的技术限制,GCR核电机组的最大功率只能达到英国中央发电局(CEGB)规定的常规火电机组的标准功率660MW。尽管有开发以氦气(He)作为载热剂的高温气冷堆(HTGCR)的成长规划,在1980年代末,CEGB还是选择了压水堆(PWR)作为1000MW级核电机组的堆型。
海沃特-泰勒(Hayward-Tyler&Co.,Ltd,HT)是美国最先开发PWR和BWR主泵的厂商。有趣的是,它的第一个核电主泵合同是出口合同,为意大利的科索(Caorso)核电站安装的,美国GE公司的840MW的BWR提供可变转速的轴封式主泵,来驱动堆内的喷射循环泵系统。
反应堆主泵是包括反应堆在内的NSSS系统中不可分割的一部分。作为NSSS核设备制造的总包商,西屋公司选用EMD的主泵,法马通公司选用日蒙公司的主泵是理所当然的。在著名的泵制造厂商逐渐淡出核电主泵市场的趋势下,KSB AG的主泵却一直在核设备市场上占有一席之地。主要的缘故原由在于,这种欧式气势派头主泵在技术上,在运行靠患上住性上有显著的优点。海内进口的主泵运行实践表白,KSB的主泵除了有高效率的水动力特性外,尽管本来就有推力轴承原固泵机组高度比三轴承轴系主泵要高出约0.7m左右,可是在电机联轴器却估测患上的扭转动轴的振动值(双振幅),要远远低于美式气势派头的直联泵,这已是一个不争的事实。以Cr-Ni钢群体锻造,用CNC机床加工,患上出的闭式的混流泵叶轮来替代传统的铸造的主泵叶轮,是KSB AG在主泵上,把专业技术发挥到极致的一个典范。
3、主泵的设计准则--核安全技术共识
(接上期)人们清楚地认识到,核电站的核泄漏变乱引发的灾难是不受国界的限制的。关于核电技术,尤其是核安全相关的技术交流以、技术合作和技术转让,在正常国度之间是不存在障碍的。核安全理念上的共识,成就了核安全技术上的共识。基于人们在轴封式主泵上多年开发和运行的实践,在反应堆主泵的设计和制造技术上告竣了一些共识,而作为主泵设计的准则。本文只对压水堆主泵有关的问题进行阐述和讨论。
3.1主泵功能的定位
反应堆冷却剂主循环泵是核电站最重要的设备之一,是NSSS中独一的扭转设备。从容积的含义上看,它不过是一个辅助设备,但事实上,的确可以把它看成是核电站的心脏。水冷却反应堆的靠患上住运行,在于它产生的热量由流经堆芯的冷却剂的强制循环传道输送出去,这是主泵的功能,因此,主泵在下列条件下,运送大量的冷却水:
--高的系统压力;
--高的媒质温度;
--尽可能少的轴密封泄漏;
--高的可利用率和易于维护。
3.2水动力设计
压水堆系统的起动压力高,约为15~20bar,正常运行时为150 bar。从安全设计出
发,泵的水容积应尽可能小一些,泵效率尽可能高一些。
泵可以选择高的工作转速n和比转速ns,对于同步转速n=1200rpm(60HZ)和n=1500rpm(50HZ),泵的比转速ns大都在n=400~500的混流泵范围。
重水加压水堆(HWPWR)的主泵,由于水容积的限制,必须采用蜗壳型的泵体,轻水加压水堆(LWPWR)大都采用轴对称的桶型或准球型泵壳,从瞬变工况减少热应力的观点起航,后一种泵壳构型会更好一些。
相同比转速ns的叶轮,轴面通道的形状是径向流型,还是混流型,会影响到径向力的大小;设计定见和设计方法的不同也会引起泵的四象限全特性曲线中,等扬程曲线H=O射线的位置,会在不同的象限。
泵体承压边界静密封的靠患上住性,要求泵体上与泵盖匹配的启齿直径尽可能减小,启齿直径的大小与叶轮,导叶体的水动力尺寸与构型是密切相关的。
3.3轴承与润滑冷却系统
重负荷参数[PV]12,000Nm/s.cm2的双向推力轴承,布置在电机顶部或泵上部,都需要有高压油顶升装配,后一种设计还带来了提高冷却能力的油冷器一体化的课题。与推力轴封一体化的导轴承与轴密封的距离,关系到密封处的轴振水平和轴密封的稳定运行。考虑到抑制轴承中的油膜振荡和机组对中时的调解,有中心支承可倾瓦的导轴承是最佳的选择。
