反应堆冷却剂泵)
反应堆主冷却剂泵
冷却剂泵一概述冷却剂泵的功能反应堆冷却剂泵，简称主泵，其主要功能是使一回路冷却剂形成强迫循环，从而把反应堆中产生的热量传送至蒸汽发生器，以产生蒸汽，推动汽轮机做功。
它是压水堆核电站的关键设备之一，也是反应堆冷却剂系统中唯一的回转机械设备。
冷却剂泵的基本要求a.能够长期在无人维护条件下安全可靠的工作b.便于维修，辅助系统简单c.主泵转动组件能提供足够转动惯量，以便在全厂断电情况下，利用主泵惰性提供足够冷却剂流量，使反应堆堆芯得到适当的冷却d.过流零部件表面采用奥氏体不锈钢，或者其它同等耐腐蚀材料e.带放射性的冷却剂泄漏要尽量少冷却剂泵的分类a.密封泵，也称屏蔽泵或无填料泵，泵的叶轮和电机转子连成一体，并装在同一密封壳体内，消除了冷却剂外漏的可能性，密封性能非常好b.立式单级离心泵，泵的电动机与水泵泵体分开组装，中间以短轴相接。
能基本保证一回路与环境的密封，电动机顶部装有惯性飞轮，在电源失去情况下，可延长主泵的惰转时间密封泵存在的问题a.密封泵效率低，一般泵组效率只有50~70%b.密封电动机大部分使用耐腐蚀材料制造，造价昂贵，难度较高c.密封电机若设飞轮，液体的阻力将使泵机组效率降到不可接受的程度，因此密封泵无飞轮，转动惯量通常很小，为保障反应堆安全，必须对主泵供电的可靠性做更严格的要求d.维修不方便立式单级离心泵的优点a.采用常规的鼠笼式感应电机，成本降低，效率提高，效率一般比密封泵高10~30%b.电机部分装有很大的飞轮，大大提高了机组的惰转性能，提高了发生断电事故时堆芯的安全性c.轴密封技术可以同样严格控制一回路冷却剂泄漏量，一般控制在200立方厘米/hd.维修方便，轴封结构更换仅需十小时左右二冷却剂泵的结构冷却剂泵的结构组成a.水力机械部件b.轴密封部件c.电动机驱动部件1.水力机械部件a.泵体包括泵壳、导叶、进水导管、叶轮、泵轴承，形状近似圆球形，材料为不锈钢b.热屏安装在叶轮上方，阻止反应堆冷却剂的热量向泵上部传导，避免轴承以及水力机械部件的轴封受到损坏。
反应堆冷却剂系统(RCP)
反应堆冷却剂系统（RCP）一、系统的功能压水堆核电厂的反应堆冷却剂系统(RCP)，又称一回路主系统(图1-1)，有以下功能：1.它的主要功能是将反应堆堆芯中核裂变反应产生的热量传送到蒸汽发生器，从而冷却堆芯，防止燃料元件烧毁，而蒸汽发生器供给汽轮发电机组(二回路)所必需的蒸汽;2.在压水反应堆内，水作为冷却剂又兼作中子慢化剂，使裂变反应产生的快中子减速到热中子能量;3.反应堆冷却剂中溶有硼酸，可补偿氙瞬态效应和燃耗引起的反应性变化;4.系统内的稳压器可用于控制冷却剂压力，以防止堆芯内产生不利于传热的偏离泡核沸腾现象;图 1-1 反应堆冷却剂5.在发生燃料元件包壳破损事故时，反应堆冷却系统压力边界可作为防止放射性产物泄漏的第二道屏障。
二、设计基础反应堆冷却剂系统设备设计是以下述正常运行数据为基准：压力15.5MPa(abs)，满负荷时冷却剂的平均温度310℃ ;按100%反应堆功率下向二回路系统传递全部反应堆热功率设计;所有冷却剂系统(RCP)设备都按能适应112℃/h速率加热或冷却瞬态设计，温度变化率的运行限值为56℃/h。
整个反应堆冷却剂系统(RCP)的设计遵照有关文件的规定，在核电厂正常或事故工况下运行时，由温度、压力、流量变化引起的机械应力不得超过限值，以确保反应堆冷却剂系统压力边界的完整性。
三、系统描述1.传热环路RCP系统由并联到反应堆压力容器的二条相同的传热环路组成。
每一条环路有一台反应堆冷却剂泵和一台蒸汽发生器。
在运行时，反应堆冷却剂泵使冷却剂通过反应堆压力容器在冷却剂环路中循环。
作为冷却剂、慢化剂和硼酸溶剂的水，在通过堆芯时被加热，然后流入蒸汽发生器，在那里将热量传递给二回路系统，最后返回到反应堆冷却剂泵重复循环。
位于反应堆容器出口和蒸汽发生器入口之间的管道称为环路热段，主泵和压力容器入口间称为环路冷段，蒸汽发生器与主泵间的管道称为过渡段。
2.压力调节原理RCP系统还包括稳压器及其为反应堆冷却剂控制和超压保护所需的辅助设备。
反应堆冷却剂系统
主冷却剂系统运行
AP1000 运行模式 模式 1 2 3 4 5 6 运行工况 功率运行 启动 热备用 安全停堆 冷停堆 换料 反应性状况 Keff ≥ 0.99 ≥0.99 <0.99 <0.99 <0.99 / 额定功率% >5 ≤5 / / / / 平均温度° C 300.9>Tavg>291.7 ~291.7 >215.6 215.6>Tavg>93.3 ≤93.3 ≤71.1
63000
16
蒸汽发生器参数(2)
数量 形式 U形管数量 总的换热面积 （m2） 传热管外径（mm） 传热管壁厚（mm） 传热管中心距（mm） 总高(m ) 上部壳体内径（mm） 下部壳体内径（mm） 管板厚度（m ） 2 立式U形管式 10025 11477 17.48 1.02 24.89 约22.5 5334 4191 约0.8
18
