Hlađenje motora glavne pumpe napojne vode u nuklearnoj elektrani

Mehanizam zagrijavanja i opasnosti motora glavnih pumpi napojne vode u nuklearnim elektranama
Glavni motori pumpi napojne vode u nuklearnim elektranama uglavnom su asinkroni ili sinkroni motori velikog-kapaciteta, velike-snage. Njihovo stvaranje topline prvenstveno proizlazi iz kombiniranih učinaka električnih gubitaka, mehaničkih gubitaka i čimbenika okoliša. Mehanizam zagrijavanja je složen, a toplina se brzo akumulira. Ako hlađenje nije pravovremeno, to će uzrokovati višestruke opasnosti za opremu i sustave.

Mehanizam grijanja jezgre

1. Grijanje električnih gubitaka: Ovo je glavni izvor stvaranja topline motora, uključujući gubitke bakra namota statora, gubitke željeza u jezgri i dodatne gubitke. Kada su namoti statora pod naponom, struja koja prolazi kroz vodiče stvara Jouleovu toplinu, tj. gubitke u bakru. Veličina tih gubitaka u pozitivnoj je korelaciji s kvadratom struje i otporom vodiča. Pod utjecajem izmjeničnog magnetskog polja jezgra stvara gubitke zbog histereze i vrtložne struje, odnosno gubitke u željezu, koji su uglavnom povezani s materijalom jezgre, jakošću magnetskog polja i frekvencijom. Nadalje, harmonici koje stvaraju pretvarači frekvencije ili nelinearna opterećenja mogu povećati dodatne gubitke motora, dodatno pogoršavajući stvaranje topline.

2. Mehanički gubici Stvaranje topline: Tijekom rada motora, mehanički gubici se generiraju i pretvaraju u toplinu zbog trenja u zračnom rasporu između rotora i statora, trenja rotacije ležaja i otpora rotacije ventilatora. Istrošenost ležaja, loše podmazivanje ili nepravilna ugradnja značajno povećavaju mehaničko trenje, što dovodi do dodatnog stvaranja topline i postaje glavni uzrok mehaničkog gubitka stvaranja topline.

3. Kombinirani čimbenici okoliša: Glavne pumpe napojne vode u nuklearnim elektranama uglavnom su smještene u odzračivačima glavne zgrade na konvencionalnom otoku. U nekim scenarijima, temperatura okoline je visoka, a prostor je relativno zatvoren s ograničenom ventilacijom. Istodobno, radno okruženje nuklearnih elektrana može sadržavati zagađivače poput prašine i vodene pare, koji se lako lijepe na površinu ili unutrašnjost motora, blokirajući kanale za odvod topline i dodatno ometajući odvođenje topline, čime se povećava radna temperatura motora.

Opasnosti od prekomjerne temperature Kada temperatura motora prijeđe nazivnu granicu, to će imati niz negativnih utjecaja na performanse opreme i sigurnost sustava: Prvo, oštećuje performanse izolacije motora. Visoke temperature ubrzavaju starenje i karbonizaciju izolacijskih materijala, smanjujući izolacijski otpor i čak uzrokujući kratke spojeve namota i kvarove uzemljenja, što izravno dovodi do gašenja motora. Drugo, utječe na mehaničku izvedbu motora. Visoke temperature uzrokuju toplinsko širenje i deformaciju komponenti kao što su rotor i stator motora, što rezultira nejednakim zračnim rasporom, smanjenom preciznošću mehaničkog pristajanja, povećanim vibracijama i bukom, au teškim slučajevima i mehaničkim zaglavljivanjem. Treće, smanjuje radnu učinkovitost motora. Povećana temperatura povećava otpor vodiča i gubitke bakra, dok smanjuje propusnost jezgre i povećava gubitke željeza, što dovodi do povećane potrošnje energije motora i smanjene učinkovitosti. Četvrto, izaziva kaskadne kvarove. Neisključivanje motora glavne pumpe napojne vode uzrokovat će prekid u glavnom sustavu napojne vode, što će utjecati na normalan rad generatora pare. Ako se pumpa u stanju pripravnosti ne može pokrenuti na vrijeme, to može uzrokovati smanjenje opterećenja nuklearne elektrane ili čak hitno gašenje, što rezultira značajnim ekonomskim gubicima i sigurnosnim rizicima.

Metode hlađenja i tehničke karakteristike motora glavnih pumpi napojne vode u nuklearnim elektranama

Uzimajući u obzir zahtjeve za sigurnosnu razinu, radne uvjete i prostorni raspored nuklearnih elektrana, metoda hlađenja za glavne motore pumpi napojne vode mora zadovoljiti osnovne zahtjeve kao što su učinkovito odvođenje topline, pouzdan rad, praktično održavanje i prilagodljivost nuklearnom okruženju. Trenutno se najčešće korištene metode hlađenja za glavne motore crpki napojne vode u nuklearnim elektranama uglavnom dijele u dvije kategorije: hlađenje zrakom i hlađenje tekućinom. Različite metode hlađenja imaju različite strukturne dizajne, učinkovitosti rasipanja topline i primjenjive scenarije. U praktičnim primjenama mora se napraviti razuman odabir na temelju čimbenika kao što su snaga motora i radno okruženje.

