Охлаждане на главния двигател на помпата за захранваща вода в атомната електроцентрала

Нагревателен механизъм и опасности от двигатели на главни помпи за захранваща вода в атомни електроцентрали
Основните двигатели на помпата за захранваща вода в атомните електроцентрали са предимно асинхронни или синхронни двигатели с голям-капацитет, висока-мощност. Тяхното генериране на топлина произтича основно от комбинираните ефекти на електрически загуби, механични загуби и фактори на околната среда. Механизмът за отопление е сложен и топлината се натрупва бързо. Ако охлаждането не е навременно, това ще причини множество опасности за оборудването и системите.

Механизъм за нагряване на ядрото

1. Електрически загуби при нагряване: Това е основният източник на генериране на топлина от двигателя, включително загуби на мед в намотката на статора, загуби на желязо в сърцевината и допълнителни загуби. Когато намотките на статора са под напрежение, токът, преминаващ през проводниците, генерира джаулова топлина, т.е. загуби на мед. Големината на тези загуби е в положителна корелация с квадрата на тока и съпротивлението на проводника. Под въздействието на променливо магнитно поле сърцевината генерира загуби от хистерезис и загуби от вихрови токове, т.е. загуби от желязо, които са свързани главно с материала на сърцевината, силата на магнитното поле и честотата. Освен това хармониците, генерирани от честотни преобразуватели или нелинейни товари, могат да увеличат допълнителните загуби на двигателя, което допълнително влошава генерирането на топлина.

2. Генериране на топлина от механични загуби: По време на работа на двигателя механичните загуби се генерират и се превръщат в топлина поради триенето на въздушната междина между ротора и статора, триенето при въртене на лагера и съпротивлението на въртене на вентилатора. Износването на лагерите, лошото смазване или неправилната инсталация значително увеличават механичното триене, което води до допълнително генериране на топлина и се превръща в основна причина за генериране на топлина при механични загуби.

3. Комбинирани фактори на околната среда: Главните помпи за захранваща вода в атомните електроцентрали са разположени предимно в деаераторните помещения на основната сграда на конвенционалния остров. В някои сценарии температурата на околната среда е висока и пространството е относително затворено с ограничена вентилация. Едновременно с това работната среда на атомните електроцентрали може да съдържа замърсители като прах и водна пара, които лесно се придържат към повърхността или вътрешността на двигателя, блокирайки каналите за разсейване на топлината и допълнително възпрепятствайки разсейването на топлината, като по този начин повишават работната температура на двигателя.

Опасности от прекомерна температура Когато температурата на двигателя надвиши номиналната граница, това ще има серия от отрицателни въздействия върху работата на оборудването и безопасността на системата: Първо, това уврежда изолационните характеристики на двигателя. Високите температури ускоряват стареенето и карбонизацията на изолационните материали, намалявайки съпротивлението на изолацията и дори причинявайки късо съединение на намотките и заземяване, което директно води до спиране на двигателя. Второ, влияе върху механичните характеристики на двигателя. Високите температури причиняват топлинно разширение и деформация на компоненти като ротора и статора на двигателя, което води до неравномерни въздушни междини, намалена прецизност на механичното прилягане, повишена вибрация и шум, а в тежки случаи и механично засядане. Трето, намалява ефективността на двигателя. Повишената температура увеличава съпротивлението на проводника и загубите на мед, като същевременно намалява пропускливостта на сърцевината и увеличава загубите на желязо, което води до повишена консумация на енергия на двигателя и намалена ефективност. Четвърто, предизвиква каскадни повреди. Неуспешното изключване на двигателя на главната помпа за захранваща вода ще доведе до прекъсване в системата за главна захранваща вода, което ще повлияе на нормалната работа на парогенератора. Ако резервната помпа не може да стартира навреме, това може да накара ядрения енергиен блок да намали натоварването или дори да спре спешно, което води до значителни икономически загуби и рискове за безопасността.

Методи за охлаждане и технически характеристики на двигатели на главни помпи за захранваща вода в атомни електроцентрали

Като се имат предвид изискванията за ниво на безопасност, условията на работа и пространственото разположение на атомните електроцентрали, методът на охлаждане за двигателите на главните помпи с захранваща вода трябва да отговаря на основните изисквания като ефективно разсейване на топлината, надеждна работа, удобна поддръжка и адаптивност към ядрената среда. Понастоящем често използваните методи за охлаждане на двигателите на главните помпи с захранваща вода в атомните електроцентрали се разделят главно на две категории: въздушно охлаждане и охлаждане с течност. Различните методи за охлаждане имат различен структурен дизайн, ефективност на разсейване на топлината и приложими сценарии. При практически приложения трябва да се направи разумен избор въз основа на фактори като мощност на двигателя и работна среда.

