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【摘要】反应堆冷却剂泵，又称主泵，是核电站反应堆的心脏，其流量大，结构复杂，要求能够长期稳定的运转。本文以我国出口的300MW核电站所采用核主泵为例，介绍了核主泵在结构设计上的一些特点。
【关键词】主泵设计；泵的联轴；主泵的轴密封
1、主泵简介
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介质，是压水堆核电厂核蒸汽供应系统中要求长期、连续运行的唯一转动设备。
2、主泵的设计
主泵要求具有安全、高效、检修方便等特点，其在设计上通过多种途径满足了这些要求，如：
·供油系统内置于电机支座内
·设有可移动的中间轴段，在不拆除主泵电机的条件下，方便维护和检修轴密封
·与一回路的工作介质相接触的部件均由马氏体不锈钢锻件制造而成，没有任何焊缝
·所有泵的内部组件都可以一次性吊出，方便维护、检修和测试及在役检查
·采用的三级动压主轴密封均可互换，并带有停车密封
·专门的水力设计，水力部件均是锻造并数控加工而成
2.1主泵的结构设计特点
恰希玛核电站2号机组所用的主泵为立式轴流泵，其主体结构分为三大部分，由上至下分别为主泵电机，双向推力轴承以及水力部件，另外还有设备承压部件和一套复杂的辅助系统用于保障主泵各个系统的运行。
2.1.1电机-泵的联轴
电机和泵之间采用柔性连接，其结构为鼓型齿式联轴器，主要部件为电机联轴器、内直齿套筒，缓冲环和上泵轴轴头。电机联轴器热套在电机轴下端，其外圆面加工为外直齿，然后同内直齿套筒上部嵌合；套筒的下部也通过直齿同上泵轴轴头嵌合。内直齿和外直齿之间存在一定的间隙，对泵轴和电机轴的中心线同心度有较大的宽容度，电机轴系的扭矩通过直齿传递至泵轴。采用这种柔性连接的方式，使得泵和电机的轴系可单独进行动平衡，一定程度上降低了轴系部件的加工精度以及装配精度要求。同时，电机可独立于泵进行更换，方便了主泵机组在役期间的维修。
2.1.2双向推力轴承
双向推力轴承设计有两套推力瓦块，分别承受向上和向下的载荷，其特点是承载大，瓦温较低，寿命长。在额定工况下，主推力瓦块上的比压高达近800kN，瓦温仍然能控制在90℃左右。
2.2辅助系统
主泵机组是一台大、复杂且精密运行的设备。同一般转动机械相比，主泵有其自身的特点：
·反应堆冷却剂系统上无备用泵，电站正常运行中每台主泵在一个换料周期内必须长期稳定地满负荷运行
·主泵位于安全壳内，电站运行期间泵房内放射性高，维修人员无法接近主泵进行维修工作
为了保障主泵的各主要部件、系统的安全运转，并且对温度、压力、流量等进行监控，同时也要实现出现事故时的联锁保护功能，主泵还设计有一套辅助系统。
2.2.1注入水供应及高低压泄漏
注入水供应系统为主泵的轴密封提供高压、低温的注入水（约2000L/h）。经过滤系统将≥5μm的颗粒过滤后，注入水流经旋液分离器和高压冷却器后进入泵内，在正常注入水供应时，旋液分离器和高压冷却器并不体现其功能。进入泵内的注入水经过分流，一部分用于冷却三级轴密封系统（约1200L/h），并经泄漏系统排出，另一部分用于冷却下水导轴承（约800L/h）后汇入一回路冷却剂系统，将反应堆冷却剂密封在承压边界内。
高压泄漏系统设置有温度和流量监测装置，低压泄漏系统设置有压力和流量监测装置，其信号用于判定轴密封是否正常运行。
2.2.2应急注入水供应系统
当正常注入水供应系统失效，主泵仍然在运行中，应急注入水供应系统即刻启动，该系统将通过一个电动截止阀从泵壳处引出一回路中的高温（289.1℃）、高压（15MPa）介质作为注入水向轴密封系统供应。应急注入水将经过旋液分离器进行过滤，然后再由高压冷却器冷却后注入轴密封系统中。辅助系统采用的高压冷却器能够将一回路290℃的高温介质在不到30s内降温至55℃以下，耐受极高的热冲击。