1. Metoda hlađenja zrakom Hlađenje zrakom koristi zrak kao medij za disipaciju topline, odvodeći toplinu koju stvara motor kroz strujanje zraka. Ima prednosti kao što su jednostavna struktura, praktično održavanje i nema rizika od curenja. Prikladan je za motore glavne pumpe napojne vode niske{3}} do -srednje snage u okruženjima s niskim temperaturama okoline i naširoko se koristio u prvim jedinicama nuklearnih elektrana i nekim pomoćnim motorima pumpi napojne vode. Ovisno o načinu strujanja zraka, može se podijeliti na hlađenje prirodnom ventilacijom i hlađenje prisilnom ventilacijom.

Hlađenje prirodnom ventilacijom oslanja se na vlastitu disipaciju topline motora i prirodnu konvekciju okolnog zraka za postizanje disipacije topline. Kućište motora obično je dizajnirano sa strukturom hladnjaka kako bi se povećala površina rasipanja topline. Toplina se odvodi u zrak kroz hladnjak, a prirodna konvekcija nastaje zbog razlike u gustoći zraka kako bi se dovršila izmjena topline. Ova metoda ne zahtijeva dodatnu energetsku opremu, ima niske troškove rada i održavanja te nema zagađenja bukom. Međutim, njegova učinkovitost rasipanja topline je relativno niska i na nju uvelike utječu temperatura okoline i uvjeti ventilacije. Nije prikladan za glavne-motore pumpe napojne vode velike-snage, visoke{6}}topline-koje generiraju i prikladan je samo za pomoćne-motore niske snage ili rezervne motore.

Hlađenje s prisilnom ventilacijom koristi ventilator za hlađenje ugrađen na stražnjoj strani motora kako bi prisilio protok zraka preko površina statora, rotora i jezgre, ubrzavajući rasipanje topline. Njegova učinkovitost rasipanja topline puno je veća od hlađenja prirodnom ventilacijom i prikladna je za srednje{1}}motore glavne pumpe napojne vode. Na temelju metode cirkulacije rashladnog zraka, može se podijeliti na otvorene i zatvorene sustave: Otvorena prisilna ventilacija izravno uvlači zrak iz okoline u motor, raspršuje ga nakon hlađenja i zatim ga ispušta. Ima jednostavnu strukturu i visoku učinkovitost rasipanja topline, ali je osjetljiv na prašinu iz okoliša i kontaminaciju vodenom parom, što zahtijeva redovito čišćenje zračnog filtra. Zatvorena prisilna ventilacija koristi unutarnju cirkulaciju zraka, hladi cirkulirajući zrak kroz vanjski hladnjak prije ponovnog -ulaska u motor, sprječavajući zagađivače iz okoliša da uđu u motor. Pogodan je za okruženja nuklearnih elektrana s visokom prašinom i vlagom, ali njegova je struktura relativno složena i zahtijeva održavanje hladnjaka i cirkulacijskog sustava.

2. Hlađenje tekućinom

Hlađenje tekućinom koristi tekućine kao što su voda i ulje kao medij za odvođenje topline. Koristeći visoki specifični toplinski kapacitet i visoku učinkovitost rasipanja topline tekućina, toplina se odvodi iz motora kroz cirkulaciju tekućine. Pogodan je za velike-motore glavne pumpe napojne vode-koje proizvode veliku-toplinu-u nuklearnim elektranama i trenutno je glavna metoda hlađenja. Potpuno zatvoreno vodeno hlađenje je najčešće korišteno, a glavni motori pumpi napojne vode u projektu I. faze nuklearne elektrane Haiyang koriste ovu metodu hlađenja.

Vodeno{0}}hlađeni sustav hlađenja: korištenjem deionizirane vode ili posebnog sredstva za obradu rashladne vode kao medija, dijeli se na unutarnje i vanjsko hlađenje. Unutarnji rashladni sustavi koriste cijevi za rashladnu vodu instalirane unutar namota statora i rotora motora, omogućujući da rashladna voda teče kroz namote i izravno uklanja toplinu koju stvaraju namoti. To rezultira izuzetno visokom učinkovitošću rasipanja topline i prikladno je za motore velikog-kapaciteta, velike-snage. S druge strane, vanjski rashladni sustavi koriste rashladni plašt na kućištu motora. Rashladna voda teče kroz rashladni plašt i izmjenjuje toplinu s kućištem motora, neizravno odvodeći toplinu. Ovaj je sustav relativno jednostavne strukture i jednostavan za održavanje, ali njegova učinkovitost rasipanja topline nešto je niža od učinkovitosti unutarnjih rashladnih sustava.

