Hlađenje motora glavne pumpe napojne vode u nuklearnoj elektrani

Mehanizam grijanja i opasnosti od motora glavnih pumpi za napojnu vodu u nuklearnim elektranama
Glavni motori pumpi za napojnu vodu u nuklearnim elektranama su uglavnom asinhroni ili sinhroni motori velikog-kapaciteta, velike snage{1}. Njihovo stvaranje toplote prvenstveno proizlazi iz kombinovanih efekata električnih gubitaka, mehaničkih gubitaka i faktora okoline. Mehanizam grijanja je složen, a toplina se brzo akumulira. Ako hlađenje nije na vrijeme, to će uzrokovati višestruke opasnosti za opremu i sisteme.

Mehanizam grijanja jezgra

1. Električni gubici grijanja: Ovo je glavni izvor proizvodnje topline motora, uključujući gubitke bakra u namotaju statora, gubitke u jezgru i dodatne gubitke. Kada su namoti statora pod naponom, struja koja prolazi kroz provodnike stvara džulovu toplotu, tj. gubitke u bakru. Veličina ovih gubitaka je u pozitivnoj korelaciji sa kvadratom struje i otpora provodnika. Pod uticajem naizmeničnog magnetnog polja, jezgro stvara gubitke na histerezi i vrtložne struje, odnosno gubitke u gvožđu, koji su uglavnom povezani sa materijalom jezgra, jačinom magnetnog polja i frekvencijom. Nadalje, harmonici generirani frekventnim pretvaračima ili nelinearnim opterećenjem mogu povećati dodatne gubitke motora, dodatno pogoršavajući stvaranje topline.

2. Mehanički gubitak generisanja toplote: Tokom rada motora, mehanički gubici se generišu i pretvaraju u toplotu usled trenja vazdušnog zazora između rotora i statora, trenja rotacije ležaja i otpora rotacije ventilatora. Habanje ležajeva, loše podmazivanje ili nepravilna ugradnja značajno povećavaju mehaničko trenje, što dovodi do dodatnog stvaranja topline i postaje glavni uzrok mehaničkog gubitka topline.

3. Kombinirani faktori okoliša: Glavne pumpe napojne vode u nuklearnim elektranama uglavnom su smještene u odzračivanju glavne zgrade na konvencionalnom ostrvu. U nekim scenarijima, temperatura okoline je visoka, a prostor je relativno zatvoren sa ograničenom ventilacijom. Istovremeno, radno okruženje nuklearnih elektrana može sadržavati zagađivače kao što su prašina i vodena para, koji se lako lijepe za površinu ili unutrašnjost motora, blokirajući kanale za odvođenje topline i dodatno ometajući rasipanje topline, čime se povećava radna temperatura motora.

Opasnosti od previsoke temperature Kada temperatura motora premaši nazivnu granicu, to će imati niz negativnih uticaja na performanse opreme i sigurnost sistema: Prvo, oštećuje performanse izolacije motora. Visoke temperature ubrzavaju starenje i karbonizaciju izolacijskih materijala, smanjujući otpor izolacije i čak uzrokujući kratke spojeve namotaja i kvarove uzemljenja, što direktno dovodi do gašenja motora. Drugo, utiče na mehaničke performanse motora. Visoke temperature uzrokuju toplinsko širenje i deformaciju komponenti kao što su rotor motora i stator, što rezultira neujednačenim zračnim otvorima, smanjenom preciznošću mehaničkog prianjanja, povećanom vibracijom i bukom, au teškim slučajevima i mehaničkim zaglavljivanjem. Treće, smanjuje radnu efikasnost motora. Povećana temperatura povećava otpor provodnika i gubitke bakra, dok smanjuje propusnost jezgre i povećava gubitke u gvožđu, što dovodi do povećane potrošnje energije motora i smanjene efikasnosti. Četvrto, pokreće kaskadne kvarove. Neisključivanje motora glavne pumpe za napojnu vodu će uzrokovati prekid u glavnom sistemu napojne vode, što utiče na normalan rad generatora pare. Ako se rezervna pumpa ne može pokrenuti na vrijeme, to može uzrokovati smanjenje opterećenja ili čak hitno gašenje nuklearne jedinice, 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 nivo sigurnosti, radne uslove i prostorni raspored nuklearnih elektrana, metoda hlađenja za motore glavne pumpe za napojnu vodu mora zadovoljiti osnovne zahtjeve kao što su efikasno odvođenje topline, pouzdan rad, praktično održavanje i prilagodljivost nuklearnom okruženju. Trenutno, najčešće korištene metode hlađenja za glavne motore pumpe napojne vode u nuklearnim elektranama uglavnom su podijeljene u dvije kategorije: hlađenje zrakom i hlađenje tekućinom. Različite metode hlađenja imaju različite strukturne dizajne, efikasnost odvođenja topline i primjenjive scenarije. U praktičnim primenama, razuman izbor mora biti napravljen na osnovu faktora kao što su snaga motora i radno okruženje.