图3.2.4 稳压器 19
稳压器主要功能
压力控制 超压保护 容积补偿 排除不凝性气体
20
稳压器控制原理（1）
在100%功率的稳态运行期间，约50%的稳压 器容积是水，另50%容积是汽。在容器底部的 浸没式电加热器使水处于饱和温度。加热器 也用于维持恒定的运行压力。
M310压水堆系统简介
M310压水堆系统简介一、 反应堆冷却剂系统（RCP），又称一回路系统。
该系统将堆芯内核裂变所释放的大量热能导出，通过蒸汽发生器将一回路热量传给蒸汽发生器二次侧给水，使之产生饱和蒸汽，送到汽轮发电机发电。
1.系统由堆和三个环路组成.每一环路上有一台蒸汽发生器、一台反应堆冷却剂泵。
在其中的一个环路上还连接有一台稳压器以及稳压器卸压箱。
（见图1）。
一回路也起到包容住放射性裂变产物的第二道屏障。
2.主要设备——反应堆反应堆中核燃料芯块叠置在锆—4合金包壳管中，装上端塞，把燃料封焊在里面，从而构成燃料棒。
包壳将核燃料及其裂变产物包容住，构成了强放射性的裂变产物与外界环境之间的第一道屏障。
在堆芯装入三种不同浓度的核燃料，分别为1.8%、2.4%和3.1%。
高浓度燃料组件布置在外区，中心区浓度最低。
每次换料时，取出中心区的燃料组件，将第二区燃料组件倒换到中心区，将外区燃料组件倒换到第二区。
而在外区装入新燃料，这样每年更换三分之一核燃料组件。
控制棒束组件用于反应性的控制，它由强烈吸收中子的银—铟—镉合金构成。
它在燃料组件的导向管内移动，并由在反应堆压力容器顶盖上方的驱动机构提升和下降。
当需紧急自动停堆时，控制棒束组件靠重力自动落下。
控制棒束组件用来控制由负荷变化或反应堆停堆时所引起的反应性急速变化。
另一方面，依靠溶于反应堆冷却剂中的硼酸浓度来控制反应性缓慢而长期的变化。
这两种控制反应性的方式互为补充，相互结合确保堆芯反应性的调节和控制。
——蒸汽发生器它为自然循环型，由垂直的U型管束的蒸发段和汽水分离段组成。
用一回路的水加热二回路给水，使之产生饱和蒸汽并进行汽水分离和干燥后输送到汽轮机高压缸。
——反应堆冷却剂泵（又称主泵）用于克服一回路中设备和管道阻力，保证冷却剂的循环，它为立式离心泵，由泵体、电机、密封组件和飞轮组成。
主泵轴上有三级轴封，同时用高压水注入泵轴泵和密封组件之间，用于限制冷却剂从泵轴中泄漏。
在主泵顶部安装飞轮，以增加主泵的转动惯量。
第三章 反应堆冷却剂系统和设备
3-1 反应堆冷却剂系统
2．压力调节系统 为了保证反应堆冷却剂系统具有好的冷却能力，应 当将堆芯置于具有足够欠热度的冷却剂淹没之中。核 电厂在负荷瞬变过程中，由于量测系统的热惯性和控 制系统的滞后等原因，会造成一、二回路之间的功率 失配，从而引起负荷瞬变过程中一回路冷却剂温度的 升高或降低，造成一回路冷却剂体积膨胀或收缩。 水经波动管涌人或流出稳压器，引起一回路压力升高 或降低。当压力升高至超过没定值时，压力控制系统 调节喷淋阀．由冷管段引来的过冷水向稳压器汽空间 喷淋降压；若压力低于设定值，压力控制系统启动加 热器，使部分水蒸发，升高蒸汽压力。
3-5 稳压器
二、稳压器分类 按原理和结构形式的不同，稳压器分为两类， （1）气罐式稳压器：容积大，易腐蚀，淘汰 （2）电加热式稳压器：大都采用 三、稳压器本体结构（电） 结构图 现代压水堆核电厂普通采用电加热式稳压器。 这种稳压器是一个立式圆柱形高压容器。其典型 的几何参数为高13m，直径2.5m，上下端为半 球形封头，总容积约40m2，净重约80t。立式 安装在下部裙座上。
第3章 反应堆冷却剂系 统和设备
动力工程系 余廷芳
主要内容
3-1 反应堆冷却剂系统 3-2 反应堆本体结构 ----------系统设备 3-3 反应堆冷却剂泵 3-4 蒸汽发生器 3-5 稳压器
3-1 反应堆冷却剂系统
一、系统的功能
反应堆冷却剂系统又称为一回路系统，其主要功能 是： (1)在核电厂正常功率运行时将堆内产生的热量载出， 并通过蒸汽发生器传给路工质，产生蒸汽，驱动汽轮 发电机组发电。 (2)在停堆后的第一阶段，经蒸汽发生器带走堆内的衰 变热。 (3)系统的压力边界构成防止裂变产物释放到环境中的 一道屏障。 (4)反应堆冷却剂作为可溶化学毒物硼的裁体，并起慢 化剂和反射层作用。 (5)系统的稳压器用来控制一回路的压力，防止堆内发 生偏离泡核沸腾，同时对一路系统实行超压保护。
核反应堆的冷却系统
核反应堆的冷却系统核反应堆是一种利用核裂变或核聚变反应产生能量的装置，它在能源领域具有重要的地位。
然而，核反应堆在运行过程中会产生大量的热量，如果不及时冷却，就会导致反应堆过热，甚至发生严重事故。
因此，核反应堆的冷却系统是确保核反应堆安全运行的关键。
一、冷却系统的作用核反应堆的冷却系统主要有两个作用：一是将反应堆中产生的热量带走，保持反应堆的温度在安全范围内；二是控制反应堆的功率，确保反应堆的稳定运行。
二、冷却系统的组成核反应堆的冷却系统由多个部分组成，包括冷却剂、冷却剂循环系统、冷却剂泵和冷却剂换热器等。
