Хлађење мотора главне пумпе за напојну воду у нуклеарној електрани

Механизам грејања и опасности од мотора главних пумпи за напојну воду у нуклеарним електранама
Главни мотори пумпи за напојну воду у нуклеарним електранама су углавном асинхрони или синхрони мотори великог-капацитета-велике снаге. Њихово стварање топлоте првенствено потиче од комбинованих ефеката електричних губитака, механичких губитака и фактора околине. Механизам грејања је сложен, а топлота се брзо акумулира. Ако хлађење није благовремено, то ће изазвати вишеструке опасности за опрему и системе.

Механизам загревања језгра

1. Грејање са електричним губицима: Ово је главни извор производње топлоте мотора, укључујући губитке бакра у намотају статора, губитке у гвожђу у језгру и додатне губитке. Када су намотаји статора под напоном, струја која пролази кроз проводнике ствара џулову топлоту, односно губитке у бакру. Величина ових губитака је у позитивној корелацији са квадратом струје и отпора проводника. Под утицајем наизменичног магнетног поља, језгро генерише хистерезисне губитке и губитке на вртложне струје, односно губитке у гвожђу, који су углавном повезани са материјалом језгра, јачином магнетног поља и фреквенцијом. Штавише, хармоници који генеришу фреквентни претварачи или нелинеарна оптерећења могу повећати додатне губитке мотора, додатно погоршавајући стварање топлоте.

2. Генерисање топлоте са механичким губицима: Током рада мотора, механички губици се генеришу и претварају у топлоту услед трења ваздушног зазора између ротора и статора, трења ротације лежаја и отпора ротације вентилатора. Хабање лежајева, лоше подмазивање или неправилна уградња значајно повећавају механичко трење, што доводи до додатног стварања топлоте и постаје главни узрок механичког губитка топлоте.

3. Комбиновани фактори животне средине: Главне пумпе напојне воде у нуклеарним електранама се углавном налазе у одзрачивачима главне зграде на конвенционалном острву. У неким сценаријима, температура околине је висока, а простор је релативно затворен са ограниченом вентилацијом. Истовремено, радно окружење нуклеарних електрана може садржати загађиваче као што су прашина и водена пара, који се лако лепе за површину или унутрашњост мотора, блокирајући канале за дисипацију топлоте и додатно ометајући расипање топлоте, чиме се повећава радна температура мотора.

Опасности од превисоке температуре Када температура мотора пређе номиналну границу, то ће имати низ негативних утицаја на перформансе опреме и безбедност система: Прво, оштећује перформансе изолације мотора. Високе температуре убрзавају старење и карбонизацију изолационих материјала, смањујући отпор изолације и чак узрокујући кратке спојеве намотаја и кварове уземљења, директно доводећи до гашења мотора. Друго, утиче на механичке перформансе мотора. Високе температуре изазивају термичко ширење и деформацију компоненти као што су ротор мотора и статор, што доводи до неуједначених ваздушних зазора, смањене прецизности механичког уклапања, повећане вибрације и буке, ау тешким случајевима и механичког заглављивања. Треће, смањује радну ефикасност мотора. Повећана температура повећава отпор проводника и губитке бакра, док смањује пропусност језгра и повећава губитке гвожђа, што доводи до повећане потрошње енергије мотора и смањене ефикасности. Четврто, изазива каскадне кварове. Неуспех да се искључи главни мотор пумпе за напојну воду ће изазвати прекид у главном систему напојне воде, што утиче на нормалан рад генератора паре. Ако резервна пумпа не може да се покрене на време, то може довести до смањења оптерећења или чак хитног гашења нуклеарне јединице, што резултира значајним економским губицима и безбедносним ризицима.

Методе хлађења и техничке карактеристике мотора главних пумпи за напојну воду у нуклеарним електранама

Узимајући у обзир захтеве за ниво безбедности, услове рада и просторни распоред нуклеарних електрана, метода хлађења за моторе главне пумпе за напојну воду мора да испуни основне захтеве као што су ефикасно одвођење топлоте, поуздан рад, практично одржавање и прилагодљивост нуклеарном окружењу. Тренутно, најчешће коришћене методе хлађења за главне моторе пумпе напојне воде у нуклеарним електранама углавном су подељене у две категорије: ваздушно хлађење и хлађење течном водом. Различите методе хлађења имају различите структурне дизајне, ефикасност одвођења топлоте и применљиве сценарије. У практичним применама, разуман избор мора бити направљен на основу фактора као што су снага мотора и радно окружење.

