Răcirea motorului principal al pompei de alimentare cu apă în centrala nucleară

Mecanismul de încălzire și pericolele motoarelor principale ale pompelor de alimentare cu apă din centralele nucleare
Principalele motoare ale pompelor de apă de alimentare din centralele nucleare sunt în mare parte motoare asincrone sau sincrone de{0}}capacitate mare,-de mare putere. Generarea lor de căldură provine în principal din efectele combinate ale pierderilor electrice, ale pierderilor mecanice și ale factorilor de mediu. Mecanismul de încălzire este complex, iar căldura se acumulează rapid. Dacă răcirea nu este la timp, va cauza multiple pericole pentru echipamente și sisteme.

Mecanismul de încălzire a miezului

1. Încălzire cu pierderi electrice: Aceasta este principala sursă de generare de căldură a motorului, inclusiv pierderile de cupru în bobinaj statorului, pierderile de fier din miez și pierderile suplimentare. Când înfășurările statorului sunt sub tensiune, curentul care trece prin conductori generează căldură Joule, adică pierderi de cupru. Mărimea acestor pierderi este corelată pozitiv cu pătratul curentului și rezistența conductorului. Sub influența unui câmp magnetic alternant, miezul generează pierderi de histerezis și pierderi de curent turbionar, adică pierderi de fier, care sunt legate în principal de materialul miezului, puterea câmpului magnetic și frecvența. În plus, armonicile generate de convertizoarele de frecvență sau sarcinile neliniare pot crește pierderile suplimentare ale motorului, exacerbând și mai mult generarea de căldură.

2. Pierderi mecanice Generarea de căldură: În timpul funcționării motorului, pierderile mecanice sunt generate și transformate în căldură datorită frecării între rotor și stator, frecării la rotația rulmenților și rezistenței la rotația ventilatorului. Uzura rulmentului, lubrifierea slabă sau instalarea necorespunzătoare cresc semnificativ frecarea mecanică, ceea ce duce la generarea suplimentară de căldură și devenind principala cauză a pierderilor mecanice de generare de căldură.

3. Factori de mediu combinați: Pompele principale de apă de alimentare din centralele nucleare sunt situate în cea mai mare parte în camerele dezaeratorului din clădirea principală de pe insula convențională. În unele scenarii, temperatura ambientală este ridicată, iar spațiul este relativ închis, cu o ventilație limitată. Simultan, mediul de funcționare al centralelor nucleare poate conține poluanți precum praful și vaporii de apă, care aderă cu ușurință la suprafața sau interiorul motorului, blocând canalele de disipare a căldurii și împiedicând și mai mult disiparea căldurii, crescând astfel temperatura de funcționare a motorului.

Pericole de temperatură excesivă Când temperatura motorului depășește limita nominală, va avea o serie de impacturi negative asupra performanței echipamentului și siguranței sistemului: În primul rând, dăunează performanței izolației motorului. Temperaturile ridicate accelerează îmbătrânirea și carbonizarea materialelor de izolație, reducând rezistența izolației și chiar provocând scurtcircuite în înfășurare și defecțiuni la împământare, ducând direct la oprirea motorului. În al doilea rând, afectează performanța mecanică a motorului. Temperaturile ridicate provoacă dilatarea termică și deformarea componentelor, cum ar fi rotorul și statorul motorului, ducând la goluri de aer neuniforme, scăderea preciziei de potrivire mecanică, creșterea vibrațiilor și a zgomotului și, în cazuri severe, blocaje mecanice. În al treilea rând, reduce eficiența de funcționare a motorului. Creșterea temperaturii crește rezistența conductorului și pierderile de cupru, în timp ce scade permeabilitatea miezului și crește pierderile de fier, ducând la creșterea consumului de energie a motorului și la reducerea eficienței. În al patrulea rând, declanșează eșecuri în cascadă. Eșecul de a opri motorul pompei principale de alimentare cu apă va cauza o întrerupere a sistemului principal de alimentare cu apă, afectând funcționarea normală a generatorului de abur. Dacă pompa de rezervă nu poate porni la timp, aceasta poate determina reducerea sarcinii unității nucleare sau chiar oprirea urgentă, ceea ce duce la pierderi economice semnificative și riscuri de siguranță.

Metode de răcire și caracteristici tehnice ale motoarelor principale ale pompelor de alimentare cu apă din centralele nucleare

Având în vedere cerințele privind nivelul de siguranță, condițiile de funcționare și amenajarea spațială a centralelor nucleare, metoda de răcire a motoarelor principale ale pompei de alimentare cu apă trebuie să îndeplinească cerințele de bază, cum ar fi disiparea eficientă a căldurii, funcționarea fiabilă, întreținerea convenabilă și adaptabilitatea la mediul nuclear. În prezent, metodele de răcire utilizate în mod obișnuit pentru motoarele pompelor principale de alimentare cu apă din centralele nucleare sunt împărțite în principal în două categorii: răcire cu aer și răcire cu lichid. Diferite metode de răcire au proiecte structurale diferite, eficiențe de disipare a căldurii și scenarii aplicabile. În aplicațiile practice, o selecție rezonabilă trebuie făcută pe baza unor factori precum puterea motorului și mediul de funcționare.