1. 冷却剂冷却剂是核反应堆冷却系统中的重要组成部分，它负责将反应堆中产生的热量带走。
常用的冷却剂有水、氦气和钠等。
不同的冷却剂具有不同的特点和适用范围，选择合适的冷却剂对于核反应堆的安全运行至关重要。
2. 冷却剂循环系统冷却剂循环系统是核反应堆冷却系统的核心部分，它负责将冷却剂从反应堆中带走，经过换热器冷却后再回到反应堆中。
冷却剂循环系统通常包括冷却剂循环管道、冷却剂泵和冷却剂换热器等设备。
3. 冷却剂泵冷却剂泵是核反应堆冷却系统中的关键设备，它负责将冷却剂从反应堆中抽出，并通过冷却剂循环管道送往换热器。
冷却剂泵通常采用离心泵或容积泵，具有较高的流量和压力。
4. 冷却剂换热器冷却剂换热器是核反应堆冷却系统中的重要设备，它负责将从反应堆中抽出的热冷却剂与冷却介质进行换热，将热量传递给冷却介质，使冷却介质升温。
常见的冷却剂换热器有壳管式换热器和板式换热器等。
三、冷却系统的工作原理核反应堆的冷却系统通过循环冷却剂来实现对反应堆的冷却。
具体工作原理如下：1. 冷却剂从反应堆中抽出冷却剂泵将冷却剂从反应堆中抽出，并通过冷却剂循环管道送往换热器。
2. 冷却剂与冷却介质进行换热冷却剂在换热器中与冷却介质进行换热，将热量传递给冷却介质，使冷却介质升温。
3. 冷却介质带走热量冷却介质在换热器中带走冷却剂传递过来的热量，使冷却剂温度降低。
CVS特点
1.AP1000的反应堆冷却剂泵RCP不需要轴封水（Seal Injection）。
也不需要一个连续运行
的上充泵（Charging Pump）向RCS系统补水，而是利用RCP的扬程为反应堆冷却系统（RCS）的净化提供驱动力。
2.AP1000的反应堆在负荷跟踪运行时，堆芯不需要调整硼浓度。
这就明显地降低了堆芯
的下泄流量并且消除了对其进行硼和水再循环的需求。
与现金的改良型电厂相比，AP1000的CVS设计简化还表现在：
1.远距离操纵阀门的数量以近3倍的银子下降（46对17）.
2.取消了设置在安全壳内的泄压阀。
3.高压补给泵的数量由3台（1台运行、1台备用，另外1台允许进行维护）降低为2台
（1台备用，另外1台允许进行维护），并且基本上消除了高压上充功能的电源消耗。
4.取消了容积控制箱（volume control tank）。
5.取消了硼再循环蒸发器（boron recycle evaporator）。
6.取消了反应堆补水系统。
这个系统通常需要1个大型的封闭式水箱、2台泵、1个净化
系统以及相应的管道、阀门和仪表。
7.2台硼酸驳运泵也被取消。
这样就节约了投资，有助于减少操作人员，并降低了职业照射剂量。
5 反应堆冷却剂系统
压水堆核电厂一回路参数范围
压水堆核电厂一回路参数范围是:
工作压力15MPa左右; 冷却剂在反应堆进口温度取280℃~300℃， 反应堆的出口温度取310℃~330℃， 进出口的温升为30℃~40℃. 核电厂变工况时，反应堆冷却剂平均温度变化 允许的最大温差为17℃~25℃。 反应堆的设计温度为350℃。
燃料包壳温度限制 燃料包壳材料要受到抗高温腐蚀性能的限制,对于轻 水堆, 包壳材料Zr-4的允许表面工作温度应不高于350℃。 传热温差的要求 要有膜温压，若包壳温度限制在350℃,冷却剂温度至 少要比此温度低10℃-15℃,以保证正常的热交换。 冷却剂过冷度要求：应具有20℃左右的过冷度。 冷却剂平均温度为330 ℃
1
反应堆冷却剂系统范围
主系统可分为两部分，即一次回路部分和卸压 蒸汽收集部分。 一次回路的主要部件包括：反应堆压力容器 （该容器包括控制棒驱动机械套管在内）、蒸 汽发生器的主冷却剂侧、主泵、稳压器（其上 接有卸压阀、安全阀、喷雾阀和波动管）、 主管道（共分三个部分，即压力容器与蒸汽发 生器之间的热段；蒸汽发生器与主泵之间的过 渡段和主泵与压力容器之间的冷段）、 测温旁路（每条环路各一支）、属于环路的辅 助系统部分管道（即从高压侧标起第二只隔离 阀以前的管道以及管道上的阀门和附件）。
反应堆冷却剂系统功能
正常功率运行时，导出堆芯裂变热，并将导出 的热量传给蒸汽发生器二次侧的给水，使之变 成饱和蒸汽，以驱动汽机发电机组。 在停堆冷却阶段，通过蒸汽发生器排放蒸汽和 向停堆冷却系统传热，以带走堆芯衰变热和主 系统的蓄热。 主冷却剂是含硼除盐水。通过其硼浓度的改变 可以补偿堆芯反应性的变化。 主冷却剂还同时兼作中子慢化剂和反射层。 作为堆冷却剂系统压力边界，包容堆冷却剂， 构成防止放射性外逸的第二道安全“屏障”。
核反应堆冷却剂循环泵安装与维护中的常见问题分析
核反应堆冷却剂循环泵安装与维护中的常见问题分析摘要：长期以来，核电以安全、高效、节能、环保等优势受到了各国青睐。
反应堆冷却剂循环泵作为核岛内唯一的高速旋转机械，它的可靠运行，将直接影响反应堆的安全正常工作。
本文通过分析核反应堆冷却剂循环泵的基本特点，针对安装与维护中的常见问题进行分析并提出几点处理建议。