泵内水润滑导轴承有流体动压型和流体静压型。叶轮的出口扬程是静压型的压力源,它无润滑水的限制,设计的径向负荷必须准确,这是轴承稳定运行的前提,主泵起动时和停机时,轴承的承载能力应加以存眷。以浸渍金属的石墨为轴瓦质料的动压轴承,润滑水温通常要求低于80℃,变乱工况下最高可达107℃。在冷却润滑水足够的场合,轴承可承受较高的比压。在确定水润滑导轴承尺寸时,在三轴承的静不定轴系中与在四轴承的静定轴系中,轴承的径向间隙和比压的差异也是应考虑的因素。事实上,在泵轴系的细节设计时,除了轴承以外,径向间隙处流体的动压或静压效应,和保证轴承润滑油或水循环的,内置螺旋泵叶轮、迷宫泵叶轮或镜板泵叶轮与系统与冷却器的匹配应十分仔细的考量和处理。
3.4轴密封与系统
轴密封是主泵的承压边界上,转动件与静止件间的界面部件,在保证承压边界的完整性上是要害部件。根据轴密封的工作参数,采用动、静摩擦的外貌不接触的可控泄漏密封是靠患上住的选择。由密封面间液膜形成方法而区分的流体静压密封和流体动压密封都是PWR主泵可以采用的成熟技术。核电站成功的运行程中经过验表白,PWR主泵选用下列密封组合是患上当的:
--三道流体动压密封,这是欧式气势派头主泵轴密封的典型设计;
--一道流体静压和一道流体动压密封,这是美式气势派头主泵轴密封的典型设计。
每道单独的密封,必须能承受系统的全压力靠患上住的运行,这是关于轴密封技术共识的重要论点。主泵采用三道流体动压密封的另一个缘故原由是,在NSSS的管泵作PT=235bar的水压试验时,无须拆卸轴密封,因为每级密封的压降约为50bar,但每级都按全压力来设计。确切地说,西屋公司开发的美式气势派头的主泵轴密封是由二道静压密封组成。当第一道静压密封失效后,第二道密封在全系统压力下,通过密封环与环座变形的控制,端面机械密封变化成为了斜面型密封面的静压密封。这是一款颇有创意的密封设计,法国人沿袭至今,不作改变。
在轴密封与水导轴承下方,布置检修用的静密封,这是主泵易于维修的安全要求所必须的设计。在轴密封通大气侧布置蒸汽密封,停泵安全密封,是不同系统的技术规范要求的安全性设计。
欧式气势派头和美式气势派头主泵轴密封的设计定型,应该说是根据成熟的高端技术的传统和习惯,进行优选的结果。KSB AG在奥布里海姆的RER700型主泵上,曾选用了二道流体静压密封(台阶密封面型)和一道流体动压安全密封,运行了58,000小时而无需维修。(图3)西屋公司在分叉河核电站(Forked River)1120MW核电机组的70型主泵上,也曾选用了三道流体动压密封和一道低压蒸汽密封,主泵安全运行了44,200小时后检修。上述两家公司成功的实例并没有改变轴密封最终的设计定型。诚然,实际运行的成功经验十分重要,可是自立化技术特长和传统的充分发挥,对高端技术的持续成长更为重要。
就设计定见而言,可控泄漏密封是借助了推力轴承的道理来形成密封面间的液膜的。可以以为:流体动压密封是米契尔(Michell)或金斯伯里(Kingsbury)可倾瓦块式动压轴承与机械密封的结合;流体静压密封则是固定油楔面的油囊式(Oil Pocket)静压轴承与机械密封的结合。密封面间微小的轴向间隙被磨损后,会影响泄漏的稳定。轴密封注入水必须通过流通粒径≤5μm的过滤器,才能步入密封腔,这是两种轴密封的共同的基本要求。除了高的靠患上住性以外,轴密封还必须满足:
--起动压力低;
--监测、检查方便;
--更换安全、快速,人员受幅照量低。
基于板块化设计的理念,1960年代KSBAG在对主泵轴密封系统性试验研究的基础上,对系统压力Ps=150 bar,轴径Dw=200mm,转速n=1470 rpm,和滑动速度V=20m/s的典型设计的PWR主泵轴密封患上到了表2中的技术数据。
表中:Z--彼此串联的密封级数;
QL--密封的泄漏量;
NR--Z级密封的机械摩擦功率;
