CN102903405B - 一种高温气冷堆氦风机平衡密封主供气系统 - Google Patents
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Abstract
一种高温气冷堆氦风机平衡密封主供气系统，采用压力控制，包括供气线路、压力调节线路以及压力流量监测线路，供气线路与压力调节线路相连接，压力调节线路为桥式网络结构，压力调节线路与压力流量监控线路相连接，压力流量监控线路采用三套异构冗余压力与流量传感器进行监控，可自动跟踪风机轴封压强变化，达到核电系统对保压检修装置的安全性和可靠性要求，具有控制精度高，设备运行可靠的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种密封用主供气系统，具体涉及一种高温气冷堆氦风机平衡密封主供气系统。
背景技术
高温气冷堆是第四代核反应堆的一种，堆芯出口温度高达850~1000摄氏度，采用氦气作为冷却剂。高温气冷堆具有热效率高、燃耗转换比高，本质安全等优点，是我国重点发展的第四代先进核能系统技术之一。高温气冷堆一回路系统中，用于驱动冷却剂在系统内循环流动的风机称为主风机。主风机是气冷堆的“心脏”部件，是保障核电运转安全，控制冷却介质循环的关键部件。
高温气冷堆主风机由蜗壳、叶轮、驱动电机、支撑系统、密封系统和风机壳体组成。由于主风机驱动的冷却介质（氦气）带有辐射性，因此为了避免带有放射性的氦气泄漏，主风机中要实施对带放射性的氦气的密封。目前，主风机主要有两种结构：一种是轴封式结构——即在叶轮和电机之间安装轴封系统，另一种是屏蔽电机结构——将驱动电机置于密封金属筒体内，使之被屏蔽套屏蔽起来。
高温气冷堆核电站的一回路冷却剂循环风机在采用机械密封作为轴封的时候，正常运转时高压氦气在轴封处产生轴向力，需要设计平衡密封以平衡该轴向力。气冷堆的工作压力约为7MPa，在轴封处产生约23t的轴向力，单纯使用推力轴承难以平衡如此大的轴向力，必须在风机中设计平衡密封，通入高压气体，在轴向产生相反方向的力以平衡轴向力。
为此发明了气冷堆主风机平衡密封主供气系统，在风机正常运转时，自动跟踪轴封处气体压强，产生相应的相反轴向力，以平衡轴封处的轴向力。为确保和实现平衡密封安全可靠的工作，需要相应的密封供气主系统。
发明内容
为了实现上述的平衡密封功能，本发明的目的在于提供一种高温气冷堆氦风机平衡密封主供气系统，系统采用压强控制，并通过冗余配置来满足核电系统高可靠性的要求，具有控制精度高，设备运行可靠的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高温气冷堆氦风机平衡密封主供气系统，采用压力控制，包括供气线路、压力调节线路以及压力流量监测线路，供气线路与压力调节线路相连接，压力调节线路为桥式网络结构，压力调节线路与压力流量监控线路相连接，压力流量监控线路采用三套异构冗余压力与流量传感器进行监控。
所述的供气线路包括主供气线路I、第一冗余供气线路II和第二冗余供气线路III。
主供气线路I包括第一粗过滤器101，第一粗过滤器101的输出通过第一空压机102和第一精过滤器103的输入连接，第一精过滤器103的输出分两路，一路经第一电磁截止阀104连接至第一保压气罐105的输入管，另一路经过第一常闭电磁截止阀124连接至第二保压气罐205的输入管，第一保压气罐105上设置有第一安全阀106和第一气压表107，第二保压气罐205上设有第二安全阀206和第二气压表207，第一保压气罐105和第二保压气罐205的输出进入压力调节线路；
第一冗余供气线路II包括第二粗过滤器201，第二粗过滤器201通过第二空压机202和第二精过滤器203的输入连接，第二精过滤器203的输出分两路，一路经第二电磁截止阀204连接至第一保压气罐105的输入管，另一路经过第二常闭电磁截止阀224和第二保压气罐205的输入管连接；
