Hlajenje motorja glavne črpalke napajalne vode v jedrski elektrarni

Segrevalni mehanizem in nevarnosti motorjev glavnih črpalk za napajalno vodo v jedrskih elektrarnah
Glavni motorji črpalk za napajalno vodo v jedrskih elektrarnah so večinoma asinhroni ali sinhroni motorji velike-zmogljivosti, velike-moči. Njihova proizvodnja toplote izvira predvsem iz kombiniranih učinkov električnih izgub, mehanskih izgub in okoljskih dejavnikov. Mehanizem ogrevanja je zapleten in toplota se hitro kopiči. Če hlajenje ni pravočasno, bo povzročilo številne nevarnosti za opremo in sisteme.

Mehanizem za ogrevanje jedra

1. Ogrevanje z električnimi izgubami: To je glavni vir proizvodnje toplote motorja, vključno z izgubami bakra v navitju statorja, izgubami železa v jedru in dodatnimi izgubami. Ko so navitja statorja pod napetostjo, tok, ki teče skozi prevodnike, ustvarja Joulovo toploto, tj. izgube bakra. Velikost teh izgub je v pozitivni korelaciji s kvadratom toka in uporom prevodnika. Pod vplivom izmeničnega magnetnega polja jedro ustvarja histerezne izgube in izgube zaradi vrtinčnih tokov, torej izgube železa, ki so v glavnem povezane z materialom jedra, jakostjo magnetnega polja in frekvenco. Poleg tega lahko harmoniki, ki jih ustvarjajo frekvenčni pretvorniki ali nelinearne obremenitve, povečajo dodatne izgube motorja, kar še dodatno poveča nastajanje toplote.

2. Mehanske izgube Nastajanje toplote: med delovanjem motorja nastajajo mehanske izgube in se pretvarjajo v toploto zaradi trenja zračne reže med rotorjem in statorjem, trenja pri vrtenju ležaja in upora vrtenja ventilatorja. Obraba ležajev, slabo mazanje ali nepravilna namestitev znatno povečajo mehansko trenje, kar povzroči dodatno nastajanje toplote in postane glavni vzrok za mehansko izgubo nastajanja toplote.

3. Kombinirani okoljski dejavniki: Glavne črpalke napajalne vode v jedrskih elektrarnah so večinoma nameščene v odzračevalnih prostorih glavne stavbe na konvencionalnem otoku. V nekaterih scenarijih je temperatura okolja visoka in prostor je razmeroma zaprt z omejenim prezračevanjem. Hkrati lahko delovno okolje jedrskih elektrarn vsebuje onesnaževala, kot sta prah in vodna para, ki se zlahka oprimejo površine ali notranjosti motorja, blokirajo kanale za odvajanje toplote in dodatno ovirajo odvajanje toplote, s čimer se poveča delovna temperatura motorja.

Nevarnosti previsoke temperature Ko temperatura motorja preseže nazivno mejo, bo to imelo vrsto negativnih vplivov na delovanje opreme in varnost sistema: Prvič, poškoduje izolacijo motorja. Visoke temperature pospešujejo staranje in karbonizacijo izolacijskih materialov, zmanjšujejo izolacijski upor in celo povzročajo kratke stike navitij in ozemljitvene napake, kar neposredno vodi do zaustavitve motorja. Drugič, vpliva na mehansko delovanje motorja. Visoke temperature povzročajo toplotno raztezanje in deformacijo komponent, kot sta rotor in stator motorja, kar povzroči neenakomerne zračne reže, zmanjšano natančnost mehanskega prileganja, povečane vibracije in hrup ter v hudih primerih mehansko zagozditev. Tretjič, zmanjša učinkovitost delovanja motorja. Povišana temperatura poveča odpornost prevodnika in izgube bakra, hkrati pa zmanjša prepustnost jedra in poveča izgube železa, kar vodi do povečane porabe energije motorja in zmanjšane učinkovitosti. Četrtič, sproži kaskadne napake. Če motorja glavne črpalke napajalne vode ne zaustavite, bo prišlo do prekinitve v glavnem sistemu napajalne vode, kar bo vplivalo na normalno delovanje generatorja pare. Če se rezervna črpalka ne more zagnati pravočasno, lahko povzroči zmanjšanje obremenitve jedrske enote ali celo nujno zaustavitev, kar povzroči znatne gospodarske izgube in varnostna tveganja.