1. Metoda vazdušnog hlađenja Vazdušno hlađenje koristi vazduh kao medij za disipaciju toplote, odvodeći toplotu koju generiše motor kroz protok vazduha. Ima prednosti kao što su jednostavna struktura, praktično održavanje i bez rizika od curenja. Pogodan je za male{3}}do-motore glavne pumpe za napojnu vodu srednje snage u okruženjima sa niskim temperaturama okoline i bio je široko korišten u ranim jedinicama nuklearnih elektrana i nekim motorima pomoćnih pumpi za napojnu vodu. Ovisno o načinu strujanja zraka, može se podijeliti na hlađenje prirodnom ventilacijom i hlađenje prisilnom ventilacijom.

Prirodno ventilacijsko hlađenje se oslanja na vlastito odvođenje topline motora i prirodnu konvekciju okolnog zraka kako bi se postiglo rasipanje topline. Kućište motora je obično dizajnirano sa strukturom hladnjaka kako bi se povećala površina rasipanje topline. Toplota se odvodi u zrak kroz hladnjak, a prirodna konvekcija se formira zbog razlike gustine zraka kako bi se završila izmjena topline. Ova metoda ne zahtijeva dodatnu opremu za napajanje, ima niske troškove rada i održavanja i nema zagađenja bukom. Međutim, njegova efikasnost odvođenja toplote je relativno niska i na nju uveliko utiču temperatura okoline i ventilacioni uslovi. Nije pogodan za motore glavne pumpe za napojnu vodu velike{5}}snage, velike-toplote-koje generiraju i pogodan je samo za pomoćne motore male snage ili rezervne motore.

Prisilno ventilacijsko hlađenje koristi ventilator za hlađenje instaliran na stražnjoj strani motora kako bi prisilio protok zraka preko statora, rotora i površina jezgre, ubrzavajući rasipanje topline. Njegova efikasnost odvođenja topline je mnogo veća od prirodnog ventilacijskog hlađenja i pogodan je za srednje{1}}motore glavne pumpe za napojnu vodu. Na osnovu metode cirkulacije vazduha za hlađenje, može se podeliti na otvorene i zatvorene sisteme: Otvorena prisilna ventilacija direktno uvlači vazduh iz okoline u motor, raspršuje ga nakon hlađenja, a zatim ga ispušta. Ima jednostavnu strukturu i visoku efikasnost odvođenja toplote, ali je podložan prašini i vodenoj pari iz okoline, što zahteva redovno čišćenje filtera za vazduh. Zatvorena prisilna ventilacija koristi unutrašnju cirkulaciju zraka, hladeći cirkulirajući zrak kroz vanjski hladnjak prije ponovnog-ulaska u motor, sprječavajući zagađivače iz okoline da uđu u motor. Pogodan je za okruženja nuklearnih elektrana sa visokom prašinom i vlažnošću, ali je njegova struktura relativno složena i zahtijeva održavanje hladnjaka i cirkulacijskog sistema.

2. Tečno hlađenje

Tečno hlađenje koristi tečnosti kao što su voda i ulje kao medij za disipaciju toplote. Koristeći visok specifični toplotni kapacitet i visoku efikasnost odvođenja toplote tečnosti, toplota se odvodi od motora kroz cirkulaciju tečnosti. Pogodan je za motore glavne pumpe za napojnu vodu u nuklearnim elektranama velike snage i velike{3}}toplote-i trenutno je glavna metoda hlađenja. Potpuno zatvoreno vodeno hlađenje je najčešće korišteno, a glavni motori pumpi za napojnu vodu u projektu Faze I nuklearne elektrane Haiyang koriste ovu metodu hlađenja.

Sistem za hlađenje{0}}vodom: Koristeći dejoniziranu vodu ili posebno sredstvo za tretman rashladne vode kao medij, dijeli se na unutrašnje hlađenje i eksterno hlađenje. Unutrašnji sistemi za hlađenje koriste cevi za rashladnu vodu instalirane unutar namotaja statora i rotora motora, omogućavajući rashladnoj vodi da teče kroz namotaje i direktno uklanja toplotu koju stvaraju namotaji. Ovo rezultira izuzetno visokom efikasnošću odvođenja topline i pogodno je za-motore velike snage-kapaciteta. Eksterni sistemi za hlađenje, s druge strane, koriste rashladni omotač na kućištu motora. Rashladna voda teče kroz rashladni plašt i razmjenjuje toplinu s kućištem motora, indirektno odvodeći toplinu. Ovaj sistem je relativno jednostavan po strukturi i lak za održavanje, ali je njegova efikasnost odvođenja toplote nešto niža od one kod unutrašnjih rashladnih sistema.