第二冗余供气线路III包括第三粗过滤器301，第三粗过滤器301通过第三空压机302和第三精过滤器303的输入连接，第三精过滤器303的输出分两路，一路经第三电磁截止阀304连接至第一保压气罐105的输入管，另一路经过第三常闭电磁截止阀324连接至和第二保压气罐205的输入管。
所述的压力调节线路为：
第一保压气罐105输出端与第四电磁截止阀108的输入连接，第四电磁截止阀108输出与第一它励压力调节阀109的输入连接，第一它励压力调节阀109的输出与第一空气干燥器110的输入连接，第一空气干燥器110的输出与第六电磁截止阀111的输入连接，第六电磁截止阀111的输出和第一单向阀212的输入连接；
第二保压气罐205输出与第五电磁截止阀208的输入连接，第五电磁截止阀208输出与第二它励压力调节阀209的输入连接，第二它励压力调节阀209的输出与第二空气干燥器210的输入连接，第二空气干燥器210的输出与第四常闭电磁截止阀211的输入连接，第四常闭电磁截止阀211的输出与第一单向阀212的输入连接；
桥式线路H首端连接于第四电磁截止阀108与第一它励压力调节阀109之间的管路上，末端连接于第五电磁截止阀208与第二它励压力调节阀209之间，桥式线路H上设置第七电磁截止阀218，构成桥式网络。
所述的压力流量监控线路为：
第一单向阀212的输出与第一常开截止阀1的输入连接，第一常开截止阀1的输出与第一就地兼远传流量传感器2的输入连接，第一就地兼远传流量传感器2的输出与第二常开截止阀5的输入连接，第二常开截止阀5的输出与第二就地兼远传流量传感器5b的输入连接，第二就地兼远传流量传感器5b的输出与第三常开截止阀8的输入连接，第三常开截止阀8的输出连接于孔板10的输入端，孔板10的输出端连接于第四常开截止阀20的输入端，第四常开截止阀20的输出端连接至平衡密封进气口21，第一常开截止阀1与第一就地兼远传流量传感器2通过法兰连接，第一就地兼远传流量传感器2与第二常开截止阀5通过法兰连接，第二常开截止阀5与第二就地兼远传流量传感器5b通过法兰连接，第二就地兼远传流量传感器5b与第三常开截止阀8通过法兰连接；
第一就地兼远传流量传感器2与第二常开截止阀5之间有第一支路A，第一支路A连接有第五常开截止阀3和第一就地兼远传压力传感器4；第二就地兼远传流量传感器5b与第三常开截止阀8之间有第二支路B，第二支路B连接第六常开截止阀6和第二就地兼远传压力传感器7；第三常开截止阀8与孔板10之间有第三支路C，第三支路C的始端依次与第七常开截止阀12、第三就地兼远传流量传感器9、第八常开截止阀11连接，第三支路C末端连接于孔板10与第四常开节流阀20之间的管路上；第三就地兼远传流量传感器9与第八常开截止阀11之间有第四支路D，第四支路D连接有第九常开截止阀13和第三就地兼远传压力传感器14。
第一单向阀212与第一常开截止阀1之间有旁路E，旁路E始端连接第一常闭截止阀15的输入端，第一常闭截止阀15的输出连接于第二常闭截止阀17的输入端，第二常闭截止阀17的输出端连接于第三常闭截止阀19的输入端，第三常闭截止阀19的输出端为旁路E的末端，旁路E末端连接于第八常开截止阀11与第四常开截止阀20之间，第一常闭截止阀15的输出端与第二常闭截止阀17之间连接第一桥路PH1，第一桥路PH1末端连接于第二常开截止阀5与第一就地兼远传流量传感器5b之间，第一桥路PH1上设置第四常闭截止阀16，第二常闭截止阀17与第三常闭截止阀19之间连接第二桥路PH2，第二桥路PH2末端连接于第三常开截止阀8与孔板10之间，第二桥路PH2上设置第五常闭截止阀18。
