浅析“华龙一号”反应堆冷却剂泵运行原理

杨晓峰

摘 要：“华龙一号”是我国具有自主知识产权的三代核电技术，轴封式反应堆冷却剂泵在二代和二代改进型技术的基础上，通过优化设计满足了三代核电技术“华龙一号”的要求。

关键词：运行原理；反应堆冷却剂泵；华龙一号

反应堆冷却剂泵的作用是循环反应堆一回路的冷却介质。在这个过程中，来自反应堆压力容器的高温介质被输送到蒸汽发生器。在蒸汽发生器中，经过冷却后的一回路介质流向反应堆冷却剂泵，并通过它回到反应堆压力容器。反应堆冷却剂泵为立式泵，介质从泵的下部垂直地抽入泵体，通过轴向叶轮提高动能，并且利用导叶将动能转变为势能，最后通过水平出口离开泵壳。主泵通过电机驱动，电机安装在主泵电机支座法兰面上，为了防止主泵停车时转子反转，在每台电机上都安装了防倒转装置。下面详细论述反应堆冷却剂泵的6个主要部分：

1 承压边界

泵壳安装在可以水平移动的三个立柱上，这种方式可以补偿泵和管道的热膨胀。泵壳由耐热锻钢制造，其与介质接触的表面堆焊奥氏体不锈钢。从顶部看，泵壳由泵盖封闭，泵盖和泵壳通过靠液压拉紧的主螺栓和主螺栓螺母连接在一起。

2 水力部件

叶轮被设计成轴向转轮。叶轮的工作温度较高，因此要求其与下泵轴牢固连接，这样即使存在温差，叶轮的位置也能与下泵轴保持同轴。径向圆柱销能对叶轮与下泵轴的同轴度产生影响，其同时也能传递扭矩。叶轮螺栓被设计成类似于缩腰螺栓的形式，其能够吸收轴向力。

导叶将动能转换为势能并改变介质的流向。导叶安装在密封体上，对下导轴承起支撑作用。另外，隔热体组件安装在导叶内。径向圆柱销使导叶在所有的运行温度下都能保证中心位置。隔热组件安装在导叶内部区域，可以使下泵轴、轴密封和下导轴承这些部件保持冷态。

3 轴承系统

由系统压力和主泵水压产生的轴向推力施加在泵轴上，这个轴向推力由油润滑双向推力轴承、油润滑径向轴承以及叶轮区域的水润滑导轴承承受。

上径向轴承设计为油润滑动压轴承。接触面由轴承合金组成，轴承合金用垂直铸造的工艺固定在轴承体上。

下导轴承被设计成水润滑动压滑动轴承，轴承通过安装在轴承导环内的定心块对中，轴承导环安装在导叶内。为确保润滑水能够流过下导轴承，轴承由朝向下部支撑环的狭窄配合面密封。支撑管在轴向方向固定下导轴承，同时引导冷却润滑水沿着下泵轴流动。主泵上部支撑管区域的设计能够防止润滑水被加热。在支撑管内，由折流管构建了一个储液空间，这种结构能保证在注入水供应断失时，防止热水过早的进入密封区域。

雙向推力轴承能吸收由系统压力和叶轮产生的轴向推力。轴向推力由泵轴通过推力盘传到主推力瓦块或副推力瓦块。如果一回路的压力低，副推力瓦承受载荷；如果压力高，主推力瓦承受载荷。瓦块被设计成倾斜的，这样可以根据载荷自动调整。轴承体充满油，润滑油通过主推力瓦块之间的喷管和副推力瓦块之间支承环上的孔供应。顶油管的末端位于主推力瓦块，启动时，依靠顶油压力将推力盘从主推力瓦块上微微顶起，这样不仅可以防止干摩擦，还可以减小启动力矩。

4 密封系统

泵轴靠三级机械密封和停车密封进行密封。位于下泵轴的一回路通过3个设计完全相同的流体动压机械密封封闭。系统压力通过降压能力基本相同的三级密封降低到大气压力，经过第一级密封后压力约为系统压力的2/3，经过第二级密封后压力约为系统压力的1/3。当第一级或第二级密封出现故障，并且主泵停车时，第三级密封承受全部系统压力。如果密封区域出现故障，可以通过关闭停车密封控制泄漏。停车密封能够承受全部的系统压力。只有主泵停止运行时，才可以关闭停车密封。下泵轴的底端是球形密封面，在主泵维护时，将下泵轴落到导叶上相应的锥形配合端面上，利用此球形密封面对主回路进行密封。

5 注入水系统

每台主泵都由注入水系统供应不少于2000L/h的注入水，注入水对于冷却密封系统、补偿密封泄漏（高压节流泄漏，低压泄漏）以及润滑、冷却下导轴承来说至关重要。注入水通过截止阀和高压冷却器后，从管接口进入主泵，部分注入水流向下导轴承，冷却第一级密封。其余注入水冷却第二级和第三级密封，并通过系统的4个节流器将压力降低到约3.4bar，作为“高压节流泄漏”流出主泵。第三级密封的泄漏作为“低压泄漏”流出主泵。

为了保证主泵正常运行，防止因注入水供应失效而导致主泵损坏，每台主泵都安装了紧急注入水系统。在主泵运行期间，如果注入水供应失效，紧急注入水系统能保证主泵正常运行。紧急注入水（主回路水）从泵壳内的主回路引出，流经截止阀，进入旋液分离器前的注入水管道，旋液分离器的功能相当于注入水过滤器，过滤掉所有≥5μm的颗粒。在高压冷却器内，紧急注入水（主回路水）被冷却到注入水的温度。

6 润滑油系统

每台主泵都有自己的“滑油供应系统”。每套滑油供应系统都有一个润滑油回路和一个顶油回路。滑油供应系统包括安装在电机支座上的储油室、安装在主泵转子上的油泵设备、顶油泵、泄油泵和滑油冷却器。

电机支座顶部和底部窗口之间的圆柱区域是储油室。储油室的底部靠油密封进行密封，油密封泄漏的油排入油箱；储油室的顶部靠迷宫式密封环进行密封。

油泵设备由安装在上半联轴节的油叶轮和滑油导叶组成，滑油通过油泵设备进行循环。滑油经由轴承体和轴承盖上的孔或轴承支承板上的凹槽和喷管注到双向推力轴承主推力瓦和副推力瓦的润滑位置或径向轴承的润滑位置。随后，滑油通过轴承体上的孔和滑油进口管进入滑油冷却器。然后，再经过滑油出口管、溢油槽和轴承体上另外的孔流回到泵油设备。

参考文献

[1]盛轶.浅谈我国大型立式斜流泵发展现状机存在的问题[J].通用机械，2007（增刊2）.

[2]徐秀生.浅谈我国核电用泵的技术发展方向与目标[J].通用机械，2009（7）.