NE--在系统压力下,补入液体(=QL)而消耗的功率;
N Th--冷却QL液体所需热功率;
QK冷却密封系统所需要的冷却水量。
附注:
(1)约莫有0.2 m3/h的附加流量流过旁通管(压力分配器)
(2)此数值与径向间隙的大小有关。
可以说,KSB AG的轴密封试验研究成果,和轴密封在奥布里海姆核电站主泵和在诺沃-沃隆奈希(Nowo-Woronesch)型440 MW PWR主泵(三道流体动压密封加一道安全密封)上十分成功的运行实绩和经验,为形成轴密封设计的技术共识奠基了可托赖的基础。
3.5板块化设计
在压水堆N SS S中,单环路功率N=300~350MW的设计,已成为第二代PWR核电机组中的标准系统。一个反应堆压力容器,最多可布置4个环路,板块化设计的主泵便应运而生。
轴密封是与主泵安全性紧密相联的要害部件,理所当然的作为焦点的固定载荷板块。KSB推荐了BW 200mm轴径的轴密封用于RER型系列的主泵,日蒙公司在引进的西屋公司技术的基础上,完善了38英寸(轴径d0=200mm)轴密封,用于93型,93A型,93A1型、100D型和N24等5种主泵。流量范围Q=20,100~24,850m3/h,扬程范围H=80~106m,配套电机功率Nm=4800~7100MW,合用于3环路和4环路的机组功率为900~1500MW的PWR机组。
泵机组的高参数推动的轴承是另一个重要部件。系统的内压力在泵转子上形成的轴向推力负荷,只取决于轴密封中的一个有效直径,因而有高压油顶升装配的推力轴承及油冷却循环系统,也瓜熟蒂坠地成为固定载荷板块。不同功率电机的转子与飞轮重量的变化,只影响到推力轴瓦上的比压,在设计范围内幅度不大的改变。
上述的5种规格的主泵中,有桶型和准球型两种低碳Cr-Ni不锈钢材质的铸造泵壳供选配。MHI在主泵的国产化中也尝试使用过SA508CL.3低合金钢,群体锻造的泵壳(图4),内部过流外貌堆焊低碳不锈钢。KSB AG也只优选了一种情势的群体锻造泵壳。这样,由叶轮和导向器组成的力水部件就成为了主泵的主要的可变有效载荷板块。
PWR核电机组中,主泵的配置是相对固定的,也可以说是"板块化"的配套。法马通核能公司只选择100D型主泵用于法国海内的1000~1300MW核电机组,自立开发的N24型主泵只用于法国气势派头的N4 1500MW四环路设计和所说的的法国第三代核电技术的EPR 1600设计。MHI只选用93A1型主泵用于60HZ系统,100D型主泵用于50HZ系统。100A型主泵是100D型的改进设计,用于MHI自立开发的APWR1500型四环路核电机组。
3.6全负荷试验台架
在核安全理念的共识下,为考核主泵的性能与靠患上住性,主泵在出厂前必须进行模拟实际运行工况的热态全负荷试验,首批产物的第一台主泵还需在全负荷工况下,运行足够长的时间。不具备全负荷试验装配时,若用户同意,在完成要害部件,比如轴密封的单独考核试验的前提下,可以在泵上安装小流量的叶轮,在模拟运行压力和温度的小管径试验回路上,检验测定除水动力参数外的泵的性能。可是泵的水动力性能必须有足够精密度等级的水动力模子试验用来见证和验收。
自1960年代轴封式主泵问世以来,世界范围先后建造了不少全负荷主泵热态试验台架。试验台管道的材质,也由碳钢或低合金钢成长为Cr-Ni不锈钢或低合金钢内外貌堆焊不锈钢。据不纯粹的统计,试验台架分布于以下的厂商。
(1)NSSS设计与设备总包商
--美国西屋公司EMD
--法国电力公司(EDF),简纳维里尔(Genevilliers)分部
--日本三菱重工(MHI),高砂制作所
--芬兰Oy Finnatom AB
(2)泵制造厂商
--美国,拜仑-杰克逊公司(BJ)
--美国,宾汉-威里梅特公司(BW)
--德国,KSB AG
--瑞士,苏尔寿公司(Sulzer)
--比利时,ACEC
--英国,海沃特-泰勒公司(HT)