所述第一单向阀212与第一常开截止阀1之间设置有保压供气支路F，保压供气支路F的始端和第二单向阀214的输出端连接，第二单向阀214的输入端与第八电磁截止阀213的输出端连接、第八电磁截止阀213的输入与第九电磁截止阀403的输出连接，第九电磁截止阀403的输入与第三保压气罐401的输出管连接，第三保压气罐401上连接第三压力传感器402，第八电磁截止阀213与第九电磁截止阀403之间设有支路，支路连接于第十连接电磁截止阀503的输出端，第十连接电磁截止阀503的输入端与第四保压气罐501的输出管连接，第四保压气罐501上连接第四压力传感器502。
本发明与现有技术相比，具有的优点是：可自动跟踪风机轴封压强变化，达到核电系统对保压检修装置的安全性和可靠性要求。
本发明采用三套异构冗余供气线路，桥式气压调节线路以及三套冗余异构压力流量监测线路，具有高可靠性。
附图说明
附图是本发明的结构示意图，带箭头的实线表示气体的传输路线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如附图所示，一种高温气冷堆氦风机平衡密封主供气系统，采用压力控制，包括供气线路、压力调节线路以及压力流量监测线路，供气线路与压力调节线路相连接，压力调节线路为桥式网络结构，压力调节线路与压力流量监控线路相连接，压力流量监控线路采用三套异构冗余压力与流量传感器进行监控。
所述的供气线路包括主供气线路I、第一冗余供气线路II和第二冗余供气线路III。
主供气线路I包括第一粗过滤器101，第一粗过滤器101的输出通过第一空压机102和第一精过滤器103的输入连接，第一精过滤器103的输出分两路，一路经第一电磁截止阀104连接至第一保压气罐105的输入管，另一路经过第一常闭电磁截止阀124连接至第二保压气罐205的输入管，第一保压气罐105上设置有第一安全阀106和第一气压表107，第二保压气罐205上设有第二安全阀206和第二气压表207，第一保压气罐105和第二保压气罐205的输出进入压力调节线路；
第一冗余供气线路II包括第二粗过滤器201，第二粗过滤器201通过第二空压机202和第二精过滤器203的输入连接，第二精过滤器203的输出分两路，一路经第二电磁截止阀204连接至第一保压气罐105的输入管，另一路经过第二常闭电磁截止阀224和第二保压气罐205的输入管连接；
第二冗余供气线路III包括第三粗过滤器301，第三粗过滤器301通过第三空压机302和第三精过滤器303的输入连接，第三精过滤器303的输出分两路，一路经第三电磁截止阀304连接至第一保压气罐105的输入管，另一路经过第三常闭电磁截止阀324连接至和第二保压气罐205的输入管。
所述的压力调节线路为：
第一保压气罐105输出端与第四电磁截止阀108的输入连接，第四电磁截止阀108输出与第一它励压力调节阀109的输入连接，第一它励压力调节阀109的输出与第一空气干燥器110的输入连接，第一空气干燥器110的输出与第六电磁截止阀111的输入连接，第六电磁截止阀111的输出和第一单向阀212的输入连接；
第二保压气罐205输出与第五电磁截止阀208的输入连接，第五电磁截止阀208输出与第二它励压力调节阀209的输入连接，第二它励压力调节阀209的输出与第二空气干燥器210的输入连接，第二空气干燥器210的输出与第四常闭电磁截止阀211的输入连接，第四常闭电磁截止阀211的输出与第一单向阀212的输入连接；
桥式线路H首端连接于第四电磁截止阀108与第一它励压力调节阀109之间的管路上，末端连接于第五电磁截止阀208与第二它励压力调节阀209之间，桥式线路H上设置第七电磁截止阀218，构成桥式网络。
所述的压力流量监控线路为：