1. Метода ваздушног хлађења Ваздушно хлађење користи ваздух као медијум за дисипацију топлоте, одводећи топлоту коју генерише мотор кроз проток ваздуха. Има предности као што су једноставна структура, практично одржавање и без ризика од цурења. Погодан је за мале{3}}до-моторе главне пумпе за напојну воду средње снаге у окружењима са ниским температурама околине и широко се користио у раним јединицама нуклеарних електрана и неким моторима помоћних пумпи за напојну воду. У зависности од начина струјања ваздуха, може се поделити на природно вентилационо хлађење и хлађење принудном вентилацијом.

Природно вентилационо хлађење се ослања на сопствену дисипацију топлоте мотора и природну конвекцију околног ваздуха да би се постигло расипање топлоте. Кућиште мотора је обично дизајнирано са структуром хладњака како би се повећала површина расипање топлоте. Топлота се преноси на ваздух кроз хладњак, а природна конвекција се формира због разлике у густини ваздуха да би се завршила размена топлоте. Овај метод не захтева додатну опрему за напајање, има ниске трошкове рада и одржавања и нема загађења буком. Међутим, његова ефикасност дисипације топлоте је релативно ниска и на њу у великој мери утичу температура околине и услови вентилације. Није погодан за моторе главне пумпе за напојну воду велике{5}}снаге, велике-топлоте-које генеришу и погодан је само за помоћне моторе мале снаге или резервне моторе.

Принудно вентилационо хлађење користи вентилатор за хлађење инсталиран на задњој страни мотора да би форсирао проток ваздуха преко статора, ротора и површина језгра, убрзавајући расипање топлоте. Његова ефикасност одвођења топлоте је много већа од природног вентилационог хлађења и погодна је за средње{1}}моторе главне пумпе за напојну воду. На основу методе циркулације ваздуха за хлађење, може се поделити на отворене и затворене системе: Отворена принудна вентилација директно увлачи ваздух из околине у мотор, распршује га након хлађења, а затим га избацује. Има једноставну структуру и високу ефикасност дисипације топлоте, али је подложан загађењу животне средине и водене паре, што захтева редовно чишћење филтера за ваздух. Затворена принудна вентилација користи унутрашњу циркулацију ваздуха, хладећи циркулишући ваздух кроз спољни хладњак пре поновног-уласка у мотор, спречавајући загађиваче из животне средине да уђу у мотор. Погодан је за окружења нуклеарних електрана са високом прашином и влажношћу, али је његова структура релативно сложена и захтева одржавање хладњака и циркулационог система.

2. Течно хлађење

Течно хлађење користи течности као што су вода и уље као медијум за дисипацију топлоте. Користећи висок специфични топлотни капацитет и високу ефикасност дисипације топлоте течности, топлота се одводи од мотора кроз циркулацију течности. Погодан је за моторе главне пумпе за напојну воду у нуклеарним електранама велике снаге и велике{3}}топлоте-и тренутно је главна метода хлађења. Потпуно затворено водено хлађење је најчешће коришћено, а главни мотори пумпе за напојну воду у пројекту Фазе И нуклеарне електране Хаиианг користе овај метод хлађења.

Систем за хлађење водом{0}}: Коришћењем дејонизоване воде или специјалног средства за третман воде за хлађење као медијума, подељен је на унутрашње и спољашње хлађење. Системи унутрашњег хлађења користе цеви за расхладну воду инсталиране унутар намотаја статора и ротора мотора, омогућавајући расхладној води да тече кроз намотаје и директно уклања топлоту коју стварају намотаји. Ово резултира изузетно високом ефикасношћу одвођења топлоте и погодно је за-моторе велике снаге-капацитета. С друге стране, екстерни системи за хлађење користе расхладни омотач на кућишту мотора. Расхладна вода тече кроз расхладни плашт и размењује топлоту са кућиштем мотора, индиректно одводећи топлоту. Овај систем је релативно једноставан по структури и лак за одржавање, али је његова ефикасност одвођења топлоте нешто нижа него код унутрашњих система за хлађење.