Hladilne metode in tehnične značilnosti motorjev glavnih črpalk za napajalno vodo v jedrskih elektrarnah

Ob upoštevanju zahtev glede ravni varnosti, obratovalnih pogojev in prostorske postavitve jedrskih elektrarn mora metoda hlajenja za motorje črpalke glavne napajalne vode izpolnjevati temeljne zahteve, kot so učinkovito odvajanje toplote, zanesljivo delovanje, priročno vzdrževanje in prilagodljivost jedrskemu okolju. Trenutno se pogosto uporabljene metode hlajenja za motorje črpalk glavne napajalne vode v jedrskih elektrarnah v glavnem delijo v dve kategoriji: zračno hlajenje in hlajenje s tekočino. Različne metode hlajenja imajo različne strukturne zasnove, učinkovitosti odvajanja toplote in uporabne scenarije. V praktičnih aplikacijah je treba razumno izbrati na podlagi dejavnikov, kot sta moč motorja in delovno okolje.

1. Metoda zračnega hlajenja Zračno hlajenje uporablja zrak kot medij za odvajanje toplote, ki odvaja toploto, ki jo ustvari motor skozi zračni tok. Ima prednosti, kot so preprosta struktura, priročno vzdrževanje in ni nevarnosti puščanja. Primeren je za motorje glavne črpalke za napajalno vodo z nizko{3}} do -srednjo močjo v okoljih z nizkimi temperaturami okolja in se je pogosto uporabljal v zgodnjih enotah jedrske elektrarne in nekaterih pomožnih motorjih črpalk za napajalno vodo. Glede na način pretoka zraka ga lahko razdelimo na naravno prezračevalno hlajenje in prisilno prezračevalno hlajenje.

Naravno prezračevalno hlajenje se opira na lastno odvajanje toplote motorja in naravno konvekcijo okoliškega zraka, da se doseže odvajanje toplote. Ohišje motorja je običajno zasnovano s strukturo odvoda toplote, da se poveča območje odvajanja toplote. Toplota se prenaša v zrak skozi hladilno telo, naravna konvekcija pa nastane zaradi razlike v gostoti zraka, da se dokonča izmenjava toplote. Ta metoda ne zahteva dodatne električne opreme, ima nizke obratovalne in vzdrževalne stroške ter ne povzroča hrupa. Vendar pa je njegova učinkovitost odvajanja toplote razmeroma nizka in nanjo močno vplivajo temperatura okolice in prezračevalni pogoji. Ni primeren za visoko-zmogljive, visoko{6}}toplotno-motorje glavne črpalke napajalne vode in je primeren le za nizko{8}}pomožne motorje ali rezervne motorje.

Hlajenje s prisilnim prezračevanjem uporablja hladilni ventilator, nameščen na zadnji strani motorja, ki prisili pretok zraka čez površine statorja, rotorja in jedra, kar pospeši odvajanje toplote. Njegova učinkovitost odvajanja toplote je veliko višja od hlajenja z naravnim prezračevanjem in je primerna za srednje{1}}motorje glavne črpalke napajalne vode. Glede na način kroženja hladilnega zraka ga lahko razdelimo na odprte in zaprte sisteme: Odprto prisilno prezračevanje neposredno črpa zrak iz okolice v motor, ga po ohlajanju razprši in nato izčrpa. Ima preprosto strukturo in visoko učinkovitost odvajanja toplote, vendar je dovzeten za okoljski prah in onesnaženje z vodno paro, zato je potrebno redno čiščenje zračnega filtra. Zaprto prisilno prezračevanje uporablja notranje kroženje zraka, hlajenje krožečega zraka skozi zunanji hladilnik pred ponovnim -vstopom v motor in preprečuje, da bi onesnaževalci iz okolja vstopili v motor. Primeren je za okolje jedrske elektrarne z visoko stopnjo prahu in vlage, vendar je njegova struktura razmeroma zapletena in zahteva vzdrževanje hladilnika in cirkulacijskega sistema.

