轴封式核主泵惰转流量试验优化研究.pdf
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1、收稿日期:作者简介:章春伟(),男,江苏无锡人,高级工程师,硕士,从事核科学与核技术/大修优化工作(E m a i l z h a n g c wc n n p 敭c o m敭 c n).轴封式核主泵惰转流量试验优化研究章春伟(核电运行研究(上海)有限公司,上海 )摘要:M 机组反应堆冷却剂主泵的惰转流量试验一般需要两个燃料循环执行一次,每次试验都会人为停运主泵,一方面增加了大修关键路径,另一方面还增加了主泵启动过程中意外损坏的风险.本文主要对影响主泵惰转性能的因素开展研究,在分析主泵动量方程和环路流动阻力特性的基础上,发现蒸汽发生器堵管数量是影响主泵惰转流量的主要因素,得出结论:主泵惰转流量
2、试验在首次启堆前第一次实施后,若压力容器堆芯没有设计变化且蒸汽发生堵管数量小于时,后续可以不再执行.关键词:主泵;惰转;蒸汽发生器;堵管;试验优化中图分类号:TM 文献标志码:A文章编号:()S t u d yo nt h eO p t i m i z a t i o no f t h eP r i m a r yP u m pI d l eF l o wT e s tZ HAN GC h u n w e i N u c l e a rP o w e rO p e r a t i o nR e s e a r c h S h a n g h a i C o 敭 L t d 敭 S h a n
3、g h a i C h i n a A b s t r a c t T h e i d l er u n n i n g f l o wt e s t o f t h e r e a c t o r c o o l a n t p u m p i s t ov e r i f yw h e t h e r t h e i d l e r u n n i n g f l o wo f t h ep r i m a r yp u m pc a ne n s u r e t h ec o o l i n go f t h er e a c t o r i nt h ec a s eo f s u d
4、 d e n l o s so fp o w e ro f t h ep r i m a r yp u m p i ne a c hl o o p s o t h a t i tw i l l n o t r e a c ht h eb u b b l eb o i l i n gs t a t ea n dt h u se n s u r e t h ec o r es a f e t y 敭 T h ec u r r e n td e s i g ns t a n d a r d f o r t h e i d l er u n n i n gs a f e t yo f t h ep r
5、 i m a r yp u m po f t h eM u n i t i st h a t t h e i d l er u n n i n gf l o wr a t eo fe a c h l o o ps h o u l db ea b o v e t h es a f e t y l i m i tw i t h i n s f r o mt h em o m e n t t h ep r i m a r yp u m pc i r c u i tb r e a k e r i sd i s c o n n e c t e d 敭 T h e t e s t i sp e r f o
6、 r m e d i nar e a c t o r t h e r m a l s h u t d o w na n do c c u p i e st h eo v e r h a u l c r i t i c a lp a t hf o ra p p r o x i m a t e l yh o u r s 敭 E a c ht e s t a r t i f i c i a l l ys t o p s t h ep r i m a r yp u m p w h i c h i n c r e a s e s t h en u m b e ro f c o r e t r a n s
7、 i e n t so nt h e o n eh a n d a n d i n c r e a s e s t h e r i s ko f a c c i d e n t a l d a m a g ed u r i n g t h ep r i m a r yp u m ps t a r t u po n t h e o t h e r 敭T h ea r t i c l ef o c u s e so nt h es t u d yo ft h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h ei d l er u n n i n gp e r f o r m
8、a n c eo ft h ep r i m a r yp u m p b a s e do n t h ep r i m a r yp u m pm o m e n t u me q u a t i o n a n da n a l y z e s t h ep r i m a r yp u m p i d l e r u n n i n g f l o wt e s t a f t e r t h ef i r s t i m p l e m e n t a t i o nb e f o r e t h e f i r s t s t a r t u po f t h er e a c t
