Refrigeració del motor principal de la bomba d'aigua d'alimentació a la central nuclear
Mecanisme de calefacció i perills dels motors de bombes d'aigua d'alimentació principal a les centrals nuclears
Els principals motors de bombes d'aigua d'alimentació de les centrals nuclears són majoritàriament motors asíncrons o síncrons de gran-capacitat i-potència. La seva generació de calor prové principalment dels efectes combinats de pèrdues elèctriques, pèrdues mecàniques i factors ambientals. El mecanisme de calefacció és complex i la calor s'acumula ràpidament. Si el refredament no és oportú, provocarà múltiples perills als equips i sistemes.
Mecanisme de calefacció central
1. Escalfament de pèrdues elèctriques: aquesta és la principal font de generació de calor del motor, incloses les pèrdues de coure de bobinats de l'estator, les pèrdues de ferro del nucli i les pèrdues addicionals. Quan els bobinatges de l'estator estan energitzats, el corrent que passa pels conductors genera calor Joule, és a dir, pèrdues de coure. La magnitud d'aquestes pèrdues es correlaciona positivament amb el quadrat del corrent i la resistència del conductor. Sota la influència d'un camp magnètic altern, el nucli genera pèrdues per histèresi i pèrdues per corrents de Foucault, és a dir, pèrdues de ferro, que estan relacionades principalment amb el material del nucli, la força del camp magnètic i la freqüència. A més, els harmònics generats pels convertidors de freqüència o les càrregues no lineals poden augmentar les pèrdues addicionals del motor, agreujant encara més la generació de calor.
2. Pèrdua mecànica Generació de calor: durant el funcionament del motor, les pèrdues mecàniques es generen i es converteixen en calor a causa de la fricció entre el rotor i l'estator, la fricció de rotació del coixinet i la resistència a la rotació del ventilador. El desgast dels coixinets, la mala lubricació o la instal·lació incorrecta augmenten significativament la fricció mecànica, donant lloc a una generació de calor addicional i convertint-se en la causa principal de la generació de pèrdua mecànica de calor.
3. Factors ambientals combinats: Les principals bombes d'aigua d'alimentació de les centrals nuclears es troben majoritàriament a les sales de desairejadors de l'edifici principal de l'illa convencional. En alguns escenaris, la temperatura ambient és alta i l'espai està relativament tancat amb una ventilació limitada. Simultàniament, l'entorn de funcionament de les centrals nuclears pot contenir contaminants com la pols i el vapor d'aigua, que s'adhereixen fàcilment a la superfície o a l'interior del motor, bloquejant els canals de dissipació de calor i dificultant encara més la dissipació de calor, augmentant així la temperatura de funcionament del motor.
Perills de temperatura excessiva Quan la temperatura del motor supera el límit nominal, tindrà una sèrie d'impactes negatius en el rendiment de l'equip i la seguretat del sistema: en primer lloc, danya el rendiment d'aïllament del motor. Les altes temperatures acceleren l'envelliment i la carbonització dels materials d'aïllament, reduint la resistència d'aïllament i fins i tot provocant curtcircuits de bobinats i fallades de connexió a terra, que condueixen directament a l'aturada del motor. En segon lloc, afecta el rendiment mecànic del motor. Les altes temperatures provoquen l'expansió tèrmica i la deformació de components com el rotor i l'estator del motor, donant lloc a espais d'aire desiguals, disminució de la precisió de l'ajust mecànic, augment de la vibració i el soroll i, en casos greus, embussos mecànics. En tercer lloc, redueix l'eficiència de funcionament del motor. L'augment de la temperatura augmenta la resistència del conductor i les pèrdues de coure, alhora que disminueix la permeabilitat del nucli i augmenta les pèrdues de ferro, la qual cosa comporta un augment del consum d'energia del motor i una eficiència reduïda. En quart lloc, provoca errors en cascada. Si no s'apaga el motor principal de la bomba d'aigua d'alimentació, s'interromprà el sistema principal d'aigua d'alimentació, afectant el funcionament normal del generador de vapor. Si la bomba d'espera no pot arrencar a temps, pot provocar que la unitat d'energia nuclear redueixi la càrrega o fins i tot s'apagui de manera urgent, provocant pèrdues econòmiques importants i riscos de seguretat.
Mètodes de refrigeració i característiques tècniques dels motors de bombes d'aigua d'alimentació principal a les centrals nuclears
Tenint en compte els requisits de nivell de seguretat, les condicions de funcionament i la disposició espacial de les centrals nuclears, el mètode de refrigeració dels motors principals de la bomba d'aigua d'alimentació ha de complir els requisits bàsics com ara una dissipació de calor eficient, un funcionament fiable, un manteniment convenient i l'adaptabilitat a l'entorn nuclear. Actualment, els mètodes de refrigeració utilitzats habitualment per als motors principals de la bomba d'aigua d'alimentació a les centrals nuclears es divideixen principalment en dues categories: refrigeració per aire i refrigeració líquida. Els diferents mètodes de refrigeració tenen diferents dissenys estructurals, eficiències de dissipació de calor i escenaris aplicables. En aplicacions pràctiques, s'ha de fer una selecció raonable basada en factors com la potència del motor i l'entorn de funcionament.
