核电站原理 第3章 反应堆 压力容器

中子 注量 对
NDT T的 影响
3-2 反应堆本体结构
三、反应堆压力容器
3）反应堆压力容器的运行限制
原则：低温下一回路承受压力要相应减小，防止 可能的脆性断裂。
a)一回路水压试验运行范围
b)余热去除系统退出的限制
在低温低压下，反应堆压力容器的压力保护由余 热去除系统的安全阀承担，开启压力为 4.5MPa;余热去除系统退出运行后，超压保护 由稳压器安全阀承担。大亚湾规定160℃下， 余热去除系统不能退出运行
轴 承
水中，用水润滑轴承,安装在热屏和轴封 之间。它包括不锈钢轴颈和由几个石墨 环构成的壳体, 轴颈在壳体内旋转。轴
承安装在环型箱中，该箱能校正轴的偏
心度。
轴封系统保证主泵轴向的密封。该系统由三级串联
的轴封组成，通过连续的三级泄漏，将系统压力过
轴
渡到大气压。 由RCV系统来的高压冷却水注入到泵径向轴承和一
利用泵的惰性提供足够的流量，使堆芯得到适当的冷却； (4)过流部件表面材料要求耐高温含硼酸水的腐蚀； (5)便于维修。
三、分类 ：分为两大类：全密封泵和轴封泵。
3-3 反应堆冷却剂泵
三、分类 ：分为两大类：全密封泵和轴封泵。
1、全密封泵
早期压水堆核电厂采用屏蔽泵，但因其效率低， 造价昂贵，不宜安装飞轮，因而转动惯量小， 维修不便等原因，在核电厂中已经普遍被轴封 泵代替。
各种旁通流量及其大致数值为：
（l）出口接管旁通流量——有1％的流量从压 力容器入口进来后横向绕流，通过吊篮和压 力容器出口接管之间的间隙直接流出去。
（2）控制棒导向管旁通流量——有2.24％的 流量从那些对应有控制棒的燃料组件导向管 内流过（正常运行时控制棒大多提至堆芯顶 部）。
（3）堆芯围板旁通流量——有0.6％的流量通 过幅板上的流水孔从吊篮和堆芯围板之间流 过。
主 冷却。为防止安全壳内空气升温，在冷却回路出口装 有两台冷却器，由RRI系统冷却。电机设有电加热器，
泵 在泵停运时加热，使线圈保持一定温度，防止凝结水。 为了便于维修主泵和电机，在泵轴与电机轴之间由
电 400mm长的短轴刚性连接。 在电动机定子上有6个测点，监督线圈温升，
机 温度不允许超过120℃。 在冷却器出口装有RRI系统 流量测点，流量低于25m3/h时，给出报警信号。
2.2％
1％
0.6％
2．24％
3-3 反应堆冷却剂泵
一、作用：
反应堆冷却剂泵又叫做主泵，它的作用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。
二、对泵的基本要求：
(1)能够长期在无人维护情况下安全可靠地工作， (2)冷却剂的泄漏要尽可能少； (3)转动部件应有足够大的移动惯量，以便在全厂断电情况下，
如果3号轴封损坏，管内水位下降，给出“水位低”信号，由REA
系统提供补给除盐水，补到高水位时，发出“高水位”信号，停 止补水。
3号立管内装有水位变送器，有“水位高高” 和“水位低低”报警 信号
2号 和3 号轴 封的 结构
轴封运行原理
驱动电动机是空气冷却鼠笼式感应电动机，其 额定功率为6.5MW,由6.0kV母线供电。采用开式空气
凹槽
静环
低压
高压
动 环
轴
1号轴封
2号轴封是常规设计的压力平衡型密封，3号轴封是一种机
二 械端面密封。如图1—24所示，是用弹簧组压紧的表面磨 擦轴封。其动环是不锈钢覆盖一层氧化铝。静环由石墨组
号 成，通过弹簧压紧在动环上并与泵的定子联成一体。轴图 1-23 1号轴封 动环凹槽静环高压低压。
轴 封
（4）顶盖冷却旁通流量——有2.2％的流量从 导向筒支承板法兰上的小孔流进顶盖进行冷 却。
这一区域的水可通过支承柱向下流回上部堆内 构件构成的水腔室。
上述各项旁通流量总计为冷却剂总流量的6.04 ％，热工设计时取为 6.5％。
旁路流量增大意味着什么?有什么危害? 使流经堆芯流量减少，平均温度增加 自动控制调节 使功率下降。
2、轴封泵
优点：1、采用鼠笼式电机，比屏蔽泵效率高 10~20% ；2、可以安装飞轮，提高了泵的 惰转性能，安全性提高；3、同样可以控制泄 漏；4、维修方便，轴封结构跟换只需10h