9、 o r i f t h e r e i sn od e s i g nc h a n g e i nt h ep r e s s u r ev e s s e lc o r ea n dt h en u m b e ro f s t e a mb l o c k a g e so c c u r r i n gi s l e s st h a n t h es u b s e q u e n t t e s tc a nb en ol o n g e rp e r f o r m e d 敭K e yw o r d s m a i np u m p i d l er u n n i n g
10、s t e a mg e n e r a t o r p i p ep l u g g i n g t e s to p t i m i z a t i o nC L Cn u m b e r TM A r t i c l e c h a r a c t e r AA r t i c l e I D 反应堆冷却剂主泵(简称“主泵”)的惰转流量试验是验证在反应堆各环路主泵突然失电的情况下,主泵惰转流量在 s内能否满足堆芯冷却安全限值,目前属于运行技术规格书的监督试验.主泵惰转性能和反应堆冷却剂回路特性以及主泵的水力特性、惯性、阻力特性等多种因素有关.在R E L A P、R E T R AN等大
11、型安全分析程序中,均采用泵水力四象限特性、摩擦转矩特性和电磁转矩特性来描述主泵,并结合冷却剂回路流量阻力特性计算模型来计算主泵惰转性能.该试验需要在机组启动阶段的热停堆状态下进行,试验时一回路硼浓度要大于换料冷停堆硼浓度要求,辅助给水系统可用,占用大修关键路径h左右.每次试验都会人为停运主泵,一方面增加了堆芯瞬态的次数,另一方面也增加了主泵启动过程中意外损坏的风险,主泵启动规程中对于主泵启动次数也有严格的规定.定期实施该试验对核电机组设备可靠性和成本控制方面有很大的意义,本文主要对影响主泵惰转性能的因素开展研究,在主泵动量方程的基础上,分析主泵惰转流量试验在首次启堆前第一实施后,若压力容器堆芯
12、没有设计变化,且蒸汽发生堵管数量小于时,后续可以不再进行试验.惰转流量计算根据角动量守恒,可得出主泵运行过程中的动量方程:IddtMeMhMf()式中:I 转动惯量,k gm;转速,r/m i n;Me、Mh、Mf 电磁 转 矩、水 力 转 矩 和机械摩擦转矩,Nm;t 惰转时间,惰转开始时刻t.试验时,主泵断电开始惰转,通常认为电磁转矩为零,惰转转速在水力转矩和摩擦转矩作用下下降.IddtMhMf()由式()可以看出,主泵停运后,其转速变化主要受水力转矩和机械摩擦转矩影响.其中水力转矩的大小是由冷却剂回路特性决定的,回路特性主要由摩擦压降和形阻压降确定;机械摩擦转矩由泵的轴系摩擦和叶轮水力摩
13、擦导致.根据泵的相似理论,主泵惰转瞬时流量Q与惰转瞬时转速存在如下关系:QQ()式中:惰转开始时的初始转速;Q 惰转开始时的环路初始流量.通过以上分析,可知主泵惰转流量变化主要受Mh和Mf的影响.环路阻力对主泵惰转流量的影响在主泵水力部件结构不变的情况下,环路的阻力压降特性决定了主泵惰转时需要提供的扬程,环路中的不可恢复阻力压降计算如下:PLNiKiFiLDeV()式中:PL 不可恢复压降;Ki 环路 中 某 一 部 件 的 形 阻 系 数,无量纲;Fi 某一部件内的摩擦因数,无量纲;L 长度;De 水力当量直径;流体密度;V 流速.针对一个冷却剂回路,回路中不可恢复压降可以表示为PLPvPS
14、 GPh o tPc o l dPt r()式中:Pv 压力容器进出口压降;PS G 蒸汽发生器压降;Ph o t 热段压降;Pc o l d 冷段压降;Pt r 过渡段压降.对于运行机组,每个冷却剂环路的热段、冷段和过渡段在寿期内一般不会做变更,其水力特性可以认为不变,即Ph o t、Pc o l d和Pt r不会变化;压力容器进出口压降Pv会因为堆芯燃料组件换型存在变化的可能;蒸汽发生器的压降PS G只有在堵管时才会增加,从而影响主泵惰转流量.机械摩擦转矩对主泵惰转转速的影响主泵惰转过程中机械摩擦转矩两个影响因素中,叶轮水力摩擦因主泵叶轮结构不变而不会发生变化,轴系摩擦在泵正常运行期间可以
15、通过监测相关参数间接判断是否正常.主泵转子轴系部件(主要包括电机转子、径向推 力 组 合 轴 承、飞 轮、联 轴 器、泵 轴 和 叶轮)属于非易损部件,机组换料大修期间不会更换,主泵转子初始转动惯量也不会变化(其中飞轮转动惯量约占主泵转子总转动惯量的),即使更换了部件,除非有物项替代的情况发生,基于备件和原件的一致性,备件质量也可以认为不变.影响泵轴系摩擦最主要的是轴承和机械密封的状态,包括电机上/下径向轴承、推力轴承、机械密封和泵径向轴承,针对这些部件设置的监测仪表见表.每次大修期间,主泵在正常冷停堆平台启动后都会有维修后试验,对这些参数进行验证,之后一直保持运行,至少 h以后机组才能到达热
16、停堆,这期间需一直关注主泵运行参数,若主泵监测参数正常,可以认为其停运后的短时间内轴系摩擦不会发生恶化,能够促进全厂断电情况下反应堆冷却剂环路自然循环的建立.另外,根据核电主泵电机技术条件和离心泵技术条件相关国家标准,惰转试验不属于维修后试验的内容.表主泵运行重要监测仪表T a b l e I m p o r t a n tm o n i t o r i n g i n s t r u m e n t s f o r t h ep r i m a r yp u m po p e r a t i o n序号部件监测仪表说明主泵电机上/下径向轴承温度探测器监测电机轴承摩擦力变化.设有温度预报警信号
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