2. Tekočinsko hlajenje

Tekočinsko hlajenje uporablja tekočine, kot sta voda in olje, kot medij za odvajanje toplote. Z uporabo visoke specifične toplotne kapacitete in visoke učinkovitosti odvajanja toplote tekočin se toplota odvaja iz motorja skozi kroženje tekočine. Primeren je za visoko{2}}zmogljive, visoko{3}}toplotne-motorje glavnih črpalk napajalne vode v jedrskih elektrarnah in je trenutno glavna metoda hlajenja. Popolnoma zaprto vodno hlajenje je najpogosteje uporabljeno in glavni motorji črpalk napajalne vode v projektu I. faze jedrske elektrarne Haiyang uporabljajo to metodo hlajenja.

Vodno{0}}hlajeni hladilni sistem: z uporabo deionizirane vode ali posebnega sredstva za obdelavo hladilne vode kot medija je razdeljen na notranje hlajenje in zunanje hlajenje. Notranji hladilni sistemi uporabljajo cevi za hladilno vodo, nameščene znotraj navitij statorja in rotorja motorja, ki omogočajo pretok hladilne vode skozi navitja in neposredno odvajanje toplote, ki jo ustvarijo navitja. Posledica tega je izredno visoka učinkovitost odvajanja toplote in je primerna za-motorje z veliko-zmogljivostjo in visoko{4}}močjo. Zunanji hladilni sistemi pa uporabljajo hladilni plašč na ohišju motorja. Hladilna voda teče skozi hladilni plašč in izmenjuje toploto z ohišjem motorja ter tako posredno odvaja toploto. Ta sistem je razmeroma preprost po strukturi in enostaven za vzdrževanje, vendar je njegova učinkovitost odvajanja toplote nekoliko nižja kot pri notranjih hladilnih sistemih.

Sistem vodnega hlajenja za glavni motor črpalke napajalne vode v jedrski elektrarni je običajno povezan s sistemom hladilne vode opreme elektrarne. Dovod in odvod hladilne vode sta povezana s sistemom hladilne vode opreme elektrarne prek prirobnic, ki tvorijo zaprt{1}}krožni krog. Sistem vključuje črpalko za pospeševanje hlajenja, filter, enoto za nadzor temperature in enoto za nadzor pretoka. Črpalka za pospeševanje hlajenja zagotavlja napajanje pretoka hladilne vode, filter preprečuje nečistočam, da bi zamašile hladilne cevi, enota za nadzor temperature pa zbira temperaturo hladilnega medija v realnem času in jo dovaja nazaj v glavno nadzorno sobo elektrarne, kar omogoča samodejno prilagajanje hladilnega sistema in zagotavlja, da temperatura motorja ostane stabilna znotraj nazivnega območja.

3. Oljno{1}}hlajeni sistem: Ta sistem kot medij uporablja specializirano hladilno olje, ki kroži olje, da odstrani toploto iz motorja, hkrati pa zagotavlja mazanje. Primeren je za motorje z visoko-hitrostjo in visoko{4}}obremenitvijo. Hladilno olje teče skozi navitja, ležaje in druge komponente znotraj motorja ter absorbira toploto, preden vstopi v zunanji hladilnik za izmenjavo toplote z zrakom ali hladilno vodo. Po ohlajanju se olje reciklira. Prednosti oljno-hlajenega sistema so enakomerno odvajanje toplote in mazanje, ki učinkovito ščitijo ležaje in druge mehanske komponente. Vendar pa zahteva redno menjavo olja, kar ima za posledico višje stroške vzdrževanja in nevarnost puščanja olja. Zato je njegova uporaba v glavnih motorjih črpalk napajalne vode jedrskih elektrarn razmeroma omejena.