冷却剂泵又称主泵，它是反应堆冷
却剂系统中唯一高速旋转的设备，
作
用于驱动高温高压、具有放射性的
用
冷却剂，使冷却剂以很大流量（每
分
却剂，由12片螺旋叶片组成，被安装在扩压 器法兰的底部，可从泵体取出。导流管用螺
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
栓固定在泵壳内，可拆卸，它的作用是将水
引到叶轮的吸水口
热屏装置的目的是在泵的上部和泵的下部之间
进行隔热。泵的上部为轴承和联轴器等，要求 保持在90℃ 左右；而泵的下部为高温高压的
热 冷却剂（正常运行时）。 这种冷却器是由不锈钢管组成的，设备冷却水
台泵约24290m3/h）通过反应堆堆
芯，把堆芯中产生的热量传送给蒸
汽发生器。
设 计 考 虑
反应堆冷却剂泵按输送足以满足堆芯冷却的流 量率设计。泵的总压头取决于反应堆冷却剂环路（反应 堆压力容器、蒸汽发生器和管道）内的压降。
泵的电动机按以下考虑设计： —— 最频繁的运行方式是在热态中运行，在冷态中 运行限于电站启动期间。 —— 泵电动机转子组件必须具有足够的惯性，以便 在由于断电引起反应堆紧急停堆时，能冷却堆芯而避免 出现偏离泡核沸腾。
反应堆压力容器本体材料属低碳钢，与冷却剂接触表 面堆焊一层5mm厚的不锈钢。压力容器高13m，内 径4m，简体壁厚205mm，总重约330 t。图
压 力 容 器 剖 面 图
作 用
压力容器及其顶盖整体有三个基本作用： 1. 作为包容反应堆堆芯的容器，起着固定和支撑堆
内构件的作用，保证燃料组件按一定的间距在堆
3-2 反应堆本体结构
三、反应堆压力容器
反应堆压力容器支撑和包容堆芯和堆内构件，工作在 高压(15．5Mpa左右)、高温含硼酸水介质环境和放 射性辐射的条件下，寿命不少于40年。
反应堆压力容器是一个底部为焊死的半球形封头，上 部为法兰连接的半球形封头的圆柱形容器，对于三环 路设计，容器上有3个进口管嘴和出口管嘴与各冷却 剂环路的冷热管段相接。这些进出口管嘴位于高出堆 芯上平面约1．4m的同一个水平面上。
虑
设备的腐蚀，设备的耐蚀性能与金属的老
化，要选用具有高机械强度和在强中子辐
照下不易脆化的材料。
压 力 容 器 主 要 参 数
主要参数
设计压力
设计温度
运行压力
装有堆芯和内部构件就位时的冷却剂的容积
满负荷时的冷却剂温度 反应堆入口 反应堆出口
反应堆冷却剂流量 热工设计 名义
通过压力容器时反应堆冷却剂压降
压力容器 内径 壁厚 总高度 壳体重 顶盖重 材料 堆焊层厚度 堆焊层材料 螺栓数目 螺栓材料
热屏厚
燃料组件总数（组）
数值
17.2 Mpa(绝对)
343 ℃
15.5 Mpa(绝对)
95.76 m3
热工设计 292.8 ℃
327.2 ℃
名义 293.4 ℃
326.6 ℃
2×23320 m3/h 2×24290 m3/h
屏 系统（RRI）的水在管内流动，进口温度35℃ ， 流量为8.5～9.1m3/h。这样布置是为了使热屏 上方维持在72℃左右。 热屏上方有一后座密封，当拆下电动机时，泵
的转动部分暂放在这个后座密封上（这可使回 路保持充满水的状态）。
电机—泵组件装有三个轴承，两个装在
电机上，第三个为泵轴承。泵轴承浸在
芯内的支撑与定位。
2. 作为反应堆冷却剂系统的一部分，起着承受一回 路冷却剂与外部压差的压力边界的作用
3. 考虑到中子的外逸，起到对人员的生物防护的作 用
反应堆压力容器按照提供包容反应堆
设
堆芯、上部堆内构件及下部堆内构件所要
计
求的容积设计，考虑到核电厂的寿期为40
考
年，以及运行时冷却剂的循环流动，水对
冷 却 剂 泵 的 构 成
水力部分 轴封部分 电机部分
冷 却 剂 泵 剖 面 图
水 力 部 分
水
泵壳：用铬-镍奥氏体铁素体不锈钢铸件焊 接而成。轴向进水口在下部，出水口与叶轮
力 成切线方向。管口与一回路管道全厚度焊接。
部
叶轮：单级，有7个螺旋形的叶片，用铬-镍 奥氏体铁素体不锈钢制成汇集来自叶轮的冷
0.28MPa
