Pagrindinio tiekiamo vandens siurblio variklio aušinimas atominėje elektrinėje
Pagrindinių tiekiamo vandens siurblių variklių šildymo mechanizmas ir pavojai atominėse elektrinėse
Pagrindiniai tiekiamojo vandens siurblių varikliai atominėse elektrinėse dažniausiai yra didelės-galios, didelės-galios asinchroniniai arba sinchroniniai varikliai. Jų šiluma pirmiausia susidaro dėl bendro elektros nuostolių, mechaninių nuostolių ir aplinkos veiksnių poveikio. Šildymo mechanizmas yra sudėtingas, o šiluma kaupiasi greitai. Jei aušinimas nebus laiku atliktas, tai sukels daugybę pavojų įrangai ir sistemoms.
Pagrindinis šildymo mechanizmas
1. Šildymas dėl elektros nuostolių: tai yra pagrindinis variklio šilumos generavimo šaltinis, įskaitant statoriaus apvijų vario nuostolius, šerdies geležies nuostolius ir papildomus nuostolius. Įjungus statoriaus apvijas, srovė, einanti per laidininkus, generuoja Džaulio šilumą, ty vario nuostolius. Šių nuostolių dydis teigiamai koreliuoja su srovės ir laidininko varžos kvadratu. Veikiant kintamam magnetiniam laukui, šerdis sukuria histerezės ir sūkurinių srovių nuostolius, ty geležies nuostolius, kurie daugiausia susiję su šerdies medžiaga, magnetinio lauko stiprumu ir dažniu. Be to, dažnio keitiklių arba netiesinių apkrovų sukuriamos harmonikos gali padidinti papildomus variklio nuostolius, dar labiau padidindamos šilumos susidarymą.
2. Mechaninių nuostolių šilumos generavimas: variklio veikimo metu dėl oro tarpo trinties tarp rotoriaus ir statoriaus, guolio sukimosi trinties ir ventiliatoriaus sukimosi pasipriešinimo susidaro mechaniniai nuostoliai, kurie virsta šiluma. Guolių susidėvėjimas, prastas tepimas arba netinkamas montavimas žymiai padidina mechaninę trintį, todėl susidaro papildoma šiluma ir tampa pagrindine mechaninių nuostolių šilumos generavimo priežastimi.
3. Kombinuoti aplinkos veiksniai: Pagrindiniai tiekimo vandens siurbliai atominėse elektrinėse dažniausiai yra įprastos salos pagrindinio pastato deaeratoriaus patalpose. Kai kuriais atvejais aplinkos temperatūra yra aukšta, o erdvė yra santykinai uždara, o ventiliacija yra ribota. Tuo pačiu metu atominių elektrinių darbo aplinkoje gali būti teršalų, tokių kaip dulkės ir vandens garai, kurie lengvai prilimpa prie variklio paviršiaus ar vidaus, blokuoja šilumos išsklaidymo kanalus ir dar labiau trukdo šilumos sklaidai, taip padidindami variklio darbinę temperatūrą.
Per didelės temperatūros keliami pavojai Kai variklio temperatūra viršija vardinę ribą, tai turės daug neigiamų pasekmių įrangos veikimui ir sistemos saugai: Pirma, tai pažeidžia variklio izoliacijos savybes. Aukšta temperatūra pagreitina izoliacinių medžiagų senėjimą ir karbonizaciją, sumažina izoliacijos varžą ir netgi sukelia apvijų trumpuosius jungimus ir įžeminimo gedimus, dėl kurių variklis išjungiamas. Antra, tai turi įtakos variklio mechaniniam veikimui. Aukšta temperatūra sukelia šiluminį plėtimąsi ir komponentų, tokių kaip variklio rotorius ir statorius, deformaciją, dėl to susidaro nelygūs oro tarpai, sumažėja mechaninio pritaikymo tikslumas, padidėja vibracija ir triukšmas, o sunkiais atvejais – mechaninis strigimas. Trečia, tai sumažina variklio veikimo efektyvumą. Padidėjusi temperatūra padidina laidininko varžą ir vario nuostolius, kartu sumažina šerdies pralaidumą ir padidina geležies nuostolius, todėl padidėja variklio energijos sąnaudos ir sumažėja efektyvumas. Ketvirta, tai sukelia pakopinius gedimus. Jei nepavyks išjungti pagrindinio tiekimo vandens siurblio variklio, nutrūks pagrindinė tiekiamo vandens sistema, o tai turės įtakos normaliam garo generatoriaus darbui. Jei rezervinis siurblys negali laiku įsijungti, gali sumažėti branduolinės energetikos bloko apkrova ar net skubiai išsijungti, o tai gali sukelti didelių ekonominių nuostolių ir pavojų saugai.