关键词：核反应堆冷却剂循环泵维护故障处理一、核反应堆冷却剂循环泵的基本特点反应堆发展到今天已经是第三代，其中第一代核电站主要是早期的原型堆电站，即二十世纪五、六十年代开发的轻水堆核电站，著名的有美国的希平港压水堆、德累斯顿沸水堆和英国的镁诺克斯石墨气冷堆等。
第三代反应堆的由来要追溯到上世纪的三里岛核事故和切尔诺贝利核事故，为了提高反应堆的安全性，美国于上世纪90年代提出了第三代核电站的概念。
第三代反应堆（即先进的轻水堆）具有模块化、简易化设计的特点，并使用了安全性能更高的非能动安全系统，即利用物质的重力、密度和对流等自然力势差，来减少部分动力设备。
这样增强了核电站的安全和运转性能，减少了基础建设的成本，使核电具有更大的经济优势。
目前，全球处于商业运行的第三代反应堆主要有：美国西屋的ap600及其升级型apl000、欧洲压水堆epr、先进的沸水堆abwr和系统80+等。
核反应堆冷却剂循环泵是核岛的心脏，又称主泵，安全级别是质保一级。
主要用途就是给反应堆供给冷却剂，实现冷却剂在一回路系统内的循环，以便将反应堆的热量带至蒸汽发生器加热二回路热工质。
主泵输送的是高温、高压、高辐射的流体，泵若频繁地停机将会给电厂造成巨大经济损失，故在结构上除保证耐高温高压、防辐射要求外，还需满足以下几点基本要求：（1）能实现在长期无人维护条件下安全可靠运行；（2）结构需便于维修，检修只需很少人在短期内迅速完成；（3）过流零部件表面材料要求采用特殊的耐腐蚀材料；（4）放射性冷却剂应无外泄漏或少泄漏。
二、核反应堆冷却剂循环泵安装与维护中的常见问题核反应堆冷却剂循环泵安装与维护中的常见问题可以分为机械故障、电气故障和功能故障。
核主泵概述
特点：输送高温、高压、带强放射性 的水 要求：排量大、扬程低、中等比转数 核动力舰船用主泵的排量>900t/h 核电站用主泵的排量: 24000 t/h 主泵扬程: 30~120 m 安全可靠性 便于维修、辅助系统简单 足够的转动惯量 泄漏应尽量少 图2-3 泵壳可承受较高压力 的反应堆冷却剂泵
沸水反应堆冷却剂泵
之一
图2-4 沸水反应堆冷却剂泵 （驱动水泵）
之二
图2-5 沸水反应堆 带轴封的插入式泵
图2-6 沸水反应堆 反应堆冷却剂泵
图2-7 液态金属冷却反应堆冷却剂泵
• 由密封形式，主泵分为屏蔽泵、轴
封泵
屏蔽泵：零泄漏，但成本高，效率低
轴封泵：初始投资低、易制造、效率高、
第一节 反应堆冷却剂泵概述
反应堆冷却剂泵—主泵
主泵的功能：使冷却剂循环，带走核反
应产生的热量 主泵的结构形式取决于：装置线图、反 应堆类型、工质的物性参数等 根据反应堆类型，主泵分为：压水堆冷 却剂泵、沸水堆冷却剂泵、液态金属冷 却剂泵、重水堆冷却剂泵等
压水堆及重水堆冷却剂泵
图2-1 增压水反应堆冷却剂泵 图2-2 直联式反应堆冷却剂泵
易维修（多用于核电站）
日本“陆奥”号核商船的主冷却剂泵-屏蔽 泵
图2-8
美核潜艇 Nautilus号 的主泵屏蔽泵
图2-9
第六章反应堆一回路主系统
第六章反应堆一回路主系统6.1 概述反应堆冷却剂系统又称一回路主系统，如图6.1所示。
广东大亚湾核电站每台机组的一回路主系统有三个环路，每个环路设置一台冷却剂循环泵(又称主泵)、一台蒸汽发生器，其中一个环路上设有一台稳压器以及与其相关的泄压箱。
反应堆冷却剂系统的功能是：①主泵使冷却剂在环路中循环，将堆芯的热量带出，通过蒸汽发生器将热量传给二次侧给水；②堆内冷却剂又是慢化剂的水使中子得到慢化；③冷却剂中融有硼酸用来控制反应堆的变化；④稳压器用来控制冷却剂压力，防止堆芯产生偏离泡核沸腾；⑤稳压器上的安全阀起超压保护作用；⑥在发生燃料元件包壳破损时，反应堆冷却剂系统的压力边界使防止放射性泄露的第二道屏障。
图6.1 一回路主系统6.2 反应堆冷却剂泵6.2.1 概述主泵是由空气冷却的三相感应电动机驱动的立式、单级、轴封机组。
它由电动机、轴封组件和水力部件组成。
反应堆冷却剂由装在转动轴下部的泵唧送，冷却剂通过泵壳底部吸入，向上流过叶轮，然后通过扩散器从泵壳侧面出口接管排出。
串联布置的三级轴封控制冷却剂沿泵轴泄露，由化学容积控制(RCV)系统供应的密封水注入泵内，以防止冷却剂沿泵轴向上流动，并冷却轴封和泵的轴封。
在密封水注入失效工况下，热屏冷却向上流到密封器的冷却剂。
主泵的外形及结构如图6.2所示，主要技术规范：表6-1 反应堆冷却剂泵技术规范6.2.2 水力部件⑴泵体图6.2 冷却剂泵结构图6.3 主泵泵体如图6.3所示，泵体由泵壳、扩散器(又称导叶)、进水导管、叶轮、泵轴组成。
其中除泵轴为不锈钢锻件之外，均为不锈钢铸件。
叶轮有七个螺旋离心叶片，装在泵轴的下端。
扩散段汇集来自叶轮的冷却剂，它由十二个螺旋离心叶片组成，被安装在扩散的法兰的底部，扩散器可以与泵的内部部件同时从泵体中取出。
在扩散器的下部装有防热罩。
冷却剂由泵壳底部的进口接管吸入，由装在泵轴下部的叶轮唧送，经扩散器从泵壳侧面的出口接管排出。
(2)热屏热屏装在叶轮与泵轴承之间，由热屏法兰构成泵壳上法兰，它装有热屏及泵轴承。