Sustav vodenog hlađenja za motor glavne pumpe napojne vode u nuklearnoj elektrani obično je povezan sa sustavom vode za hlađenje opreme elektrane. Ulaz i izlaz rashladne vode povezani su sa sustavom rashladne vode opreme elektrane preko prirubnica, tvoreći zatvorenu-kružnu cirkulaciju. Sustav uključuje pumpu za pojačano hlađenje, filtar, jedinicu za nadzor temperature i jedinicu za nadzor protoka. Pumpa za povišenje tlaka hlađenja daje snagu protoku rashladne vode, filtar sprječava nečistoće da začepe rashladne cijevi, a jedinica za nadzor temperature prikuplja temperaturu rashladnog medija u stvarnom vremenu i šalje je natrag u glavnu kontrolnu sobu elektrane, omogućujući automatsko podešavanje rashladnog sustava i osiguravajući da temperatura motora ostane stabilna unutar nazivnog raspona.

3. Sustav hlađen uljem-: Ovaj sustav koristi specijalizirano rashladno ulje kao medij, cirkulirajući ulje za uklanjanje topline s motora, a istovremeno osigurava podmazivanje. Prikladan je za motore velike-brzine, visokog{4}}opterećenja. Rashladno ulje teče kroz namote, ležajeve i druge komponente unutar motora, apsorbirajući toplinu prije ulaska u vanjski hladnjak za izmjenu topline sa zrakom ili vodom za hlađenje. Nakon hlađenja, ulje se reciklira. Prednosti sustava-hlađenog uljem su ravnomjerno odvođenje topline i podmazivanje, učinkovita zaštita ležajeva i drugih mehaničkih komponenti. Međutim, zahtijeva redovitu zamjenu ulja, što rezultira većim troškovima održavanja i rizikom od curenja ulja. Stoga je njegova primjena u motorima glavnih pumpi napojne vode nuklearnih elektrana relativno ograničena.

Kompozitna metoda hlađenja Za motore glavne pumpe napojne vode s iznimno velikom snagom i značajnim stvaranjem topline, jedna metoda hlađenja nije dovoljna da zadovolji zahtjeve za odvođenjem topline. Stoga se obično koriste kompozitne metode hlađenja, kombinirajući hlađenje zrakom s hlađenjem tekućinom ili unutarnje hlađenje s vanjskim hlađenjem. Na primjer, namoti statora koriste vodom-hlađeno unutrašnje hlađenje, namoti rotora koriste zračno hlađenje, a jezgra koristi-vodeno hlađeno vanjsko hlađenje. Putem više-dimenzionalne disipacije topline, temperatura motora je osigurana da ostane stabilna unutar nazivnih granica tijekom rada pod punim-opterećenjem. Kompozitne metode hlađenja nude visoku učinkovitost odvođenja topline i snažnu prilagodljivost, ali su strukturno složene, imaju visoke investicijske troškove i teško ih je održavati. Uglavnom se koriste u motorima pumpi glavne napojne vode klase megavat-i više nuklearnih jedinica.

Sustav hlađenja motora glavne pumpe napojne vode u nuklearnoj elektrani ključna je komponenta koja osigurava siguran i stabilan rad jedinice. Njegova učinkovitost odvođenja topline i radna pouzdanost izravno utječu na normalan rad sustava glavne pumpe napojne vode, čime utječu na toplinski ciklus cijele nuklearne elektrane i sigurnosne barijere. Kako se nuklearne jedinice razvijaju prema većim kapacitetima i većim parametrima, snaga motora glavne pumpe napojne vode kontinuirano raste, što dovodi do veće proizvodnje topline i postavlja sve veće zahtjeve za tehnologiju hlađenja.

Zaključak

Metode hlađenja zrakom, hlađenja tekućinom i kombiniranog hlađenja naširoko se koriste u motorima glavnih pumpi napojne vode nuklearnih elektrana. Optimiziranjem dizajna rashladnog sustava, odabirom učinkovitih rashladnih medija i poboljšanjem tehnologija automatske kontrole i nadzora, učinkovitost rasipanja topline i pouzdanost rashladnog sustava učinkovito su poboljšani, ispunjavajući zahtjeve dugotrajnog-radnja nuklearnih energetskih jedinica. U međuvremenu, uz kontinuirani napredak tehnologije nuklearne energije, inteligencija, učinkovitost i ozelenjavanje postali su razvojni trendovi tehnologije hlađenja. U budućnosti će se provoditi daljnja istraživanja i razvoj učinkovitih i energetski -štedljivih tehnologija hlađenja, kao što su novi kompozitni rashladni materijali i inteligentni prilagodljivi rashladni sustavi, kako bi se postigla precizna kontrola i-štedni rad rashladnih sustava. Istodobno će se pojačati inteligentni rad i održavanje rashladnih sustava. Putem velikih podataka, interneta stvari i drugih tehnologija postići će se-nadzor u stvarnom vremenu, rano upozorenje o grešci i inteligentna dijagnoza radnog statusa rashladnih sustava, čime će se dodatno poboljšati pouzdanost i učinkovitost rada i održavanja rashladnih sustava i pružiti snažnija jamstva za siguran i učinkovit rad nuklearnih elektrana.