Pagrindinių tiekiamo vandens siurblių variklių aušinimo būdai ir techninės charakteristikos atominėse elektrinėse
Atsižvelgiant į atominių elektrinių saugos lygio reikalavimus, eksploatavimo sąlygas ir erdvinį išdėstymą, pagrindinių tiekimo vandens siurblių variklių aušinimo būdas turi atitikti pagrindinius reikalavimus, tokius kaip efektyvus šilumos išsklaidymo, patikimo veikimo, patogios priežiūros ir prisitaikymo prie branduolinės aplinkos. Šiuo metu dažniausiai naudojami pagrindinių tiekimo vandens siurblių variklių aušinimo metodai atominėse elektrinėse daugiausia skirstomi į dvi kategorijas: aušinimą oru ir aušinimą skysčiu. Skirtingi aušinimo metodai turi skirtingą konstrukciją, šilumos išsklaidymo efektyvumą ir taikomus scenarijus. Praktikoje, pagrįstas pasirinkimas turi būti pagrįstas tokiais veiksniais kaip variklio galia ir veikimo aplinka.
1. Aušinimo oru metodas Aušinant oru naudojamas oras kaip šilumos išsklaidymo terpė, kuri oro srautu pašalina variklio generuojamą šilumą. Jis turi tokius privalumus kaip paprasta struktūra, patogi priežiūra ir nėra nuotėkio rizikos. Jis tinka mažos-–-vidutinio galingumo pagrindiniams tiekimo vandens siurblių varikliams, esant žemai aplinkos temperatūrai, ir buvo plačiai naudojamas ankstyvuosiuose atominių elektrinių blokuose ir kai kuriuose pagalbiniuose tiekimo vandens siurblių varikliuose. Priklausomai nuo oro srauto būdo, jį galima suskirstyti į natūralų vėdinimą ir priverstinį vėdinimą.
Natūralaus vėdinimo vėsinimas priklauso nuo paties variklio šilumos išsklaidymo ir natūralios aplinkos oro konvekcijos, kad būtų užtikrintas šilumos išsklaidymas. Variklio korpusas paprastai yra suprojektuotas su šilumos kriaukle, kad padidėtų šilumos išsklaidymo plotas. Šiluma perduodama į orą per šilumos kriauklę, o natūrali konvekcija susidaro dėl oro tankio skirtumo, kad būtų baigtas šilumos mainai. Šis metodas nereikalauja papildomos galios įrangos, turi mažus eksploatavimo ir priežiūros kaštus, nekelia triukšmo. Tačiau jo šilumos išsklaidymo efektyvumas yra palyginti mažas ir jam didelę įtaką daro aplinkos temperatūra ir vėdinimo sąlygos. Jis netinka didelės-galios, daug{6}}šilumą generuojantiems-pagrindiniams tiekimo vandens siurblių varikliams ir tinka tik mažos-galios pagalbiniams varikliams arba budėjimo režimo varikliams.