3840 mm 205 mm(筒体) 12.978 m 266 t 57 t 16MND5 >4.5 mm 309L+308L 不锈钢 56 40NCDV7.03
70mm
121
3-2 反应堆本体结构
三、反应堆压力容器 2、密封装置 确保反应堆压力容器筒体与上封头之间的密封性，
在法兰结合处用两道“O”型圈密封。内侧为自 紧式，外侧内充氦气的充气环。内外环之间有 引漏接管，测量引漏管表面温度监测泄漏 3、反应堆压力容器的运行限制 1）温度对金属性能的限制 脆性转变温度，NDTT 2)辐照对脆性转变温度的影响
封
号轴封之间，其作用是： 1）保证主泵轴承的润滑。
组
2）通过三个串联的轴封，保证一回路水不向外泄 漏。
件
3）在RRI系统暂时断水时，保证主泵轴承和轴封的
短时应急冷却。
由RCV系统供给的轴封水压力为15.8Mpa.a ，略高
于一回路压力，流量约1.82m3/h，其中通过轴封约
0.68 m3/h，其余流入一回路
动，不会产生磨损。泄漏是由外侧流向内侧，密封件处于
封 自动平衡状态，保持间隙为0.1mm左右。两端的压差为 15.5 Mpa.a，背压约为0.31 Mpa.a，通过密封水流量为680
组 l/h，入口温度为26.9～73.9℃ 。其泄漏量大部分返回RCV 系统。
件 为保证1号轴封的正常工作，在启动主泵时必须由RCV系 统供给轴封水，而且要求反应堆冷却剂系统压力不得低于 2.40Mpa.a，1号轴封上的差压足够（⊿P）1.9MPa），保 证抬起动环，使静环与动环之间的间隙进入可调节状态
在 役 水 压 试 验 限 制
在 役 水 压 试 验 限 制
压力容器内冷却剂的流动
通过三个入口接管沿压力容器内壁与堆芯吊 篮之间的环形空间向下流动，到压力容器底 部后转向，通过堆芯支承板和堆芯下栅格板 向上流经堆芯，带出核反应放出的热量，经 过上栅格板后，从三条出口管道排出
冷却剂在压力容器内流动时约有94%用于堆 芯排热，有6.04%没有用来冷却燃料元件， 称为旁路流量。
正常运行时，2号轴封泄漏量为≤110 l/h，背压0.45bar，两
端压差1.6bar。轴封泄漏水被送往RPE系统。
二 号 和 三 号 轴 封 组 件
3号轴封的作用是阻挡2号轴封的泄漏。它由双密封组成，在双密 封之间由REA系统注入密封水，其最大压力为1.14 bar.g，正常流 量为0.8 l/h。它只是满足对密封的润湿，以很小的流量冲刷轴封， 避免硼酸在密封处结晶，其排水送往RPE系统。 为了使3号轴封有恰当的润湿，在向3号密封水注入管上垂直地安 装有一根立管。立管置于3号密封标高以上，并在3号密封面之间 形成一股重力注入流。这股注入流分成两部分：一部分进入2号密 封引漏管线，另一部分沿3号密封向上流动，通过3号密封引漏管 线直接引到RPE系统。 如图1-25所示，正常运行时立管内水位高出2号轴封约4m，以保证 3号轴封有0.6 bar不变的背压。 如果2号轴封损坏，泄漏量增加。管内水位上升，给出报警信号 “水位高”，并能向外溢流。
热屏和轴承
1号轴封构成密封系统中最重要的元件，它基本上是一种 全液膜密封。它由两个不锈钢覆盖氧化铝的环构成，下边 为动环，与轴联结在一起，随泵轴旋转：上边是静环，与
一 定子联结在一起不转动，但可以上下移动。两个环的端面 不接触，构成曲面型液膜密封件。
号 在正常运行时，在两环之间形成液膜，液膜是由密封两端 轴 的压降产生的。动环和静环的两个端面在液膜两侧相对滑
2号轴封的作用是阻挡1号轴封的泄漏。它的润滑是由1号 轴封水泄漏量的一部分保证。2号轴封设计成在应急情况 下，无论是转动状态或者静止状态，都能在密封面两端承
组 受全系统压力下运行。此时它可以代替1号轴密封，并且 象全液膜密封那样工作。在1号轴封发生故障时，能在一
件 回路额定压力下工作（旋转或不旋转）约30分钟，以便设 备停运。
主
泵
电 电动机的下轴承用油润滑。轴承箱内出贮存的油通过装在 轴承箱上的一个盘管冷却器冷却。下轴承有以下测量仪表：
机
1）轴承温度测量，正常运行时约为60℃，不许超过88℃。 2）轴承箱内油温测量。
下 3）电动机机身振动测量，各点双振幅不应超过75μm，超 过时报警。