1. Метод на въздушно охлаждане Въздушното охлаждане използва въздух като среда за разсейване на топлината, като отвежда топлината, генерирана от двигателя чрез въздушен поток. Има предимства като проста структура, удобна поддръжка и липса на риск от изтичане. Той е подходящ за двигатели на главни помпи с ниска{3}}до-средна мощност в среди с ниски температури на околната среда и е бил широко използван в ранните блокове на атомни електроцентрали и някои спомагателни двигатели на помпи с захранваща вода. В зависимост от метода на въздушния поток, той може да бъде разделен на охлаждане с естествена вентилация и охлаждане с принудителна вентилация.

Охлаждането с естествена вентилация разчита на собственото разсейване на топлината на двигателя и естествената конвекция на околния въздух за постигане на разсейване на топлината. Корпусът на двигателя обикновено е проектиран с радиаторна структура, за да се увеличи площта на разсейване на топлината. Топлината се отвежда към въздуха през радиатора и естествената конвекция се формира от разликата в плътността на въздуха, за да завърши топлообмена. Този метод не изисква допълнително захранващо оборудване, има ниски разходи за експлоатация и поддръжка и няма шумово замърсяване. Ефективността му на разсейване на топлината обаче е сравнително ниска и се влияе силно от температурата на околната среда и условията на вентилация. Не е подходящо за двигатели на главни-помпи с висока-мощност,-топлогенериране-и е подходящо само за спомагателни двигатели с ниска{8}}мощност или резервни двигатели.

Охлаждането с принудителна вентилация използва охлаждащ вентилатор, монтиран в задната част на двигателя, за да принуди въздушния поток върху повърхностите на статора, ротора и сърцевината, ускорявайки разсейването на топлината. Неговата ефективност на разсейване на топлината е много по-висока от охлаждането с естествена вентилация и е подходящо за средни-мощни двигатели на главните помпи за захранваща вода. Въз основа на метода на циркулация на охлаждащия въздух, тя може да бъде разделена на отворени и затворени системи: Отворената принудителна вентилация директно изтегля околния въздух в двигателя, разсейва го след охлаждане и след това го изпуска. Той има проста структура и висока ефективност на разсейване на топлината, но е податлив на прах от околната среда и замърсяване с водни пари, което изисква редовно почистване на въздушния филтър. Затворената принудителна вентилация използва вътрешна циркулация на въздуха, охлаждайки циркулиращия въздух през външен охладител, преди да -влезе отново в двигателя, предотвратявайки навлизането на замърсители от околната среда в двигателя. Той е подходящ за среда на атомна електроцентрала с висока запрашеност и влажност, но структурата му е относително сложна, изискваща поддръжка на охладителя и циркулационната система.

2. Течно охлаждане

Течното охлаждане използва течности като вода и масло като среда за разсейване на топлината. Използвайки високия специфичен топлинен капацитет и високата ефективност на разсейване на топлината на течностите, топлината се отвежда от двигателя чрез циркулация на течността. Подходящо е за двигатели на главните помпи с висока-мощност,-топло-генериране на захранваща вода в атомни електроцентрали и понастоящем е основният метод за охлаждане. Напълно затвореното водно охлаждане е най-широко използваното и двигателите на главните помпи за захранваща вода в проекта Фаза I на атомната електроцентрала Haiyang използват този метод на охлаждане.

Система за{0}}охлаждане с водно охлаждане: Използвайки дейонизирана вода или специален агент за обработка на охлаждаща вода като среда, тя се разделя на вътрешни охлаждащи и външни охлаждащи форми. Системите за вътрешно охлаждане използват тръби за охлаждаща вода, монтирани вътре в намотките на статора и ротора на двигателя, позволявайки на охлаждащата вода да тече през намотките и директно да отстранява топлината, генерирана от намотките. Това води до изключително висока ефективност на разсейване на топлината и е подходящо за двигатели с голям-капацитет и висока{4}}мощност. Външните охладителни системи, от друга страна, използват охлаждаща риза върху корпуса на двигателя. Охлаждащата вода протича през охлаждащата риза и обменя топлина с корпуса на двигателя, като индиректно отстранява топлината. Тази система е сравнително проста по структура и лесна за поддръжка, но нейната ефективност на разсейване на топлината е малко по-ниска от тази на вътрешните охладителни системи.