第一单向阀212的输出与第一常开截止阀1的输入连接，第一常开截止阀1的输出与第一就地兼远传流量传感器2的输入连接，第一就地兼远传流量传感器2的输出与第二常开截止阀5的输入连接，第二常开截止阀5的输出与第二就地兼远传流量传感器5b的输入连接，第二就地兼远传流量传感器5b的输出与第三常开截止阀8的输入连接，第三常开截止阀8的输出连接于孔板10的输入端，孔板10的输出端连接于第四常开截止阀20的输入端，第四常开截止阀20的输出端连接至平衡密封进气口21，第一常开截止阀1与第一就地兼远传流量传感器2通过法兰连接，第一就地兼远传流量传感器2与第二常开截止阀5通过法兰连接，第二常开截止阀5与第二就地兼远传流量传感器5b通过法兰连接，第二就地兼远传流量传感器5b与第三常开截止阀8通过法兰连接；
第一就地兼远传流量传感器2与第二常开截止阀5之间有第一支路A，第一支路A连接有第五常开截止阀3和第一就地兼远传压力传感器4；第二就地兼远传流量传感器5b与第三常开截止阀8之间有第二支路B，第二支路B连接第六常开截止阀6和第二就地兼远传压力传感器7；第三常开截止阀8与孔板10之间有第三支路C，第三支路C的始端依次与第七常开截止阀12、第三就地兼远传流量传感器9、第八常开截止阀11连接，第三支路C末端连接于孔板10与第四常开节流阀20之间的管路上；第三就地兼远传流量传感器9与第八常开截止阀11之间有第四支路D，第四支路D连接有第九常开截止阀13和第三就地兼远传压力传感器14。
第一单向阀212与第一常开截止阀1之间有旁路E，旁路E始端连接第一常闭截止阀15的输入端，第一常闭截止阀15的输出连接于第二常闭截止阀17的输入端，第二常闭截止阀17的输出端连接于第三常闭截止阀19的输入端，第三常闭截止阀19的输出端为旁路E的末端，旁路E末端连接于第八常开截止阀11与第四常开截止阀20之间，第一常闭截止阀15的输出端与第二常闭截止阀17之间连接第一桥路PH1，第一桥路PH1末端连接于第二常开截止阀5与第一就地兼远传流量传感器5b之间，第一桥路PH1上设置第四常闭截止阀16，第二常闭截止阀17与第三常闭截止阀19之间连接第二桥路PH2，第二桥路PH2末端连接于第三常开截止阀8与孔板10之间，第二桥路PH2上设置第五常闭截止阀18。
所述第一单向阀212与第一常开截止阀1之间设置有保压供气支路F，保压供气支路F的始端和第二单向阀214的输出端连接，第二单向阀214的输入端与第八电磁截止阀213的输出端连接、第八电磁截止阀213的输入与第九电磁截止阀403的输出连接，第九电磁截止阀403的输入与第三保压气罐401的输出管连接，第三保压气罐401上连接第三压力传感器402，第八电磁截止阀213与第九电磁截止阀403之间设有支路，支路连接于第十连接电磁截止阀503的输出端，第十连接电磁截止阀503的输入端与第四保压气罐501的输出管连接，第四保压气罐501上连接第四压力传感器502。
本发明的工作原理为：
1）系统投入运行时，各个备用截止阀处于关闭状态，只有某一路相应地方发生问题时，才将相互对应的管路上的备用截止阀打开，同时，关闭对应有问题管路的截止阀。
2）正常工作时，第一空压机102正常运转，第一电磁截止阀104打开，进入到相应管路与第一保压气罐105，第四电磁截止阀108打开，进入到第一它励压力调节阀109，第六电磁阀111打开，经过第一单向阀211，进入到第一就地兼远传流量传感器2、第一就地兼远传压力传感器4，第二常开截止阀5打开，进入第二本地远程流量传感器5b、第二就地兼远传压力传感器7，第三常开截止阀8和第七常开截止阀12打开，进入孔板10、第三就地兼远传流量传感器9、第三就地兼远传压力传感器14，第四常开截止阀20打开，最后进入平衡密封腔内。管路的压力通过第一就地兼远传压力传感器4、第二就地兼远传压力传感器7和第三就地兼远传压力传感器14测量压力信号，如果两个或以上合格，则认为系统合格，如果压力不合格，则进行黄色报警显示。
3）第一冗余供气线路II，在主供气线路I的供气能力不足，或者第一就地兼远传压力传感器4、第二就地兼远传压力传感器7和第三就地兼远传压力传感器14进行三取二判定，系统压力小于主密封的工作压力时，投入工作；