Sistem za hlađenje vode za glavni motor pumpe napojne vode u nuklearnoj elektrani obično je povezan sa sistemom za rashladnu vodu opreme elektrane. Ulaz i izlaz rashladne vode su povezani sa sistemom rashladne vode opreme elektrane preko prirubnica, formirajući zatvoren-kružni krug. Sistem uključuje pumpu za povišenje hlađenja, filter, jedinicu za praćenje temperature i jedinicu za praćenje protoka. Pojačana pumpa za hlađenje obezbeđuje struju protoku rashladne vode, filter sprečava nečistoće da začepe rashladne cevi, a jedinica za praćenje temperature prikuplja temperaturu rashladnog medija u realnom vremenu i vraća je nazad u glavnu kontrolnu sobu elektrane, omogućavajući automatsko podešavanje sistema za hlađenje i osiguravajući da temperatura motora ostane stabilna u okviru nominalnog opsega.

3. Sistem hlađenja{1}}uljem: Ovaj sistem koristi specijalizirano ulje za hlađenje kao medij, cirkulira ulje kako bi uklonio toplinu iz motora, a istovremeno pruža i podmazivanje. Pogodan je za-brzine i velike-motore. Ulje za hlađenje teče kroz namotaje, ležajeve i druge komponente unutar motora, apsorbirajući toplinu prije nego uđe u vanjski hladnjak za razmjenu topline sa zrakom ili rashladnom vodom. Nakon hlađenja, ulje se reciklira. Prednosti sistema hlađenja uljem- su ravnomjerno odvođenje topline i podmazivanje, efikasna zaštita ležajeva i drugih mehaničkih komponenti. Međutim, zahtijeva redovnu zamjenu ulja, što rezultira većim troškovima održavanja i rizikom od curenja ulja. Stoga je njegova primjena u glavnim motorima pumpi napojne vode nuklearnih elektrana relativno ograničena.

Kompozitni metod hlađenja Za glavne motore pumpe za napojnu vodu sa izuzetno velikom snagom i značajnom proizvodnjom toplote, jedna metoda hlađenja nije dovoljna da ispuni zahteve za rasipanje toplote. Stoga se obično koriste kompozitne metode hlađenja, koje kombinuju hlađenje vazduhom sa tečnim hlađenjem ili unutrašnje hlađenje sa spoljnim hlađenjem. Na primjer, namotaji statora koriste unutrašnje hlađenje-hlađeno vodom, namoti rotora koriste zračno hlađenje, a jezgro koristi vanjsko hlađenje vodom-. Kroz više-dimenzionalno rasipanje topline, osigurava se da temperatura motora ostane stabilna unutar nazivnih granica tokom rada pod punim-opterećenjem. Kompozitne metode hlađenja nude visoku efikasnost odvođenja toplote i snažnu prilagodljivost, ali su strukturalno složene, imaju visoke troškove ulaganja i teško ih je održavati. Uglavnom se koriste u glavnim motorima pumpi za napojnu vodu klase megavat- i iznad nuklearnih energetskih jedinica.

Sistem hlađenja motora glavne pumpe za napojnu vodu u nuklearnoj elektrani je ključna komponenta koja osigurava siguran i stabilan rad jedinice. Njegova efikasnost odvođenja toplote i operativna pouzdanost direktno utiču na normalan rad sistema glavne pumpe za napojnu vodu, na taj način utičući na termički ciklus i sigurnosne barijere u celoj nuklearnoj elektrani. Kako se nuklearne elektrane razvijaju prema većim kapacitetima i višim parametrima, snaga motora glavne pumpe za napojnu vodu se kontinuirano povećava, što dovodi do veće proizvodnje topline i postavlja sve veće zahtjeve za tehnologiju hlađenja.

Zaključak

Zračno hlađenje, hlađenje tekućinom i kombinirane metode hlađenja se široko koriste u glavnim motorima pumpi za napojnu vodu nuklearnih elektrana. Optimizacijom dizajna rashladnog sistema, odabirom efikasnih rashladnih medija i poboljšanjem tehnologije automatske kontrole i nadzora, efektivno je poboljšana efikasnost odvođenja toplote i pouzdanost sistema za hlađenje, ispunjavajući zahtjeve dugotrajnog-radnja nuklearnih jedinica. U međuvremenu, s kontinuiranim napretkom tehnologije nuklearne energije, inteligentnost, efikasnost i ozelenjavanje postali su razvojni trendovi tehnologije hlađenja. U budućnosti će se provoditi dalje istraživanje i razvoj efikasnih i{4}}štedljivih rashladnih tehnologija, kao što su novi kompozitni materijali za hlađenje i inteligentni adaptivni sistemi za hlađenje, kako bi se postigla precizna kontrola i rad sistema za hlađenje{5}}ušteda energije. Istovremeno će se pojačati inteligentni rad i održavanje rashladnih sistema. Putem velikih podataka, interneta stvari i drugih tehnologija postići će se praćenje-u realnom vremenu, rano upozorenje o kvarovima i inteligentna dijagnoza radnog statusa rashladnih sistema, čime će se dodatno poboljšati pouzdanost i efikasnost rada i održavanja rashladnih sistema i pružiti jače garancije za siguran i efikasan rad nuklearnih elektrana.