Системата за водно охлаждане за главния двигател на помпата за захранваща вода в атомна електроцентрала обикновено е свързана със системата за охлаждаща вода на оборудването на електроцентралата. Входът и изходът на охлаждащата вода са свързани към системата за охлаждаща вода на оборудването на електроцентралата чрез фланци, образувайки затворен -циркулационен цикъл. Системата включва усилвателна помпа за охлаждане, филтър, устройство за наблюдение на температурата и устройство за наблюдение на потока. Охлаждащата бустер помпа осигурява мощност на потока охлаждаща вода, филтърът предотвратява запушването на охлаждащите тръби от примеси, а модулът за наблюдение на температурата събира температурата на охлаждащата среда в реално време и я подава обратно към главната контролна зала на електроцентралата, позволявайки автоматично регулиране на охладителната система и гарантирайки, че температурата на двигателя остава стабилна в рамките на номиналния диапазон.

3. Система с маслено{1}}охлаждане: Тази система използва специализирано охлаждащо масло като среда, циркулиращо маслото за отстраняване на топлината от двигателя, като същевременно осигурява смазване. Подходящо е за двигатели с висока-скорост и високо{4}}натоварване. Охлаждащото масло протича през намотките, лагерите и другите компоненти вътре в двигателя, абсорбирайки топлина преди да влезе във външен охладител за обмен на топлина с въздух или охлаждаща вода. След охлаждане маслото се рециклира. Предимствата на системата с маслено-охлаждане са равномерно разсейване на топлината и смазване, ефективно предпазващи лагери и други механични компоненти. Въпреки това изисква редовна смяна на маслото, което води до по-високи разходи за поддръжка и риск от изтичане на масло. Следователно приложението му в двигателите на главните помпи за захранваща вода на атомните електроцентрали е относително ограничено.

Композитен метод на охлаждане За двигатели на главни помпи с захранваща вода с изключително висока мощност и значително генериране на топлина, един метод на охлаждане е недостатъчен, за да отговори на изискванията за разсейване на топлината. Поради това обикновено се използват композитни методи за охлаждане, комбиниращи въздушно охлаждане с течно охлаждане или вътрешно охлаждане с външно охлаждане. Например намотките на статора използват водно{2}}охлаждано вътрешно охлаждане, роторните намотки използват въздушно охлаждане, а сърцевината използва водно-охлаждано външно охлаждане. Чрез много-измерно разсейване на топлината се гарантира, че температурата на двигателя остава стабилна в номиналните граници по време на работа при пълно-натоварване. Композитните методи за охлаждане предлагат висока ефективност на разсейване на топлината и силна адаптивност, но те са структурно сложни, имат високи инвестиционни разходи и са трудни за поддръжка. Те се използват главно в двигатели на главни помпи с захранваща вода от мегаватов-клас и над атомни енергийни блокове.

Охладителната система на главния двигател на помпата за захранваща вода в атомната електроцентрала е ключов компонент, осигуряващ безопасната и стабилна работа на блока. Ефективността на разсейване на топлината и експлоатационната надеждност пряко влияят върху нормалната работа на главната помпена система за захранваща вода, като по този начин влияят върху термичния цикъл на цялата атомна електроцентрала и бариерите за безопасност. Тъй като ядрените енергийни блокове се развиват към по-големи мощности и по-високи параметри, мощността на главния двигател на помпата за захранваща вода непрекъснато се увеличава, което води до по-голямо генериране на топлина и поставя все по-високи изисквания към технологията за охлаждане.

Заключение

Въздушното охлаждане, течното охлаждане и комбинираните методи за охлаждане се използват широко в двигателите на главните помпи за захранваща вода на атомните електроцентрали. Чрез оптимизиране на дизайна на охладителната система, избор на ефективна охлаждаща среда и подобряване на технологиите за автоматично управление и наблюдение, ефективността на разсейване на топлината и надеждността на охладителната система са ефективно подобрени, отговаряйки на изискванията за дългосрочна-експлоатация на ядрени енергийни блокове. Междувременно, с непрекъснатия напредък на технологията за ядрена енергия, интелигентността, ефективността и екологизирането се превърнаха в тенденции за развитие на охлаждащата технология. В бъдеще ще бъдат проведени по-нататъшни изследвания и разработки на ефективни и-енергоспестяващи охлаждащи технологии, като нови композитни охлаждащи материали и интелигентни адаптивни системи за охлаждане, за постигане на прецизен контрол и-енергоспестяваща работа на охладителните системи. В същото време интелигентната работа и поддръжка на охладителните системи ще бъдат засилени. Чрез големи данни, Интернет на нещата и други технологии ще бъдат постигнати-мониторинг в реално време, ранно предупреждение за неизправности и интелигентна диагностика на работното състояние на охладителните системи, което допълнително ще подобри надеждността и ефективността на работа и поддръжка на охладителните системи и ще предостави по-силни гаранции за безопасната и ефективна работа на атомните електроцентрали.