Систем за хлађење воде за главни мотор пумпе за напојну воду у нуклеарној електрани је обично повезан са системом за хлађење опреме електране. Улаз и излаз расхладне воде су повезани са системом воде за хлађење опреме електране преко прирубница, формирајући затворен-кружни круг. Систем укључује пумпу за повишење хлађења, филтер, јединицу за праћење температуре и јединицу за праћење протока. Појачана пумпа за хлађење обезбеђује струју протоку расхладне воде, филтер спречава нечистоће да зачепе цеви за хлађење, а јединица за праћење температуре прикупља температуру расхладног медијума у ​​реалном времену и враћа је назад у главну контролну собу електране, омогућавајући аутоматско подешавање система за хлађење и осигуравајући да температура мотора остане стабилна у оквиру номиналног опсега.

3. Систем-хлађени уљем: Овај систем користи специјализовано уље за хлађење као медијум, циркулише уље да би уклонио топлоту из мотора, а истовремено обезбеђује подмазивање. Погодан је за-брзине и{4}}моторе великог оптерећења. Уље за хлађење тече кроз намотаје, лежајеве и друге компоненте унутар мотора, апсорбујући топлоту пре него што уђе у спољашњи хладњак за размену топлоте са ваздухом или расхладном водом. Након хлађења, уље се рециклира. Предности система хлађеног уљем{8}}су равномерно одвођење топлоте и подмазивање, ефикасно штитећи лежајеве и друге механичке компоненте. Међутим, захтева редовну замену уља, што резултира већим трошковима одржавања и ризиком од цурења уља. Због тога је његова примена у главним моторима пумпи за напојну воду нуклеарних електрана релативно ограничена.

Композитни метод хлађења За главне моторе пумпе за напојну воду са изузетно великом снагом и значајном производњом топлоте, један метод хлађења није довољан да испуни захтеве за расипање топлоте. Због тога се обично користе композитне методе хлађења, које комбинују ваздушно хлађење са течним хлађењем или унутрашње хлађење са спољним хлађењем. На пример, намотаји статора користе унутрашње хлађење-хлађено водом, намотаји ротора користе ваздушно хлађење, а језгро користи водом-спољно хлађење. Кроз више{5}}димензионално расипање топлоте, обезбеђује се да температура мотора остане стабилна у оквиру номиналних граница током рада са пуним-оптерећењем. Композитне методе хлађења нуде високу ефикасност дисипације топлоте и снажну прилагодљивост, али су структурално сложене, имају високе трошкове улагања и тешко их је одржавати. Углавном се користе у главним моторима пумпи за напојну воду класе мегавата-и изнад нуклеарних енергетских јединица.

Систем хлађења мотора главне пумпе напојне воде у нуклеарној електрани је кључна компонента која обезбеђује сигуран и стабилан рад јединице. Његова ефикасност одвођења топлоте и оперативна поузданост директно утичу на нормалан рад система главне пумпе за напојну воду, чиме утичу на термички циклус и сигурносне баријере у целој нуклеарној електрани. Како се нуклеарне јединице развијају ка већим капацитетима и вишим параметрима, снага мотора главне пумпе за напојну воду се континуирано повећава, што доводи до веће производње топлоте и поставља све веће захтеве за технологију хлађења.

Закључак

Ваздушно хлађење, течно хлађење и комбиноване методе хлађења се широко користе у главним моторима пумпи напојне воде нуклеарних електрана. Оптимизацијом дизајна система за хлађење, избором ефикасних расхладних медија и побољшањем технологија аутоматске контроле и надгледања, ефикасност одвођења топлоте и поузданост система за хлађење су ефективно побољшани, испуњавајући захтеве дугорочног-радња нуклеарних енергетских јединица. У међувремену, уз континуирано унапређење технологије нуклеарне енергије, интелигенција, ефикасност и озелењавање постали су развојни трендови технологије хлађења. У будућности ће се спроводити даље истраживање и развој ефикасних и{4}}штедљивих технологија за хлађење, као што су нови композитни материјали за хлађење и интелигентни адаптивни системи за хлађење, како би се постигла прецизна контрола и рад система за хлађење{5}}уштеда енергије. Истовремено ће се појачати интелигентни рад и одржавање система за хлађење. Преко великих података, Интернета ствари и других технологија, биће постигнуто-надгледање у реалном времену, рано упозорење о кваровима и интелигентна дијагноза радног статуса расхладних система, што ће додатно побољшати поузданост и ефикасност рада и одржавања расхладних система и обезбедити јаче гаранције за безбедан и ефикасан рад нуклеарних електрана.