--英国,伟尔泵公司(WPL)
综合阐发相关的资料,可以患上知在核安全的共识下,不同年代建造的主泵试验台架的技
术独特之处:
(1)PWR主泵的全负荷试验台架最先是美国BJ公司于1960年代初期建造的,最迟建造的是,英国中央发电局(CEGB)投资,建造在伟尔泵公司的阿洛瓦(Alloa)工厂,于1991年运行的主泵试验台架。首台被测试的产物是日蒙公司生产的100D型主泵。由于决议计划的缘故原由,合用于安全发电的PWR步入英国电力工业延迟了30年。
(2)轴封式主泵成长的初期,在美国,泵制造商生产的主泵占主导地位,她们都建造了不止一座主泵试验台架,来满足主泵出厂前验收试验的需求。
BW公司建有两座28英寸(DN700)的全负荷试验台架,共用一套温度、压力控制与测试系统。
美国BJ公司在1970年代已拥有了世界上仅有的7座全负荷试验台中的4座,其中的3座集中安装在洛杉基工厂的一个面积为2320m2,高30m,吊车能力为100吨的专用测试厂房内。一座试验台架的管径为25英寸(DN650)QD=6.3 m3/s;另两座台架相同,管径为42英寸(DN1000),QD=12.6 m3/s。管道由低合金碳素钢铸焊而成。
(3)NSSS设备总包商建造的主泵试验台架,大都是在铅直平面内的单环路台架,管路材质为不锈钢。图5中表示的MHI的主泵试验台架是典型的实例。用一个同口径的阀门来调节流量,测试流量的幅度,往往限制在设计流量的80~120%的较小的范围内。
(4)实用性强的简化设计是B-W公司的试验台架,基本的设计理念是,在相邻的两条平
行地坑中,安装两条单环路试验管道,联接流量调节阀前后的支管被设计为一台蒸发器的一次侧管系。改变通大气的二次侧壳体的水位来控制冷却水的蒸发量,从而控制主管道的水温与压力。两座试验台架共用一套温控设备,一座专用排放水蒸汽的烟囱是必不可少的。从成长初期的主泵运行试验的要求来看,这是一款满足要求、操作简单和经济节电的设计。
(5)复杂的设计是在CEGB投资建造仕伟尔公司的主泵试验台架(图6)。它是一个模仿电站中实际状况的空间管系的设计,主泵安装在勾当支撑架上,横向与阻尼器相联,流量调节阀附近是整个测试管路的锚定的固定点。试验台架的功能扩大了,流量标定范围还是遭到单一的同口径阀门的限制。
⑹专业技术性强,测试流量范围最大的试验台架,是KSB AG建造在法兰肯塔尔(Frankenthal)的主泵试验台架(图7)。
台架的管径DN1000,设计压力PD=180bar,设计温度TD=350℃。两条平行的主管道的远端,有9根横向、平行的带有蝶阀的小口径管道相毗连,可在大范围内调节流量。流量的微调是用安装在两要更小管径的平行管路上的节流阀来实现的。管路的材质是低合金钢,内外貌与媒质接触面堆焊低碳不锈钢。试验台架不仅在很大的流量范围内,平顺而准确地测试泵的性能,而且避免了大口径流量调节阀的技术难点和高的采集购买成本。
4、两种技术气势派头设计的差异点
在保证核安全的技术共识的前提下,美式气势派头和欧式气势派头的两种主泵,在满足PWR核电站的安全要求和靠患上住运行方面难分伯仲;在设计上,各自拥有自立的Know-How和专利技术;在结构的细节设计上,气势派头各异、各具特色。两种技术气势派头的主要独特之处的比较列在表3中。
表3两种技术气势派头主泵独特之处的比较(略)
值患上指出的是,板块化设计主泵中的可变有效载荷板块,即泵的水动力部件的性能与效率指标方面,与NSSS设备总包商的分部比较起来,专业的泵制造商充分表现出了在产物开发中的专业能力与技术秘闻。作为一个例子,表4列出了几种主泵性能的对比。
表4主泵性能数据比较(略)
说明:1)效率值是不包括电机的泵部分效率
2)KSB的效率包含主推力轴承耗功,括号内为机组效率。
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