核电厂系统与设备-3.3 反应堆冷却剂泵
A 全密封（屏蔽电机）泵 B 轴封泵
/content/harmar-company-pumped-about-ap1000-role
3.3 反应堆冷却剂泵
3.3.1 概述 (3) 分类
A 全密封（屏蔽电机）泵 B 轴封泵
/syste ms/rcs2.htm
3.3 反应堆冷却剂泵
3.3.3 轴封泵 (1)轴封泵的总体结构 (I) 轴封组件
轴封组件位于泵水力机械部分和电机之间, 它通常由自下 而上串联的三级密封组成。
3.3 反应堆冷却剂泵
3.3.3 轴封泵 (2)轴封泵的密封结构和工作原理 (A)轴封组件
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
本章目录
3.1 反应堆冷却剂系统 3.2 反应堆本体结构 3.3 反应堆冷却剂泵 3.4 蒸汽发生器 3.5 稳压器
3.3 反应堆冷却剂泵
3.3.1 概述 (1) 主泵作用
Reactor Coolant Pump (RCP).
为反应堆冷却剂提供驱动压头, 保证足够的强迫循环流量通 过堆芯, 把反应堆产生的热量送至蒸汽发生器, 产生推动汽 轮机做功的蒸汽。
Each AP1000 employs four main reactor coolant pumps, which circulate reactor coolant through the core, loop piping and steam generators.
核电厂常用叶片式泵解读
1—飞轮；2—上部径向轴承； 3—止推轴承；4—电机轴；5— 电动机定子；6—接线盒； 7—电机下部径向轴承；8—通 向大气的蒸汽引漏；9—2号密 封注入水引漏；10—泵轴； 11—冷却水进口；12—泵出口 接管；13—泵进口接管；14— 止推轴承油提升泵和电动机； 15—电动机组件；16—上部密 封套；17—1号密封引漏；18— 下部密封套；19—主法兰； 20—冷却水出口；21—泵径向 轴承；22—热屏和热交换器； 23—泵壳；24—叶轮
核岛对主泵机组的基本要求
（1）要求长期可靠运转 （2）维修简便 （3）过流零部件的材质要好 （4）具有足够的惰转时间 （5）振动量要小 （6）轴密封泄漏量要小
轴封泵的优点
（1）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%； （2）电机部分可以装一只很重的飞轮，提高 了泵的惰转性能，从而提高了全厂断电事故时 反应堆的安全性； （3）轴密封技术同样可以严格控制泄漏量； （4）维修方便，轴密封结构的更换仅需10 h 左右。
热屏障组件
在正常工况下，蛇形管内流过设备 冷却水，由高压密封水进口引入的 部分高压密封水由上向下流经管外 进入泵体，这时密封水的流量和流 速都很低，因此冷却器的热负荷很 小。但当高压密封水一旦中断，高 温冷却剂将由下向上涌进冷却器， 这时冷却器的热负荷将很大。
热屏障组件
高压密封水以比冷却剂稍高的压力 注入水润滑径向轴承和冷却器之间， 流量约为1800L/h，除了其中2/3流 量流经冷却器后进入一回路系统外， 其余1/3往上流经水润滑轴承进入 机械密封装置。
泵轴承
泵的径向轴承为泵轴提供径向支撑 和对中。它由斯太立合金堆焊的不 锈钢轴颈和石墨环构成的套筒组成， 用水润滑和冷却。使通过轴承的水 保持低温是重要的，因为高温会破 坏石墨环并使轴承损坏。所用的轴 承冷却水是化容系统的轴封注入水 的一部分。
第三章专题四 反应堆冷却剂泵汇总
第三章专题四: 反应堆冷却剂泵反应堆冷却剂泵又称主泵，它的主要作用是驱动反应堆冷却剂以很大的流量通过反应堆堆芯，把反应堆的热能输送至蒸汽发生器，以产生蒸汽驱动汽轮机作功。
目前绝大多数核电厂采用轴密封泵(图3.12 )。
主泵的密封多采用机械密封。
机械密封就是在两个相对转动的端面之间，引入密封介质，使两端面间分离而形成一层静压液膜，从而使固相摩擦转化为液相摩擦。
主泵轴密封一般由三级组成，依次称为一号密封、二号密封和三号密封。
来自化学和容积控制系统的高压密封水流在泵的下部轴承和一号密封之间引入后分为两路：一路向下，冷却泵下部轴承，同时阻止泵内高温流体沿轴向上泄漏，这股水起到隔离液的作用。
另一路向上顺次通过一、二、三号密封。
一号密封采用的是可控泄漏的动态液膜密封。
液膜是流过密封水的压降产生的，上下游压差15.5Mpa左右。
作用于静环的向下的力为上表面液体静压与重力之和. 作用于静环的向上的力为契形液膜上表面液体静压力，其压强分布示意图为（图3。
14，见文稿及原课件）。
静环就是在上下压力作用下形成动态平衡.当向下的压力小于向上的作用力时，静环上升，液膜变厚; 当向下的压力大于向上的作用力时，静环下降，这样液膜的厚度就在一个稳定值附近波动。
泄漏由外侧流向内侧，泄漏水大部分收集到化容系统，另一部分进入二号密封。
