解決水利機械“空化”問題 核電用泵實現(xiàn)國產化
“空化”被稱為水力機械的“癌癥”,是影響水泵使用壽命與性能的最關鍵因素之一。在“華龍一號”機組核電用泵國產化研發(fā)任務中,科研團隊綜合運用流體力學、流體機械原理、轉子動力學等學科知識,解決了一系列“空化”技術難題。
日前,我國自主研發(fā)的第三代核電“華龍一號”,全球第四臺、海外第二臺機組——巴基斯坦卡拉奇K3機組通過臨時驗收。至此,“華龍一號”海外首個工程兩臺機組全面建成投產。
作為機組的關鍵核心設備之一, K3機組核電用泵實現(xiàn)了全部國產化,其中,江蘇大學核電用泵科研團隊參與了項目重要核級泵國產化任務,為“華龍一號”走出去貢獻了高??蒲袌F隊力量。
核電用泵包括哪些泵,各自發(fā)揮著什么作用?它們與普通的泵又有哪些不同?研制核電用泵要解決哪些技術難點?記者帶著問題走訪了江蘇大學核電用泵科研團隊。
核電站的“心臟”
“華龍一號”是我國核電走向世界的國家名片,是具有完全自主知識產權的三代壓水堆核電機組,滿足國際最高安全標準,已成為中國為世界貢獻的三代核電優(yōu)選方案。
卡拉奇K2/K3兩臺機組每年將為巴基斯坦提供清潔電力近200億度,相當于每年減少標準煤消耗624萬噸,減少二氧化碳排放1632萬噸,對優(yōu)化巴基斯坦能源結構、推動實現(xiàn)全球碳達峰碳中和目標和共同應對全球氣候危機具有重要意義。
自2006年起,江蘇大學核電用泵科研團隊與國內多家核電泵制造單位密切合作,承擔了第三代核電用泵國產化的技術研發(fā)任務,為核電用泵制造單位提供了技術支撐和智力支持。
據(jù)團隊負責人袁壽其研究員介紹,核電用泵包括核主泵、反應堆冷卻循環(huán)泵、輔助給水電動泵、上充泵、海水循環(huán)泵、前貯槽泵、除氣塔疏水泵、乏燃料冷卻泵等。江蘇大學面向國家核電重大需求,主要從事第三代核電用泵水力基礎問題研究、優(yōu)秀水力模型開發(fā)、智能診斷與運維等方面工作。
“核電設備與常規(guī)設備相比,最重要的指標是安全和壽命,一般分為4個安全等級,其中核主泵位于安全殼內,安全等級最高?!眻F隊成員、江蘇大學能源與動力工程學院副院長高波介紹說,核主泵是用于驅動冷卻劑在反應堆冷卻系統(tǒng)內循環(huán)流動的泵。主泵位于核島心臟部位,用來將熱水泵入蒸發(fā)器轉換熱能,是核電運轉控制水循環(huán)的關鍵,屬于核電站的一級設備,要求具有絕對的可靠性。
過去,我國的核電站核主泵基本依賴進口,其自主設計和制造是我國推進核電自主化的重點和難點。
其他的核電用泵安全等級稍低,但是可靠性要求依舊很高。比如輔助給水電動泵,它平時處于待機狀態(tài),一旦蒸汽發(fā)生器主給水系統(tǒng)的任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障,它就要立即啟動,代替主給水泵及其系統(tǒng)進行工作,排出反應堆芯剩余熱量,保證核電站的安全。
解決水力機械“癌癥”
在生活中,泵隨處可見,農田灌溉、石油化工、動力工業(yè)、城市給排水等都會用到。在普通人眼里,泵無非就是葉輪、泵殼幾大件組成,是個傳統(tǒng)設備。
但是,關于泵的基礎科學研究一直沒有止步。高波告訴記者,江蘇大學流體機械及工程是國家重點學科,經(jīng)過近十年攻關,該校已建成高溫高壓試驗臺、水力模型四象限全特性試驗臺等專門針對核電用泵的試驗平臺,與中國核電工程有限公司共建核電泵及裝置智能診斷運維聯(lián)合實驗室。
“空化”被稱為水力機械的“癌癥”,是影響水泵使用壽命與性能的最關鍵因素之一。袁壽其研究員介紹說:“空化是液體流動的一種特有現(xiàn)象,在水力機械設計中是必須考慮的重要因素之一?!?/p>
在“華龍一號”機組核電用泵國產化研發(fā)任務中,江蘇大學科研團隊解決了一系列“空化”技術難題。
“我們綜合運用流體力學、流體機械原理、轉子動力學等學科知識,為制造廠家提供核電泵設計技術支撐?!备卟ń榻B說,其中要充分考慮核泵的特殊運行工況、效率、空化、振動噪聲等難點。
2020年底,“華龍一號”機組進入設備安裝調試階段,一臺輔助給水電動泵因振動問題無法正常運行?!罢駝拥脑虮容^復雜,是一個系統(tǒng)性的問題,如果振動值超標,將影響電站調試運行進度?!备卟ㄕf道。
為了盡快找到癥結,江蘇大學科研團隊與設備廠家、現(xiàn)場專家在線上遠程進行問題研討和排查,成功協(xié)助現(xiàn)場解決了設備振動問題,為核電機組反應堆臨界和并網(wǎng)發(fā)電工程建設提供了技術支持,受到中國中原對外工程有限公司等相關單位的高度認可。張 曄
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