2.2.3停车密封系统
主泵在正常运行工況下，停车密封处于开启状态。当主泵停止转动时，零转速信号通过联锁控制打开氮气管路上的电磁阀，高压氮气将注入停车密封，将停车密封闭合，以防止高温高压的放射性反应堆冷却剂经过轴密封向上泄漏到反应堆厂房环境中。在下列三种工况下停车密封工作：
A一回路系统水压试验时；
B主泵停止运行时；
C事故工况时。
停车密封是主泵将一回路介质同环境隔离的最后一道屏障，增加了主泵机组运行的可靠性。
2.2.4滑油供应系统
滑油供应系统由一台顶油泵、两台回油泵、三个滑油冷却器、油机械密封以及与油密封配套的油叶轮和油导叶共同组成。在启动阶段，需要顶油泵向推力瓦面上泵入高压的润滑油，使推力盘和推力瓦块之间形成油膜，以确保主泵启动阶段完全处于润滑状态。
主泵启动后，随着转速的升高，推力轴承的推力盘和推力瓦之间形成流体动压油膜。此时顶油泵停止，油叶轮和油导叶将跟随主泵转子转动，使整个油系统的润滑油强制流动起来形成循环，再经由滑油冷却器换热给设冷水。
封闭式油系统的润滑油在循环中通过一套油机械密封进行密封，经由油密封动静环密封面的少量泄漏被导入专门设计的蓄油槽，随着主泵的运行，润蓄油槽内的油量不断增加，当油位上升至蓄油槽上安装的油位开关位置时，液位开关被触发，联锁的泄漏油泵自动启动，将蓄油槽内的润滑油抽出，向上经专门的管路供给鼓型齿联轴器进行润滑，然后滴落回封闭式油系统内。
这套油系统在主泵正常运行时无需人为干预，也不设置外部循环供油，安全可靠。也是该型主泵的特点之一。
结语：
经过两个机组的实际运行，证明我国出口巴基斯坦的300MW压水堆核电站采用的该型核主泵设计先进，性能可靠，维护便利。
参考文献：
[1]孙申丰. 核电站用1E级电动机的开发与研制[J].上海大中型电机，2001，（04）：9-15+31.
[2]梁仁. 巴基斯坦从中国进口核电厂[J].国外核新闻，1992，（03）：2.
【关键词】主泵设计；泵的联轴；主泵的轴密封
1、主泵简介
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介质，是压水堆核电厂核蒸汽供应系统中要求长期、连续运行的唯一转动设备。
2、主泵的设计
主泵要求具有安全、高效、检修方便等特点，其在设计上通过多种途径满足了这些要求，如：
·供油系统内置于电机支座内
·设有可移动的中间轴段，在不拆除主泵电机的条件下，方便维护和检修轴密封
·与一回路的工作介质相接触的部件均由马氏体不锈钢锻件制造而成，没有任何焊缝
·所有泵的内部组件都可以一次性吊出，方便维护、检修和测试及在役检查
·采用的三级动压主轴密封均可互换，并带有停车密封
·专门的水力设计，水力部件均是锻造并数控加工而成
2.1主泵的结构设计特点
恰希玛核电站2号机组所用的主泵为立式轴流泵，其主体结构分为三大部分，由上至下分别为主泵电机，双向推力轴承以及水力部件，另外还有设备承压部件和一套复杂的辅助系统用于保障主泵各个系统的运行。
2.1.1电机-泵的联轴
电机和泵之间采用柔性连接，其结构为鼓型齿式联轴器，主要部件为电机联轴器、内直齿套筒，缓冲环和上泵轴轴头。电机联轴器热套在电机轴下端，其外圆面加工为外直齿，然后同内直齿套筒上部嵌合；套筒的下部也通过直齿同上泵轴轴头嵌合。内直齿和外直齿之间存在一定的间隙，对泵轴和电机轴的中心线同心度有较大的宽容度，电机轴系的扭矩通过直齿传递至泵轴。采用这种柔性连接的方式，使得泵和电机的轴系可单独进行动平衡，一定程度上降低了轴系部件的加工精度以及装配精度要求。同时，电机可独立于泵进行更换，方便了主泵机组在役期间的维修。
2.1.2双向推力轴承