1. Metoda de răcire cu aer Răcirea cu aer folosește aer ca mediu de disipare a căldurii, transportând căldura generată de motor prin fluxul de aer. Are avantaje precum structură simplă, întreținere convenabilă și fără risc de scurgere. Este potrivit pentru motoare cu pompe principale pentru apă de alimentare cu putere mică-și-de putere mică în medii cu temperaturi ambientale scăzute și a fost utilizat pe scară largă în unitățile de la începutul centralelor nucleare și în unele motoare auxiliare pentru pompe pentru apă de alimentare. În funcție de metoda fluxului de aer, acesta poate fi împărțit în răcire cu ventilație naturală și răcire cu ventilație forțată.

Răcirea cu ventilație naturală se bazează pe disiparea căldurii proprie a motorului și pe convecția naturală a aerului ambiental pentru a obține disiparea căldurii. Carcasa motorului este de obicei proiectată cu o structură de radiator pentru a crește zona de disipare a căldurii. Căldura este condusă în aer prin radiatorul, iar convecția naturală este formată de diferența de densitate a aerului pentru a finaliza schimbul de căldură. Această metodă nu necesită echipamente suplimentare de alimentare, are costuri scăzute de operare și întreținere și nu are poluare fonică. Cu toate acestea, eficiența sa de disipare a căldurii este relativ scăzută și este foarte afectată de temperatura mediului ambiant și de condițiile de ventilație. Nu este potrivit pentru motoare de-putere mare, cu-căldură-generatoare de căldură mare, pompe principale de alimentare cu apă și este potrivit doar pentru motoare auxiliare de-putere redusă sau motoare de rezervă.

Răcirea cu ventilație forțată utilizează un ventilator de răcire instalat în spatele motorului pentru a forța fluxul de aer peste suprafețele statorului, rotorului și miezului, accelerând disiparea căldurii. Eficiența sa de disipare a căldurii este mult mai mare decât răcirea prin ventilație naturală și este potrivită pentru motoarele pompelor principale de apă de alimentare cu putere medie-. Pe baza metodei de circulație a aerului de răcire, acesta poate fi împărțit în sisteme deschise și închise: ventilația forțată deschisă atrage aerul ambiental direct în motor, îl disipează după răcire și apoi îl evacuează. Are o structură simplă și o eficiență ridicată de disipare a căldurii, dar este susceptibilă la contaminarea cu praful și vaporii de apă din mediu, necesitând curățarea regulată a filtrului de aer. Ventilația forțată închisă utilizează circulația internă a aerului, răcind aerul care circulă printr-un răcitor extern înainte de a re-intra în motor, împiedicând pătrunderea poluanților din mediu în motor. Este potrivit pentru mediile centralelor nucleare cu praf și umiditate ridicate, dar structura sa este relativ complexă, necesitând întreținere a răcitorului și a sistemului de circulație.

2. Răcire cu lichid

Răcirea cu lichid folosește lichide precum apa și uleiul ca mediu de disipare a căldurii. Folosind capacitatea ridicată de căldură specifică și eficiența ridicată de disipare a căldurii a lichidelor, căldura este transportată de motor prin circulația lichidului. Este potrivit pentru motoare cu pompe principale de alimentare cu apă de alimentare cu-putere mare,-înaltă{3}}căldură- din centralele nucleare și este, în prezent, metoda principală de răcire. Răcirea cu apă complet închisă este cea mai utilizată, iar motoarele principale ale pompei de alimentare cu apă din proiectul centrală nucleară Haiyang Faza I utilizează această metodă de răcire.

Sistem de răcire cu apă-: folosind apă deionizată sau un agent special de tratare a apei de răcire ca mediu, acesta este împărțit în forme de răcire internă și de răcire externă. Sistemele interne de răcire utilizează conducte de apă de răcire instalate în interiorul înfășurărilor statorului și rotorului motorului, permițând apei de răcire să curgă prin înfășurări și să elimine direct căldura generată de înfășurări. Acest lucru are ca rezultat o eficiență extrem de ridicată de disipare a căldurii și este potrivit pentru motoare de-capacitate mare, de-putere mare. Sistemele de răcire externe, pe de altă parte, folosesc o manta de răcire pe carcasa motorului. Apa de răcire curge prin mantaua de răcire și schimbă căldură cu carcasa motorului, eliminând indirect căldura. Acest sistem este relativ simplu ca structură și ușor de întreținut, dar eficiența sa de disipare a căldurii este puțin mai mică decât cea a sistemelor interne de răcire.