1. Mètode de refrigeració per aire La refrigeració per aire utilitza l'aire com a mitjà de dissipació de calor, transportant la calor generada pel motor a través del flux d'aire. Té avantatges com ara una estructura senzilla, un manteniment convenient i cap risc de fuites. És adequat per a motors de bombes d'aigua d'alimentació de baixa-a-potència principal en entorns amb temperatures ambient baixes i es va utilitzar àmpliament a les primeres unitats de centrals nuclears i alguns motors auxiliars de bombes d'aigua d'alimentació. Depenent del mètode de flux d'aire, es pot dividir en refrigeració per ventilació natural i refrigeració per ventilació forçada.
La refrigeració per ventilació natural es basa en la dissipació de calor del motor i la convecció natural de l'aire ambient per aconseguir la dissipació de la calor. La carcassa del motor normalment està dissenyada amb una estructura de dissipador de calor per augmentar l'àrea de dissipació de calor. La calor es condueix a l'aire a través del dissipador de calor i la convecció natural es forma per la diferència de densitat de l'aire per completar l'intercanvi de calor. Aquest mètode no requereix cap equip d'alimentació addicional, té uns costos d'operació i manteniment baixos i no genera contaminació acústica. Tanmateix, la seva eficiència de dissipació de calor és relativament baixa i es veu molt afectada per la temperatura ambient i les condicions de ventilació. No és adequat per a motors de bombes principals d'aigua d'alimentació d'alta-potència i-calor-generadora de calor i només és adequat per a motors auxiliars-de baixa potència o motors en espera.
La refrigeració per ventilació forçada utilitza un ventilador de refrigeració instal·lat a la part posterior del motor per forçar el flux d'aire sobre l'estator, el rotor i les superfícies del nucli, accelerant la dissipació de calor. La seva eficiència de dissipació de calor és molt superior a la refrigeració per ventilació natural i és adequada per a motors de bombes d'aigua d'alimentació de potència mitjana-. Segons el mètode de circulació d'aire de refrigeració, es pot dividir en sistemes oberts i tancats: la ventilació forçada oberta atrau directament l'aire ambiental al motor, el dissipa després de refredar-lo i després l'esgota. Té una estructura senzilla i una alta eficiència de dissipació de calor, però és susceptible a la pols ambiental i la contaminació del vapor d'aigua, que requereix una neteja regular del filtre d'aire. La ventilació forçada tancada utilitza la circulació d'aire interna, refredant l'aire que circula a través d'un refrigerador extern abans de tornar-a entrar al motor, evitant que els contaminants ambientals entrin al motor. És adequat per a entorns de centrals nuclears amb gran pols i humitat, però la seva estructura és relativament complexa i requereix manteniment del sistema de refrigeració i circulació.
2. Refrigeració líquida
La refrigeració líquida utilitza líquids com l'aigua i l'oli com a mitjà de dissipació de calor. Utilitzant l'alta capacitat de calor específica i l'alta eficiència de dissipació de calor dels líquids, la calor s'allunya del motor a través de la circulació del líquid. És adequat per a motors principals de bombes d'aigua d'alimentació d'alta-potència i-calor-generadora d'alta potència a les centrals nuclears i actualment és el mètode de refrigeració principal. La refrigeració per aigua totalment tancada és la més utilitzada, i els motors principals de la bomba d'aigua d'alimentació del projecte de la fase I de la central nuclear de Haiyang utilitzen aquest mètode de refrigeració.
Sistema de refrigeració-refrigerat per aigua: utilitzant aigua desionitzada o un agent especial de tractament d'aigua de refrigeració com a mitjà, es divideix en formes de refrigeració interna i refrigeració externa. Els sistemes de refrigeració interns utilitzen canonades d'aigua de refrigeració instal·lades a l'interior dels bobinats de l'estator i del rotor del motor, permetent que l'aigua de refrigeració flueixi a través dels bobinatges i elimineu directament la calor generada pels bobinatges. Això resulta en una eficiència de dissipació de calor extremadament alta i és adequat per a motors de gran-capacitat i gran-potència. Els sistemes de refrigeració externs, en canvi, utilitzen una camisa de refrigeració a la carcassa del motor. L'aigua de refrigeració flueix a través de la camisa de refrigeració i intercanvia calor amb la carcassa del motor, eliminant indirectament la calor. Aquest sistema té una estructura relativament senzilla i fàcil de mantenir, però la seva eficiència de dissipació de calor és lleugerament inferior a la dels sistemes de refrigeració interns.