二号密封采用的是普通机械密封(图3.15a)，正常工作压差是0.3Mpa左右，一号密封失效的情况下可以短时间承担系统的全压差。
三号密封(图 3.15b)采用的也是普通机械密封，承受压差0.1Mpa。
二三号的密封的泄漏水收集到反应堆冷却剂的收集罐中。
在泵的叶轮上部设有热交换器，当轴封水断失时，泄漏的冷却剂先被热屏交换器中的设备冷却水冷却到65度以下，使泵下部轴承免受高温。
这样，沿泵轴的泄漏经过串联的三道密封将冷却剂向安全壳气空间的泄漏减少到最小(参考课件4.2)。
核反应堆的冷却系统与选材要求
核反应堆的冷却系统与选材要求核反应堆是一种利用核裂变或核聚变反应产生能量的装置，它在能源领域具有重要的地位。
然而，核反应堆在运行过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地冷却，就会导致反应堆温度过高，甚至发生严重事故。
因此，核反应堆的冷却系统是核能发电安全运行的关键之一。
本文将介绍核反应堆的冷却系统以及选材要求。
一、核反应堆的冷却系统核反应堆的冷却系统主要由冷却剂、冷却剂循环系统和冷却剂传热系统组成。
1. 冷却剂冷却剂是核反应堆中用于吸收和带走燃料元件产生的热量的介质。
常用的冷却剂有水、氦气和液态金属等。
水是最常用的冷却剂，其具有丰富的资源、良好的传热性能和较低的成本，但在高温和高压下易发生腐蚀和水锤等问题。
氦气是一种惰性气体，具有良好的热传导性能和较高的工作温度，但成本较高。
液态金属如钠和铅铋合金具有较高的传热性能和较低的压降，但在操作过程中需要注意其氧化和腐蚀问题。
2. 冷却剂循环系统冷却剂循环系统是核反应堆中冷却剂流动的路径。
它包括冷却剂泵、冷却剂管道和冷却剂循环装置等。
冷却剂泵负责将冷却剂从低温区抽出，经过核反应堆吸收热量后再送回高温区。
冷却剂管道用于连接冷却剂泵和核反应堆，保证冷却剂的流动。
冷却剂循环装置则用于控制冷却剂的流速和温度，确保核反应堆的稳定运行。
3. 冷却剂传热系统冷却剂传热系统是核反应堆中冷却剂与燃料元件之间传递热量的装置。
它包括燃料元件、燃料包壳和燃料包壳与冷却剂之间的传热界面。
燃料元件是核反应堆中产生热量的部分，通常由铀或钚等放射性物质构成。
燃料包壳则用于包裹燃料元件，保护其不受外界环境的影响。
燃料包壳与冷却剂之间的传热界面则是冷却剂吸收燃料元件热量的位置。
二、核反应堆冷却系统的选材要求核反应堆的冷却系统在选择材料时需要考虑以下几个方面的要求： 1. 耐高温性能核反应堆的工作温度通常较高，因此冷却系统的材料需要具有良好的耐高温性能。
材料应能在高温下保持稳定的力学性能和化学性能，不发生脆化、软化或氧化等现象。
核反应堆-核电-核技术-核工程-3.1 压水堆核电厂一回路主系统1
•放射性屏障
RCP系统压力边界作为裂变产物放射性的第二道 屏障，在燃料元件包壳破损泄露时，可防止放射性物 质外外逸。
3
3.1.2 系统描述 系统组成
冷却系统
压力调节系统
超压保护系统
提高冷却剂质量流量可 一回路冷却剂的温度升高或降低， 当压力超过限制值，卸压管线
以减少堆出入口的温差。 造成一回路冷却剂体积膨胀或收缩。 上的安全阀开启，向卸压箱排放蒸
提高压力，提高承压要求，材料和加工制造 难度加大，从而影响电厂的经济性。
• 燃料包壳温度限制，抗高温腐蚀性能 • 传热温差的要求，冷却剂温度至少要
比包壳温度低10-15oC，保证热交换
• 冷却剂过冷度的要求，应有20oC左右
的过冷度。
3.入口温度
• 出口温度确定，对于额定热功率 的反应堆，入口温度与流量为单 值关系。
蒸汽压力。
值不同的安全阀。
4
冷却系统
冷却剂载热方程:
Pt qmCp (tout tin )
燃料表面的放热过程:
PU A h (t f tc )
h～ qm0.8
Pt: 堆芯热功率 qm：冷却剂流量 Cp: 冷却剂定压热熔 tout,tin：堆芯出入口温差
Pu: 堆内燃料棒的总功率 A: 燃料元件总表面积 tf : 燃料元件表面温度 tc : 冷却剂温度 h : 冷却剂与燃料元件表面的
• 入口温度越高，冷却剂平均温度 越高
• 入口温度高，冷却剂的温升小， 所需质量流量大，增加泵的唧送 功率，降低了电厂的净效率。
4.冷却剂流量
qm
c p (tout tin ) pt
• 进出口温升30-40oC
• 核电厂变工况时，平均温度变
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（2010—2011学年第二学期） 主讲：李然
1 反应堆冷却剂泵概述 2 屏蔽电机泵 3 轴封泵 3.1 总体结构; 3.2 轴封组件; 3.3 轴封泵的 运行 4 叶轮泵的一般特性 4.1 特性参数; 4.2 工作原理; 4.3 特性曲线; 5 离心泵的全特性曲线
ρ gqV H ρ qV H = P= 1000η 102η
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4.1 叶轮泵的主要特性参数