Sistemul de răcire cu apă pentru motorul principal al pompei de alimentare cu apă dintr-o centrală nucleară este de obicei legat de sistemul de apă de răcire a echipamentului centralei electrice. Intrarea și ieșirea apei de răcire sunt conectate la sistemul de apă de răcire a echipamentului centralei electrice prin flanșe, formând o circulație în buclă închisă-. Sistemul include o pompă de răcire, un filtru, o unitate de monitorizare a temperaturii și o unitate de monitorizare a debitului. Pompa de răcire furnizează putere fluxului de apă de răcire, filtrul previne înfundarea impurităților în conductele de răcire, iar unitatea de monitorizare a temperaturii colectează temperatura mediului de răcire în timp real și o reintroduce în camera de control principală a centralei electrice, permițând reglarea automată a sistemului de răcire și asigurând că temperatura motorului rămâne stabilă în intervalul nominal.

3. Sistem de răcire cu ulei-: acest sistem folosește ulei de răcire specializat ca mediu, circulând uleiul pentru a elimina căldura din motor, oferind și lubrifiere. Este potrivit pentru motoare de-viteză mare,-încărcare mare. Uleiul de răcire curge prin înfășurări, rulmenți și alte componente din interiorul motorului, absorbind căldură înainte de a intra într-un răcitor extern pentru a schimba căldură cu aerul sau apa de răcire. După răcire, uleiul este reciclat. Avantajele unui sistem de răcire cu ulei- sunt disiparea uniformă a căldurii și lubrifierea, protejând eficient rulmenții și alte componente mecanice. Cu toate acestea, necesită înlocuirea regulată a uleiului, ceea ce duce la costuri de întreținere mai mari și un risc de scurgere de ulei. Prin urmare, aplicarea sa în motoarele principale ale pompelor de apă de alimentare ale centralelor nucleare este relativ limitată.

Metodă de răcire compozită Pentru motoarele principale ale pompei de apă de alimentare cu putere extrem de mare și generare semnificativă de căldură, o singură metodă de răcire este insuficientă pentru a îndeplini cerințele de disipare a căldurii. Prin urmare, sunt utilizate în mod obișnuit metode de răcire compozite, combinând răcirea cu aer cu răcirea lichidă sau răcirea internă cu răcirea externă. De exemplu, înfășurările statorului folosesc răcire internă-răcită cu apă, înfășurările rotorului folosesc răcire cu aer, iar miezul utilizează răcire externă-răcită cu apă. Prin disiparea căldurii multi-dimensională, temperatura motorului este asigurată să rămână stabilă în limitele nominale în timpul funcționării cu sarcină maximă-. Metodele de răcire compozite oferă o eficiență ridicată de disipare a căldurii și o adaptabilitate puternică, dar sunt complexe din punct de vedere structural, au costuri mari de investiție și sunt dificil de întreținut. Acestea sunt utilizate în principal la motoarele principale ale pompei de apă de alimentare din clasa megawați-și mai sus la unitățile nucleare.

Sistemul de răcire al motorului principal al pompei de alimentare cu apă dintr-o centrală nucleară este o componentă crucială care asigură funcționarea sigură și stabilă a unității. Eficiența disipării căldurii și fiabilitatea operațională afectează în mod direct funcționarea normală a sistemului principal de pompare a apei de alimentare, impactând astfel ciclul termic al întregii centrale nucleare și barierele de siguranță. Pe măsură ce unitățile nucleare se dezvoltă spre capacități mai mari și parametri mai mari, puterea motorului principal al pompei de alimentare cu apă crește continuu, ceea ce duce la o generare mai mare de căldură și impunând cerințe din ce în ce mai mari pentru tehnologia de răcire.

Concluzie

Răcirea cu aer, răcirea cu lichid și metodele de răcire combinată sunt utilizate pe scară largă în motoarele principale ale pompelor de apă de alimentare ale centralelor nucleare. Prin optimizarea designului sistemului de răcire, selectarea mediilor de răcire eficiente și îmbunătățirea tehnologiilor automate de control și monitorizare, eficiența disipării căldurii și fiabilitatea sistemului de răcire au fost îmbunătățite în mod eficient, îndeplinind cerințele de funcționare-pe termen lung a unităților nucleare. Între timp, odată cu progresul continuu al tehnologiei energiei nucleare, inteligența, eficiența și ecologizarea au devenit tendințele de dezvoltare a tehnologiei de răcire. În viitor, se vor desfășura cercetări și dezvoltare în continuare a tehnologiilor de răcire eficiente și-economisitoare de energie, cum ar fi noile materiale de răcire compozite și sisteme de răcire adaptive inteligente, pentru a obține un control precis și o funcționare-con economie de energie a sistemelor de răcire. În același timp, operarea și întreținerea inteligente a sistemelor de răcire vor fi consolidate. Prin intermediul big data, Internetul obiectelor și alte tehnologii, se vor realiza monitorizarea-în timp real, avertizarea timpurie a erorilor și diagnosticarea inteligentă a stării de funcționare a sistemelor de răcire, îmbunătățind în continuare fiabilitatea și eficiența de funcționare și întreținere a sistemelor de răcire și oferind garanții mai puternice pentru funcționarea sigură și eficientă a centralelor nucleare.