4）第二冗余供气线路III，在主供气线路I和第一冗余供气线路II的供气能力不足，或者第一就地兼远传压力传感器4、第二就地兼远传压力传感器7和第三就地兼远传压力传感器14进行三取二判定，系统压力小于主密封的供气压力时调节压力，投入工作；
5）桥式气压调节线路H，当第一保压气罐105的第一压强传感器107显示与给定值不一致时，应控制相应线路电磁截止阀开闭，启用第二保压气罐205。当第一就地兼远传压力传感器4、第二就地兼远传压力传感器7和第三就地兼远传压力传感器14进行三取二判定，系统压力不再跟随风机轴封气体压强变化时，认为第一它励压力调节阀109故障，应控制相应线路电磁截止阀开闭，启用第二它励压力调节阀209，实现系统压力跟踪功能；
6）当第一就地兼远传压力传感器4、第二就地兼远传压力传感器7和第三就地兼远传压力传感器14中有一个与其余两个传感器读数不一致，则认为该传感器出现故障，应开启旁路相应截止阀，关闭所在线路相应截止阀，对故障传感器进行更换和维修。相同，对第一就地兼远传流量传感器2、第二就地兼远传流量传感器5b和第三就地兼远传流量传感器9有一个与其余两个传感器读数不一致，则认为该传感器出现故障，应采用相同措施对其进行维修更换。
Claims (1)
1.一种高温气冷堆氦风机平衡密封主供气系统，其特征在于：采用压力控制，包括供气线路、压力调节线路以及压力流量监控线路，供气线路与压力调节线路相连接，压力调节线路为桥式网络结构，压力调节线路与压力流量监控线路相连接，压力流量监控线路采用三套异构冗余压力与流量传感器进行监控；
所述的供气线路包括主供气线路(I)、第一冗余供气线路(II)和第二冗余供气线路(III)；
主供气线路(I)包括第一粗过滤器(101)，第一粗过滤器(101)的输出通过第一空压机(102)和第一精过滤器(103)的输入连接，第一精过滤器(103)的输出分两路，一路经第一电磁截止阀(104)连接至第一保压气罐(105)的输入管，另一路经过第一常闭电磁截止阀(124)连接至第二保压气罐(205)的输入管，第一保压气罐(105)上设置有第一安全阀(106)和第一气压表(107)，第二保压气罐(205)上设有第二安全阀(206)和第二气压表(207)，第一保压气罐(105)和第二保压气罐(205)的输出进入压力调节线路；
第一冗余供气线路(II)包括第二粗过滤器(201)，第二粗过滤器(201)通过第二空压机(202)和第二精过滤器(203)的输入连接，第二精过滤器(203)的输出分两路，一路经第二电磁截止阀(204)连接至第一保压气罐(105)的输入管，另一路经过第二常闭电磁截止阀(224)和第二保压气罐(205)的输入管连接；
第二冗余供气线路(III)包括第三粗过滤器(301)，第三粗过滤器(301)通过第三空压机(302)和第三精过滤器(303)的输入连接，第三精过滤器(303)的输出分两路，一路经第三电磁截止阀(304)连接至第一保压气罐(105)的输入管，另一路经过第三常闭电磁截止阀(324)连接至第二保压气罐(205)的输入管；
所述的压力调节线路为：
第一保压气罐(105)输出端与第四电磁截止阀(108)的输入连接，第四电磁截止阀(108)输出与第一它励压力调节阀(109)的输入连接，第一它励压力调节阀(109)的输出与第一空气干燥器(110)的输入连接，第一空气干燥器(110)的输出与第六电磁截止阀(111)的输入连接，第六电磁截止阀(111)的输出和第一单向阀(212)的输入连接；
第二保压气罐(205)输出与第五电磁截止阀(208)的输入连接，第五电磁截止阀(208)输出与第二它励压力调节阀(209)的输入连接，第二它励压力调节阀(209)的输出与第二空气干燥器(210)的输入连接，第二空气干燥器(210)的输出与第四常闭电磁截止阀(211)的输入连接，第四常闭电磁截止阀(211)的输出与第一单向阀(212)的输入连接；