Aušinant priverstine ventiliacija naudojamas aušinimo ventiliatorius, sumontuotas variklio galinėje dalyje, kad priverstų oro srautą virš statoriaus, rotoriaus ir šerdies paviršių, taip pagreitintų šilumos išsklaijimą. Jo šilumos išsklaidymo efektyvumas yra daug didesnis nei natūralaus vėdinimo aušinimo ir tinka vidutinės{1}}galios pagrindiniams tiekimo vandens siurblių varikliams. Remiantis aušinimo oro cirkuliacijos metodu, jis gali būti suskirstytas į atviras ir uždaras sistemas: Atvira priverstinė ventiliacija tiesiogiai įtraukia aplinkos orą į variklį, atvėsus jį išsklaido, o po to ištraukia. Jis turi paprastą struktūrą ir aukštą šilumos išsklaidymo efektyvumą, tačiau yra jautrus aplinkos dulkėms ir vandens garams, todėl reikia reguliariai valyti oro filtrą. Uždaroji priverstinė ventiliacija naudoja vidinę oro cirkuliaciją, aušinant cirkuliuojantį orą per išorinį aušintuvą, prieš{5}}paleidžiant jį į variklį, taip užkertant kelią aplinkos teršalams patekti į variklį. Jis tinka atominės elektrinės aplinkoje, kurioje yra daug dulkių ir drėgmės, tačiau jo struktūra yra gana sudėtinga, todėl reikia prižiūrėti aušintuvą ir cirkuliacinę sistemą.
2. Aušinimas skysčiu
Skysčiu aušinimu kaip šilumos išsklaidymo terpė naudojami skysčiai, tokie kaip vanduo ir aliejus. Naudojant didelę specifinę šiluminę galią ir didelį skysčių šilumos išsklaidymo efektyvumą, šiluma pašalinama iš variklio per skysčio cirkuliaciją. Jis tinka didelės-galios, didelę-šilumą-generuojantiems pagrindiniams tiekimo vandens siurblių varikliams atominėse elektrinėse ir šiuo metu yra pagrindinis aušinimo būdas. Visiškai uždaras vandens aušinimas yra plačiausiai naudojamas, o pagrindiniai tiekimo vandens siurblių varikliai Haijango atominės elektrinės I fazės projekte naudoja šį aušinimo būdą.
Vandeniu-aušinama aušinimo sistema: naudojant dejonizuotą vandenį arba specialią aušinimo vandens valymo priemonę, ji skirstoma į vidinio ir išorinio aušinimo formas. Vidaus aušinimo sistemose naudojami aušinimo vandens vamzdžiai, sumontuoti variklio statoriaus ir rotoriaus apvijų viduje, leidžiantys aušinimo vandeniui tekėti per apvijas ir tiesiogiai pašalinti apvijų generuojamą šilumą. Dėl to gaunamas itin didelis šilumos išsklaidymo efektyvumas ir tinka didelės-galios-galios varikliams. Kita vertus, išorinės aušinimo sistemos naudoja aušinimo gaubtą ant variklio korpuso. Aušinamasis vanduo teka per aušinimo gaubtą ir keičia šilumą su variklio korpusu, netiesiogiai pašalindamas šilumą. Ši sistema yra gana paprastos konstrukcijos ir lengvai prižiūrima, tačiau jos šilumos išsklaidymo efektyvumas yra šiek tiek mažesnis nei vidinių aušinimo sistemų.
Atominės elektrinės pagrindinio tiekimo vandens siurblio variklio vandens aušinimo sistema paprastai yra susieta su elektrinės įrangos aušinimo vandens sistema. Aušinimo vandens įvadas ir išėjimas yra prijungti prie elektrinės įrangos aušinimo vandens sistemos per flanšus, suformuojant uždarą{1}}ciklą. Sistemą sudaro aušinimo stiprintuvo siurblys, filtras, temperatūros stebėjimo blokas ir srauto stebėjimo blokas. Aušinimo stiprintuvo siurblys tiekia maitinimą aušinimo vandens srautui, filtras neleidžia nešvarumams užkimšti aušinimo vamzdžius, o temperatūros stebėjimo blokas realiu laiku surenka aušinimo terpės temperatūrą ir grąžina ją atgal į elektrinės pagrindinį valdymo kambarį, leidžiantį automatiškai reguliuoti aušinimo sistemą ir užtikrinti, kad variklio temperatūra išliktų stabili vardiniame diapazone.
