[发明专利]用于非能动核电厂核主泵的外置式轴向力平衡装置

说明书

本发明公开了一种用于非能动核电厂核主泵的外置式轴向力平衡装置，包括加压装置，加压装置与存储冷却水的容器相连通，加压装置的压力出口通过管路与疏水阀连接，疏水阀与所述核主泵的疏水管嘴连接，疏水阀与加压装置间的管路上设有压力传感器；压力传感器和所述核主泵内的转速传感器与控制系统相连，控制系统控制加压装置输出压力的大小。本发明无需改变核主泵的内部结构，通过外置式的轴向力平衡装置提供辅助提升力，部分抵消转子组件的重力，可使得下推力轴承及下推力盘之间的水膜在核主泵启动过程中尽快建立、在核主泵停止过程中继续保持；同时也改善了核主泵启动/停止期间下推力盘的受力状况，使得下推力盘的使用寿命得以延长。

技术领域

本发明为用于非能动核电厂核主泵的外置式轴向力平衡装置，属于核发电厂核主泵技术领域。非能动核电厂在此是指采用AP1000、CAP1000和CAP1400等技术的核电厂。

背景技术

核主泵主要用于向反应堆输送反应堆冷却剂，实现反应堆冷却剂在反应堆和蒸汽发生器之间的循环。如附图1所示，非能动核电厂每台蒸汽发生器1-2下封头的两个管嘴上分别悬挂一台核主泵1-1，泵的水力部件在上部，电动机部件在下部。反应堆冷却剂从蒸汽发生器1-2下封头流出后，沿轴向吸入核主泵1-1，经核主泵1-1的出口管嘴径向流入主管道1-3，然后流经反应堆1-4，再通过主管道1-3返回蒸汽发生器1-2，完成一个循环。

与其它核电厂相比，非能动核电厂采用无轴封泵作为核主泵。如附图2所示，核主泵的整个转子组件均被包容在反应堆冷却剂的压力边界内，泵机组不存在泵壳与电动机之间传动轴的动密封结构，从根本上消除了泵壳内的反应堆冷却剂通过动密封结构向外界泄漏的可能性。

核主泵运行时，热屏/迷宫密封3将泵壳内的反应堆冷却剂和定子组件19与转子组件5之间腔室的冷却水隔开，起着隔热的作用。热屏/迷宫密封3允许反应堆冷却剂以小流量流入定子组件19与转子组件5之间腔室，也允许定子组件19与转子组件5之间腔室的冷却水以小流量流入泵壳1内，以维持热屏/迷宫密封3两侧的压力基本一致。

定子组件19与转子组件5之间腔室的冷却水通过外置热交换器20冷却，冷却后的冷却水通过核主泵下部进入定子组件19与转子组件5之间腔室，通过转子组件5上的辅助叶轮(见转子组件5下部虚线所示，为转子组件的一部分)吸入。辅助叶轮排出的冷却水分为两路，小部分冷却水向下流动，冷却上推力轴承6、上推力盘7、下飞轮8、下推力盘9、下推力轴承10后返回辅助叶轮入口；大部分冷却水向上流动，冷却定子组件19、转子组件5、上飞轮4后返回外置热交换器20。

核主泵轴向力是由液体作用在叶轮2前后盖板压力差而形成的指向叶轮2吸入口的轴向力(即叶轮2旋转引起的提升力)和转子组件5的自重形成的合力。核主泵启动/停止及运行过程中，转子组件5的重力是恒定不变的，但叶轮2旋转引起的提升力却随转速的增加而增加，核主泵转速超过一定值时，核主泵轴向力转向。当转速低于该值时，叶轮2旋转产生的提升力小于转子组件5重力，下推力轴承10通过下推力盘9为转子组件5提供向上的推力；当转速高于该值时，叶轮2旋转产生的提升力大于转子组件5重力，上推力轴承6通过上推力盘7为转子组件5提供向下的推力。上推力盘7和下推力盘9分别位于下飞轮8的上下两侧，上飞轮4上下两侧不设推力盘。

在核主泵启动/停止期间，转子组件转速较低，叶轮2旋转产生的提升力小于转子组件5重力，下推力轴承10通过下推力盘9为转子组件5提供向上的推力。一方面，无轴封泵推力轴承使用水润滑轴承，当转速较低时，下推力轴承10及下推力盘9之间水膜尚未完全建立或者被破坏，摩擦副一定程度上处于干摩擦状态，长时间处于干摩擦状态可能影响水润滑轴承的长期可靠运行。另一方面，核主泵启动/停止期间，因下推力盘9受力较大容易导致下推力盘9故障，并最终可能造成核主泵故障停运。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：通过外接装置解决了核主泵启动和停止过程中因为轴向力不平衡而导致的下推力轴承及下推力盘易磨损、易损坏的问题，而无需对核主泵的内部结构进行改造。