桥式线路(H)首端连接于第四电磁截止阀(108)与第一它励压力调节阀(109)之间的管路上，末端连接于第五电磁截止阀(208)与第二它励压力调节阀(209)之间，桥式线路(H)上设置第七电磁截止阀(218)，构成桥式网络；
所述的压力流量监控线路为：
第一单向阀(212)的输出与第一常开截止阀(1)的输入连接，第一常开截止阀(1)的输出与第一就地兼远传流量传感器(2)的输入连接，第一就地兼远传流量传感器(2)的输出与第二常开截止阀(5)的输入连接，第二常开截止阀(5)的输出与第二就地兼远传流量传感器(5b)的输入连接，第二就地兼远传流量传感器(5b)的输出与第三常开截止阀(8)的输入连接，第三常开截止阀(8)的输出连接于孔板(10)的输入端，孔板(10)的输出端连接于第四常开截止阀(20)的输入端，第四常开截止阀(20)的输出端连接至平衡密封进气口(21)，第一常开截止阀(1)与第一就地兼远传流量传感器(2)通过法兰连接，第一就地兼远传流量传感器(2)与第二常开截止阀(5)通过法兰连接，第二常开截止阀(5)与第二就地兼远传流量传感器(5b)通过法兰连接，第二就地兼远传流量传感器(5b)与第三常开截止阀(8)通过法兰连接；
第一就地兼远传流量传感器(2)与第二常开截止阀(5)之间有第一支路(A)，第一支路(A)连接有第五常开截止阀(3)和第一就地兼远传压力传感器(4)；第二就地兼远传流量传感器(5b)与第三常开截止阀(8)之间有第二支路(B)，第二支路(B)连接第六常开截止阀(6)和第二就地兼远传压力传感器(7)；第三常开截止阀(8)与孔板(10)之间有第三支路(C)，第三支路(C)的始端依次与第七常开截止阀(12)、第三就地兼远传流量传感器(9)、第八常开截止阀(11)连接，第三支路(C)末端连接于孔板(10)与第四常开截止阀(20)之间的管路上；第三就地兼远传流量传感器(9)与第八常开截止阀(11)之间有第四支路(D)，第四支路(D)连接有第九常开截止阀(13)和第三就地兼远传压力传感器(14)；
第一单向阀(212)与第一常开截止阀(1)之间有旁路(E)，旁路(E)始端连接第一常闭截止阀(15)的输入端，第一常闭截止阀(15)的输出连接于第二常闭截止阀(17)的输入端，第二常闭截止阀(17)的输出端连接于第三常闭截止阀(19)的输入端，第三常闭截止阀(19)的输出端为旁路(E)的末端，旁路(E)末端连接于第八常开截止阀(11)与第四常开截止阀(20)之间，第一常闭截止阀(15)的输出端与第二常闭截止阀(17)之间连接第一桥路(PH1)，第一桥路(PH1)末端连接于第二常开截止阀(5)与第一就地兼远传流量传感器(5b)之间，第一桥路(PH1)上设置第四常闭截止阀(16)，第二常闭截止阀(17)与第三常闭截止阀(19)之间连接第二桥路(PH2)，第二桥路(PH2)末端连接于第三常开截止阀(8)与孔板(10)之间，第二桥路(PH2)上设置第五常闭截止阀(18)；
所述第一单向阀(212)与第一常开截止阀(1)之间设置有保压供气支路(F)，保压供气支路(F)的始端和第二单向阀(214)的输出端连接，第二单向阀(214)的输入端与第八电磁截止阀(213)的输出端连接、第八电磁截止阀(213)的输入与第九电磁截止阀(403)的输出连接，第九电磁截止阀(403)的输入与第三保压气罐(401)的输出管连接，第三保压气罐(401)上连接第三压力传感器(402)，第八电磁截止阀(213)与第九电磁截止阀(403)之间设有支路，支路连接于第十连接电磁截止阀(503)的输出端，第十连接电磁截止阀(503)的输入端与第四保压气罐(501)的输出管连接，第四保压气罐(501)上连接第四压力传感器(502)。
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