汽蚀余量/净正吸入压头(Net positive suction head)NPSH 汽蚀(Cavitation)现象： • 流体动力作用→运动液体的局部压力低于 饱和压力→液体汽化形成汽泡→汽泡随液 体移动→到达区域静压超过饱和压力→蒸 汽凝结汽泡破裂→高频水力冲击→损伤构 件
汽蚀现象
• 汽蚀是这样一种现象：由于流体动力作用，运动 液体的局部压力降低到液体温度下的饱和压力 时，液体就开始汽化而形成汽泡，汽泡随液体到 达静压超过饱和蒸汽压力的区域时，蒸汽突然凝 结而使汽泡破裂，这种破裂在很短时间内发生， 周围的液体以极高的速度向汽泡原来所占的空间 冲去，产生了强烈的高频水力冲击。从而使泵的 构件受到严重损伤。这种液体汽化--汽泡产生、 蒸汽凝结--汽泡破裂的整个过程及其一系列现 象，称为汽蚀。
14
3.1.1 水力机械部分
（2）叶轮
叶轮由不锈钢铸成，有七个叶片，用热 装和加键固定在泵轴的下端，并在轴端用 螺母锁紧。叶轮是泵的核心部件。靠叶轮 的旋转使流体获取能量。
15
3.1.1 水力机械部分
（3）吸入导流管和扩压器
吸入导流管是一个不锈钢圆筒，用螺栓 固定在泵壳的内侧，把吸入流体引进叶轮中 心。 扩压器由不锈钢铸造而成，它有12个导 叶，位于叶轮外侧。扩压器的作用是降低在 扩压叶片之间的延伸流道中的流体流速。把 流体的速度头转换成静压头。
ห้องสมุดไป่ตู้24
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（4）电动机定子空气冷却器
电动机定子绕组是由空气冷却的。电动机 转子两端均带有风叶，电动机旋转时，风叶 强迫空气流动。空气冷却器管内有设备冷却 水通过。从安全壳吸入的空气经该空气冷却 器降温后流入电动机机架中的冷却槽冷却定 子绕组，然后排入安全壳大气中。
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3.2 轴封组件
• 位于泵水力机械部分和电机之间，作用：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。 • 三级密封：自下而上依次称为1号、2号、3号密封 • 从化学和容积控制系统引来的高压纯净轴封水在 泵下部径向轴承和1号密封之间注入，之后一路向 下冷却泵轴承，一路向上进入密封段。
（5）热屏组件
在叶轮与泵径向轴承之间装有热屏。阻止泵壳 内高温的反应堆冷却剂向泵上方的泵径向轴承和 密封组件的传热，使泵径向轴承免受高温。 由两部分组成：一是安装在导叶内侧的隔热套 （防护套筒）；二是叶轮与泵径向轴承间的由盘 管组成的扁平状热交换器，其内循环着设备冷却 水（35oC）
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3.1.2 电机部分
10
3 轴封泵
现代压水堆核电厂使用最广泛的冷却剂泵 是立式、单级、轴密封泵
参见46页图3‐17
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3.1 总体结构
1)水力机械部分 2)电机部分 3)轴封组件
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3.1.1 水力机械部分
• 组成：泵壳、叶轮、吸入导流管和扩压 器、泵轴承及热屏组件…… • 其基本功能是将泵轴的机械能传递给流体 并变为流体的静压能。
37
4 叶轮泵的一般特性
• 泵(Pump)是把机械能转换成液体的能量， 用来增压输送液体的机械。
按原理分类： • 叶轮泵(透平泵)：离心泵，轴流泵，混流泵，旋 涡泵 • 容积泵：往复泵，回转泵 • 喷射泵 • 水锤泵 • 真空泵
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4 叶轮泵的一般特性
叶轮泵的结构分类： • 按流体吸入叶轮的方式：单吸式泵，双吸 式泵 • 按级数分类：单级泵，多级泵 • 按泵体形式分类：蜗壳泵，筒形泵 • 按主轴安放情况分类：卧式泵，立式泵， 斜式泵
32
去疏水箱 自立管注入水 装弹簧孔
三号轴封
静环 去2号轴封泄漏管线 动环
泵轴
3.3 轴封泵的运行
反应堆冷却剂泵启动的条件： （1）有关的支持系统:
• 化容系统提供1.8 m3/h的轴封水； • 设备冷却水系统向电机的空气冷却器和油冷却器 提供冷却水； • 反应堆硼和水补给系统可用，以便（支持化容系 统）向立管及3号轴封供水； • 反应堆冷却剂泵电动机的电源是由非重要厂用电 供给，供电须保证。
pv w p NPSH av = − + ρ g ρg 2g
2
p pv w
泵进口处绝对压力/Pa 液体在相应温度下的饱和压力/Pa 泵进口截面上的液体平均速度/m/s
1 反应堆冷却剂泵概述