El sistema de refrigeració d'aigua per al motor principal de la bomba d'aigua d'alimentació en una central nuclear està normalment vinculat al sistema d'aigua de refrigeració de l'equip de la central elèctrica. L'entrada i la sortida d'aigua de refrigeració estan connectades al sistema d'aigua de refrigeració de l'equip de la central elèctrica mitjançant brides, formant una circulació de bucle tancat-. El sistema inclou una bomba de reforç de refrigeració, un filtre, una unitat de control de temperatura i una unitat de control de cabal. La bomba de reforç de refrigeració proporciona energia al flux d'aigua de refrigeració, el filtre evita que les impureses obstrueixin les canonades de refrigeració i la unitat de control de temperatura recull la temperatura del medi de refrigeració en temps real i la retorna a la sala de control principal de la central elèctrica, permetent l'ajust automàtic del sistema de refrigeració i assegurant que la temperatura del motor es mantingui estable dins del rang nominal.
3. Sistema de refrigeració d'oli-: aquest sistema utilitza oli de refrigeració especialitzat com a mitjà, que fa circular l'oli per eliminar la calor del motor alhora que proporciona lubricació. És adequat per a motors d'alta-velocitat i alta-càrrega. L'oli de refrigeració flueix a través dels bobinatges, coixinets i altres components dins del motor, absorbint calor abans d'entrar a un refrigerador extern per intercanviar calor amb aire o aigua de refrigeració. Després del refredament, l'oli es recicla. Els avantatges d'un sistema de refrigeració d'oli- són la dissipació uniforme de la calor i la lubricació, que protegeix eficaçment els coixinets i altres components mecànics. No obstant això, requereix la substitució periòdica de l'oli, la qual cosa comporta majors costos de manteniment i un risc de fuites d'oli. Per tant, la seva aplicació als principals motors de bombes d'aigua d'alimentació de les centrals nuclears és relativament limitada.
Mètode de refrigeració compost Per als motors principals de la bomba d'aigua d'alimentació amb una potència extremadament alta i una generació de calor significativa, un únic mètode de refrigeració és insuficient per satisfer els requisits de dissipació de calor. Per tant, normalment s'utilitzen mètodes de refrigeració compostos, que combinen refrigeració per aire amb refrigeració líquida o refrigeració interna amb refrigeració externa. Per exemple, els bobinats de l'estator utilitzen refrigeració interna refrigerada per aigua-, els bobinats del rotor utilitzen refrigeració per aire i el nucli utilitza refrigeració externa refrigerada per aigua-. Mitjançant la dissipació de calor multi-dimensional, s'assegura que la temperatura del motor es mantingui estable dins dels límits nominals durant el funcionament-a plena càrrega. Els mètodes de refrigeració compostos ofereixen una alta eficiència de dissipació de calor i una gran adaptabilitat, però són estructuralment complexos, tenen uns costos d'inversió elevats i són difícils de mantenir. S'utilitzen principalment en els motors principals de bombes d'aigua d'alimentació de la classe de megawatt-i superiors a les unitats d'energia nuclear.
El sistema de refrigeració del motor principal de la bomba d'aigua d'alimentació en una central nuclear és un component crucial que garanteix el funcionament segur i estable de la unitat. La seva eficiència de dissipació de calor i la seva fiabilitat operativa afecten directament el funcionament normal del sistema principal de bomba d'aigua d'alimentació, afectant així el cicle tèrmic i les barreres de seguretat de tota la central nuclear. A mesura que les unitats d'energia nuclear es desenvolupen cap a majors capacitats i paràmetres més alts, la potència del motor principal de la bomba d'aigua d'alimentació augmenta contínuament, donant lloc a una major generació de calor i exigint cada cop més la tecnologia de refrigeració.
Conclusió
La refrigeració per aire, la refrigeració líquida i els mètodes de refrigeració combinats s'utilitzen àmpliament en els principals motors de bombes d'aigua d'alimentació de les centrals nuclears. Mitjançant l'optimització del disseny del sistema de refrigeració, la selecció de mitjans de refrigeració eficients i la millora de les tecnologies de control i control automàtic, s'han millorat de manera efectiva l'eficiència de dissipació de calor i la fiabilitat del sistema de refrigeració, complint els requisits de funcionament a llarg termini-de les unitats nuclears. Mentrestant, amb l'avenç continu de la tecnologia de l'energia nuclear, la intel·ligència, l'eficiència i l'ecologització s'han convertit en les tendències de desenvolupament de la tecnologia de refrigeració. En el futur, es durà a terme més investigació i desenvolupament de tecnologies de refrigeració eficients i-estalviadores d'energia, com ara nous materials de refrigeració compostos i sistemes de refrigeració adaptatius intel·ligents, per aconseguir un control precís i un funcionament d'estalvi-energètic dels sistemes de refrigeració. Al mateix temps, es reforçarà el funcionament intel·ligent i el manteniment dels sistemes de refrigeració. Mitjançant el big data, l'Internet de les coses i altres tecnologies, s'aconseguirà la vigilància-en temps real, l'avís precoç d'errors i el diagnòstic intel·ligent de l'estat de funcionament dels sistemes de refrigeració, millorant encara més la fiabilitat i l'eficiència de funcionament i manteniment dels sistemes de refrigeració i oferint garanties més sòlides per al funcionament segur i eficient de les centrals nuclears.