3. Alyva{1}}aušinama sistema: šioje sistemoje kaip terpė naudojama specializuota aušinimo alyva, kuri cirkuliuoja alyvą, kad pašalintų šilumą iš variklio ir kartu suteptų. Jis tinka didelės-greičių, didelės apkrovos{4}}varikliams. Aušinimo alyva teka per apvijas, guolius ir kitus variklio viduje esančius komponentus, sugerdama šilumą prieš patekdama į išorinį aušintuvą, kad pakeistų šilumą su oru arba aušinimo vandeniu. Po aušinimo aliejus yra perdirbamas. Alyva{8}}aušinamos sistemos pranašumai yra tolygus šilumos išsklaidymo ir tepimo lygis, veiksmingai apsaugantis guolius ir kitus mechaninius komponentus. Tačiau reikia reguliariai keisti alyvą, todėl padidėja priežiūros išlaidos ir kyla alyvos nutekėjimo rizika. Todėl jo panaudojimas pagrindiniuose atominių elektrinių tiekimo vandens siurblių varikliuose yra gana ribotas.
Sudėtinis aušinimo metodas Pagrindinių tiekimo vandens siurblių varikliams, kurių galia yra ypač didelė ir generuoja daug šilumos, vieno aušinimo metodo nepakanka šilumos išsklaidymo reikalavimams patenkinti. Todėl paprastai naudojami sudėtiniai aušinimo metodai, derinant aušinimą oru su aušinimu skysčiu arba vidinį aušinimą su išoriniu aušinimu. Pavyzdžiui, statoriaus apvijos naudoja vandeniu-aušinamą vidinį aušinimą, rotoriaus apvijas – oro aušinimą, o šerdyje – vandeniu-aušinamą išorinį aušinimą. Daugia Sudėtiniai aušinimo metodai pasižymi dideliu šilumos išsklaidymo efektyvumu ir dideliu pritaikomumu, tačiau jie yra struktūriškai sudėtingi, turi didelių investicijų sąnaudų ir juos sunku prižiūrėti. Jie daugiausia naudojami megavatų-klasės ir aukštesnės klasės tiekiamojo vandens siurblių varikliuose.
Pagrindinio tiekimo vandens siurblio variklio aušinimo sistema atominėje elektrinėje yra esminis komponentas, užtikrinantis saugų ir stabilų bloko darbą. Jo šilumos išsklaidymo efektyvumas ir eksploatacinis patikimumas tiesiogiai įtakoja normalų pagrindinės tiekimo vandens siurblinės sistemos darbą, taip paveikdamas visą atominės elektrinės šiluminį ciklą ir saugos barjerus. Branduoliniams blokams tobulėjant, siekiant didesnių pajėgumų ir aukštesnių parametrų, pagrindinio tiekimo vandens siurblio variklio galia nuolat didėja, todėl generuojama daugiau šilumos ir keliami vis didesni reikalavimai aušinimo technologijoms.
Išvada
Atominių elektrinių pagrindiniuose vandens siurblių varikliuose plačiai naudojamas aušinimas oru, aušinimas skysčiu ir kombinuotasis aušinimo metodai. Optimizavus aušinimo sistemos dizainą, parenkant efektyvias aušinimo priemones, tobulinant automatinio valdymo ir stebėjimo technologijas, efektyviai pagerintas aušinimo sistemos šilumos išsklaidymo efektyvumas ir patikimumas, atitinkantis ilgalaikio -atominių blokų veikimo reikalavimus. Tuo tarpu, nuolat tobulėjant branduolinės energetikos technologijoms, inteligentiškumas, efektyvumas ir ekologiškumas tapo aušinimo technologijų plėtros tendencijomis. Ateityje bus atliekami tolesni veiksmingų ir energiją taupančių aušinimo technologijų, pvz., naujų sudėtinių aušinimo medžiagų ir išmaniųjų prisitaikančių aušinimo sistemų, tyrimai ir plėtra, siekiant tiksliai valdyti ir taupyti energiją{5}} aušinimo sistemas. Kartu bus sustiprintas išmanus aušinimo sistemų veikimas ir priežiūra. Naudojant didelius duomenis, daiktų internetą ir kitas technologijas, bus galima stebėti realiu laiku, iš anksto įspėti apie gedimus ir išmaniai diagnozuoti aušinimo sistemų veikimo būseną, toliau gerinant aušinimo sistemų patikimumą ir veikimo bei priežiūros efektyvumą ir suteikiant tvirtesnes garantijas saugiam ir efektyviam atominių elektrinių veikimui.