Sestavljena metoda hlajenja Za motorje glavne črpalke napajalne vode z izjemno visoko močjo in znatnim ustvarjanjem toplote ena sama metoda hlajenja ne zadostuje za izpolnitev zahtev glede odvajanja toplote. Zato se običajno uporabljajo sestavljene metode hlajenja, ki združujejo zračno hlajenje s tekočinskim hlajenjem ali notranje hlajenje z zunanjim hlajenjem. Navitja statorja na primer uporabljajo vodno{2}}hlajeno notranje hlajenje, navitja rotorja uporabljajo zračno hlajenje, jedro pa uporablja vodno{3}}hlajeno zunanje hlajenje. Z več-dimenzionalnim odvajanjem toplote je zagotovljeno, da temperatura motorja med polno-obremenitvijo ostane stabilna znotraj nazivnih meja. Kompozitne metode hlajenja ponujajo visoko učinkovitost odvajanja toplote in močno prilagodljivost, vendar so strukturno zapletene, imajo visoke investicijske stroške in jih je težko vzdrževati. Uporabljajo se predvsem v motorjih črpalk glavne napajalne vode megavatnega-razreda in višjih jedrskih elektrarn.

Hladilni sistem motorja glavne črpalke napajalne vode v jedrski elektrarni je ključna komponenta, ki zagotavlja varno in stabilno delovanje enote. Njena učinkovitost odvajanja toplote in zanesljivost delovanja neposredno vplivata na normalno delovanje sistema črpalke glavne napajalne vode, s čimer vplivata na toplotni cikel in varnostne ovire celotne jedrske elektrarne. Ker se jedrske elektrarne razvijajo v smeri večjih zmogljivosti in višjih parametrov, moč motorja glavne črpalke napajalne vode nenehno narašča, kar vodi v večjo proizvodnjo toplote in postavlja vse višje zahteve za hladilno tehnologijo.

Zaključek

Metode zračnega hlajenja, hlajenja s tekočino in kombiniranega hlajenja se pogosto uporabljajo v glavnih motorjih črpalk za napajalno vodo jedrskih elektrarn. Z optimizacijo zasnove hladilnega sistema, izbiro učinkovitih hladilnih medijev in izboljšanjem tehnologij za samodejno krmiljenje in spremljanje sta bili učinkovitost odvajanja toplote in zanesljivost hladilnega sistema učinkovito izboljšani, kar izpolnjuje zahteve za dolgoročno-delovanje jedrskih elektrarn. Medtem so z nenehnim napredkom tehnologije jedrske energije inteligentizacija, učinkovitost in ozelenitev postali razvojni trendi hladilne tehnologije. V prihodnosti bodo potekale nadaljnje raziskave in razvoj učinkovitih in energijsko-varčnih hladilnih tehnologij, kot so novi kompozitni hladilni materiali in inteligentni prilagodljivi hladilni sistemi, da bi dosegli natančen nadzor in energetsko-varčno delovanje hladilnih sistemov. Hkrati se bo okrepilo inteligentno delovanje in vzdrževanje hladilnih sistemov. Z velikimi podatki, internetom stvari in drugimi tehnologijami bomo dosegli-nadzor v realnem času, zgodnje opozarjanje na napake in inteligentno diagnozo stanja delovanja hladilnih sistemov, kar bo dodatno izboljšalo zanesljivost ter učinkovitost delovanja in vzdrževanja hladilnih sistemov ter zagotovilo močnejša jamstva za varno in učinkovito delovanje jedrskih elektrarn.