（山东核电有限公司运行部 265116）
摘要：AP1000屏蔽泵作为当下拥有最大容量的飞轮式屏蔽泵，在核电领域拥有重要的应用意义。笔者从AP1000的基本构造入手，分析了AP1000的主要不足和优势，进而对其实际应用提出几点看法。
关键词：AP1000；屏蔽泵；应用分析
AP1000屏蔽泵作为我国第三代核电技术的主要代表之一，以其百万千瓦级的功率水平，表现出宽广的应用前景。但就现阶段AP1000屏蔽泵的应用而言，尚未形成完整、科学的应用体系。AP1000系统由两个并联环路构成，各搭配两个主泵，具有安全性高、噪声低、结构稳定等优点，但也有效率低、飞轮惯量较小等不足，故而对其进行应用分析，具有重要的现实意义。
一、AP1000屏蔽泵结构概述
AP1000屏蔽泵在结构上与传统泵有很大的差异，其结构如图一所示。主要包括屏蔽式感应电机（由封闭的转子和定子、屏蔽套组成）、单级离心泵、热屏（用于防止泵壳内部热量传递至电机内部）、3个轴承（1个双向推力轴承和2个径向轴承，采用水润滑）、2个飞轮（安装于电机上下两侧，用以增加转动惯量，延长惰转时间，辅助建立自然循环）等部件，以及冷却主泵各组件的两个设备冷却水回路。
图一 AP1000屏蔽泵结构简图
二、AP1000屏蔽泵特点概述
就AP1000屏蔽泵整体而言，具有安全性高、结构紧凑、运行平稳、占地空间少、噪声小、启动电流小等特点，主要体现于以下几点。
第一，采用变频器驱动。一般感应电动机启动电流是正常工作电流的5-7倍，而AP1000主泵采用变频器驱动，降低冷态工况时电机功率，从而最大限度地缩小电机尺寸，由于变频器具备制动再生功能，允许主泵倒转时直接启动，并向所连接母线反馈电能的优势。
第二，AP1000在泵的结构组成方面进行了简化处理，反应堆冷却剂通过热屏与泵壳之间迷宫式密封进入电机内部，在辅助叶轮推动下，循环冷却电机，整个回路都处于压力边界内，因此不需要轴密封系统，减少了因轴密封装置失效，导致冷却剂泄漏造成小LOCA的事故，同时减少了维修工作量，又杜绝了机组对中偏差等问题, 同时取消了维持轴密封的补水流反应和密封水收集系统,。
第三，AP1000选用水作为三个轴承的润滑剂，如果主泵运行，要求转速必须在300rpm以上，以便形成稳定的水膜，避免轴承受损。轴承冷却水温度达到85℃会产生反应堆停堆信号。此方式消除了使用润滑油造成火灾的可能性，提高系统安全性。
第四，AP1000将主泵倒立与蒸汽发生器下腔室连接，取消了中间管道，简化了整体支撑结构，并相应降低了系统环路压降。
1、AP1000屏蔽泵不足与维修工作概述
（一）屏蔽泵效率相对较低
AP1000的主泵电机上下两侧，分别安设有一尺寸相对较大的飞轮，电机外壳与飞轮外套、飞轮内外屏蔽套间的间距过小，且飞轮外套被冷却剂包围，在泵运行状态下，冷却剂本身的速度梯度将会很大。由牛顿内摩擦定律可得，受飞轮摩擦阻力影响，会降低泵的效率，相对轴封泵(效率75%以上)而言，屏蔽泵效率只能达到60%。
（二）飞轮惯量较小
导致AP1000屏蔽泵飞轮惯量较小的原因主要由两点，其一是飞轮受泵壳限制，其直径相对较小；其二，飞轮在运行期间，会产生较大的水磨损耗，亦限制了飞轮的直径。虽然AP1000屏蔽泵在保障机械强度的基础上，采用更大质量的飞轮，将其质量块更改成分辨扇形块，以增加飞轮的转动惯量。但这种方式增加的惯量有限，导致主泵惯量依然相对较小，而且增加了飞轮开裂造成飞射物的风险。
（三）电机冷却不足
由于AP1000选用双推力轴承和飞轮结构，在运行中将产生一定的热量。就一般情况而言，冷却剂从底部进入电机，由辅助叶轮和自然循环提供冷却剂的流动动力。冷却剂于辅助叶轮出口处，分为上下两支分流，上支经过定子屏蔽套、上飞轮、以及上径向轴，带走热量后返回外部热交换器；下支经过双向推力轴承和下径向轴，带走热量后，返回至冷却剂入口。从力学的角度分析，冷却剂流经途径中多为结构缝隙，具有相对较大的流动阻力。因此，对AP1000屏蔽泵而言，尤其是电机部分，冷却问题需引起相关人员的注意。
（四）主泵启动操作风险较大
AP1000主泵的定子屏蔽套厚度只有0.394mm耐反向压差能力极差，主泵启动前，冷却剂回来采用真空充注前，要对定子屏蔽壳先抽真空到0.01MPa左右，防止定子屏蔽壳外侧压力高于内侧压力超过6.9KPa而坍塌变形损坏。根据实际运行经验，冷却剂回路充注到水实体后，由于主泵外部热交换器存在局部高点，且无排气装置，通过静态排气无法实现，必须通过多次点动主泵实现动态排气，排气效果也不是很理想。
（五）维修问题
AP1000屏蔽泵在设备结构上相对简单，同时具备运行稳定、振动小等优点。实际运行中，不可避免地会出现多种屏蔽泵使用故障。根据主泵的设计特点，日常维修主要是非介入性的电气预防性试验、在役检查和运行动态分析，最大程度避免主泵故障失效。目前，连生产商也没有应对主泵失效的系统的维修方案，一旦损坏，只能考虑先整台更换主泵。首次使用这么大功率的屏蔽泵还没有成熟的运行经验，一些设计仅仅从计算和模型试验方面进行了验证，缺少长期运行考验。
就AP1000运行工况而言，其内循环为死循环，经一段时间运行后，会导致活化产物的堆积，放射性水平积累升高。这就要求在维修时及时对其进行屏蔽处理，以保障修为人员安全，但在实际操作中，受多种情况限制，屏蔽处理很难进行。此外，主泵隔间空间狭小，也对维修造成了一定的不便，由于主泵整体从国外采购，维修技术，工具，常用备件采购都会成为制约因素。
结语：
AP1000屏蔽泵相比较于传统泵，在结构简易性、运行平稳性、设备安全性等方面，均做出了一定的突破。但AP1000屏蔽泵仍存在效率较低、飞轮惯量较低、电机冷却，维修等问题。总体来说，AP1000屏蔽泵表现出较好的应用性能，如能针对其不足，进行相应地改进，必将推动核电领域的进一步发展。
参考文献：
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[4]邱乙亩,郭辉.浅谈AP1000主泵及改进[C].//中国核学会2011年年会论文集.2011.
论文作者:周洪华
论文发表刊物:《电力设备》2016年第13期
论文发表时间:2016/10/8
标签：飞轮论文; 冷却剂论文; 屏蔽泵论文; 惯量论文; 电机论文; 屏蔽论文; 结构论文; 《电力设备》2016年第13期论文;