反应堆冷却剂泵（主泵）(Reactor coolant pump)的功能是为反应堆冷却剂提供驱动 压头，保证足够的强迫循环流量通过堆 芯，把反应堆产生的热量送至蒸汽发生 器，产生推动汽轮机做功的蒸汽。
1 反应堆冷却剂泵概述
基本要求： • 长期无人维护下安全可靠地工作； • 冷却剂泄漏尽可能少； • 能提供足够大的转动惯量； • 过流部件表面材料耐高温耐硼酸水腐蚀； • 便于维修。
1 反应堆冷却剂泵概述
• 反应堆冷却剂泵可分为两大类：屏蔽电机 泵和轴封泵。
5
2 屏蔽电机泵
结构特点: • 泵的叶轮和电机转子连成一体 • 密封壳体 • 壳体外以设冷水冷却 • 屏蔽电机转子浸水 早期PWR；核动力舰艇；钠冷快堆；AP1000
6
参见44页图3‐15
7
• 优点 密封性能好，运行安全可靠。 • 局限性 效率低（比轴封泵低10%~20%），屏蔽电动 机造价昂贵，容量小，不宜安装飞轮，转动 惯量小，维修不便。
2号密封
• 2号密封的主要作用是阻挡1号密封的泄 漏，将其导向化容系统。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分钟） 以便停运反应堆冷却剂泵。 • 压降约0.35MPa，泄漏量维0.0076m3/h
30
装弹簧孔
2号轴封 泄漏去疏 水箱
二号轴封
1号轴封泄漏 去容控箱
16
3.1.1 水力机械部分
（4）泵轴承
泵径向轴承为泵轴提供径向支撑和对 中。它由斯太立合金堆焊的不锈钢轴颈和石 墨环构成的套筒组成，用水润滑和冷却。使 通过轴承的水保持低温是重要的，因为高温 会破坏石墨环并使轴承损坏。所用的轴承冷 却水是化容系统的轴封注入水的一部分。
17
3.1.1 水力机械部分
45
4.1 叶轮泵的主要特性参数
功率(Power) • 泵功率指原动机输送给泵轴上的功率，又 称为轴功率，记为P。有效功率是根据泵 的扬程与流量计算的功率，即在单位时间 内，泵对流经的液体所作的有效功率，记 为Pef，单位都是kW。
46
4.1 叶轮泵的主要特性参数
效率(Efficiency)η • 泵的有效功率Pef与轴功率P之比。泵在工作 时，由于存在水力损失（即流体在流道中 的摩擦和局部阻力），流量损失（由于密 封不严及流体回流），以及机械损失（部 件摩擦损耗），因而轴功率不可能完全转 变为有效功率。
静环 动环 泵轴
1号轴封泄漏
3号密封
• 3号密封是一个具有摩擦面的双侧型密封， 作用是将2号密封的泄漏引导到疏水箱（属 于排气疏水系统，废物处理系统之一）。 同时，还要防止含硼水流产生硼结晶，保 证对密封面材料的润滑和冷却。不按承受 全部系统压力设计。 • 有一根立管提供静压头，高于3号密封2米 水柱，并可监测3号密封是否损坏。
8
湿定子泵(图3.16)。 不用屏蔽套，定子绕 组也是湿的，采用特 制的绝缘导线 制成，水在电动机绕 组间循环以加强冷 却，泵的外壳与堆压 力容器壁焊在一起。 日本ABWR采用此种 泵。
9
3 轴封泵
优点： • 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%； • 电机部分可以装一只很重的飞轮，提高了泵 的惰转性能，从而提高了全厂断电事故时反 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，轴密封结构的更换仅需10个小时 左右。
13
3.1.1 水力机械部分 （1）泵壳
包容并支撑着泵的水力部件，是反应堆 冷却剂系统压力边界的一部分。泵壳是一个 外形呈准球状的不锈钢铸件，其出入口接管 焊接在一回路系统管道上。冷却剂从泵壳底 部沿叶轮轴线流入，向上经导流管进入叶 轮。通过叶轮后的冷却剂经扩散器后通过与 叶轮成切线方向的出口接管排出。
t
I 主泵机组转动惯量/kg·m2 P0 泵额定有效功率/W ω0 泵额定角速度/rad/s η0 泵额定效率 n0 泵额定转数/r/min t 断电开始计算的时间/s
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（3）防逆转装置
• 若一台反应堆冷却剂泵停运，而其他环路 上的泵还在运行着，停运的环路上冷却剂 将发生逆向流动。逆流还会使停运的泵反 转，这时若启动该泵，就会产生过大启动 电流，可能导致电机过热或引起其他损 坏。
驱动反应堆冷却剂泵的电动机是立式、 鼠笼、单速三相感应式，采用防滴结构(设 有电机绕组电加热器，停运后加热器自动 启动，防止受潮)，由空气冷却，而空气由 两台热交换器用设备冷却水冷却。 • 组成：轴承、飞轮、防逆转装置、电动机 定子空气冷却器……
19
补充知识：电机
• 三相异步电机可分为鼠笼式和绕线式
（2）飞轮
• 一个飞轮用键固定在电动机轴的顶端，以增 加反应堆冷却剂泵机组的转动惯量，从而延 长泵的惰转时间 • 飞轮是关系到反应堆安全的重要部件。它的 破坏将带来严重后果，因此飞轮采用优质锻 钢制作,并经过100％超声波探伤检查。
22
• 主泵惰转时间与转动惯量的关系：
I=