双向推力轴承设计有两套推力瓦块，分别承受向上和向下的载荷，其特点是承载大，瓦温较低，寿命长。在额定工况下，主推力瓦块上的比压高达近800kN，瓦温仍然能控制在90℃左右。
2.2辅助系统
主泵机组是一台大、复杂且精密运行的设备。同一般转动机械相比，主泵有其自身的特点：
·反应堆冷却剂系统上无备用泵，电站正常运行中每台主泵在一个换料周期内必须长期稳定地满负荷运行
·主泵位于安全壳内，电站运行期间泵房内放射性高，维修人员无法接近主泵进行维修工作
为了保障主泵的各主要部件、系统的安全运转，并且对温度、压力、流量等进行监控，同时也要实现出现事故时的联锁保护功能，主泵还设计有一套辅助系统。
2.2.1注入水供应及高低压泄漏
注入水供应系统为主泵的轴密封提供高压、低温的注入水（约2000L/h）。经过滤系统将≥5μm的颗粒过滤后，注入水流经旋液分离器和高压冷却器后进入泵内，在正常注入水供应时，旋液分离器和高压冷却器并不体现其功能。进入泵内的注入水经过分流，一部分用于冷却三级轴密封系统（约1200L/h），并经泄漏系统排出，另一部分用于冷却下水导轴承（约800L/h）后汇入一回路冷却剂系统，将反应堆冷却剂密封在承压边界内。
高压泄漏系统设置有温度和流量监测装置，低压泄漏系统设置有压力和流量监测装置，其信号用于判定轴密封是否正常运行。
2.2.2应急注入水供应系统
当正常注入水供应系统失效，主泵仍然在运行中，应急注入水供应系统即刻启动，该系统将通过一个电动截止阀从泵壳处引出一回路中的高温（289.1℃）、高压（15MPa）介质作为注入水向轴密封系统供应。应急注入水将经过旋液分离器进行过滤，然后再由高压冷却器冷却后注入轴密封系统中。辅助系统采用的高压冷却器能够将一回路290℃的高温介质在不到30s内降温至55℃以下，耐受极高的热冲击。
2.2.3停车密封系统
主泵在正常运行工況下，停车密封处于开启状态。当主泵停止转动时，零转速信号通过联锁控制打开氮气管路上的电磁阀，高压氮气将注入停车密封，将停车密封闭合，以防止高温高压的放射性反应堆冷却剂经过轴密封向上泄漏到反应堆厂房环境中。在下列三种工况下停车密封工作：
A一回路系统水压试验时；
B主泵停止运行时；
C事故工况时。
停车密封是主泵将一回路介质同环境隔离的最后一道屏障，增加了主泵机组运行的可靠性。
2.2.4滑油供应系统
滑油供应系统由一台顶油泵、两台回油泵、三个滑油冷却器、油机械密封以及与油密封配套的油叶轮和油导叶共同组成。在启动阶段，需要顶油泵向推力瓦面上泵入高压的润滑油，使推力盘和推力瓦块之间形成油膜，以确保主泵启动阶段完全处于润滑状态。
主泵启动后，随着转速的升高，推力轴承的推力盘和推力瓦之间形成流体动压油膜。此时顶油泵停止，油叶轮和油导叶将跟随主泵转子转动，使整个油系统的润滑油强制流动起来形成循环，再经由滑油冷却器换热给设冷水。
封闭式油系统的润滑油在循环中通过一套油机械密封进行密封，经由油密封动静环密封面的少量泄漏被导入专门设计的蓄油槽，随着主泵的运行，润蓄油槽内的油量不断增加，当油位上升至蓄油槽上安装的油位开关位置时，液位开关被触发，联锁的泄漏油泵自动启动，将蓄油槽内的润滑油抽出，向上经专门的管路供给鼓型齿联轴器进行润滑，然后滴落回封闭式油系统内。
这套油系统在主泵正常运行时无需人为干预，也不设置外部循环供油，安全可靠。也是该型主泵的特点之一。
结语：
经过两个机组的实际运行，证明我国出口巴基斯坦的300MW压水堆核电站采用的该型核主泵设计先进，性能可靠，维护便利。
参考文献：
[1]孙申丰. 核电站用1E级电动机的开发与研制[J].上海大中型电机，2001，（04）：9-15+31.
[2]梁仁. 巴基斯坦从中国进口核电厂[J].国外核新闻，1992，（03）：2.