CN106870441A - 核电站主泵轴封注入水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电站主泵轴封注入水系统，其包括设于主泵外部的喷射泵、高压冷却器、旋液分离器、阀门和主连接管道，以及设于主泵内部的辅助泵和内部流道，主泵内外部流道通过主法兰上的轴封水注入孔和高温水引流孔连接；喷射泵、高压冷却器、旋液分离器依次设置在主连接管道上；还包括一条与喷射泵、高压冷却器、旋液分离器并联的旁通管道，主连接管道在与旁通管道并联的并联段两端各设有一个常开的主管道隔离阀门；旁通管道使得RCV系统的低温上充水能够绕过喷射泵、高压冷却器、旋液分离器，直接进入主法兰的轴封水注入孔。与现有技术相比，本发明通过冗余设计、优化系统结构与控制，保证了系统运行的安全性和可靠性，以及系统的可维修性。

Description

核电站主泵轴封注入水系统
技术领域
本发明属于核电领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站主泵轴封注入水系统。
背景技术
反应堆冷却剂泵简称为“主泵”，其是压水堆核电站一回路系统的关键设备之一，只有主泵可靠运转才能确保核电站的连续安全运行。请参阅图1，轴封型主泵在泵本体上设置有水润滑径向轴承10和轴封组件11。水润滑径向轴承10主要承担主泵的径向力；而轴封组件11以可控泄漏的方式，确保机组在正常运行工况、设计基准事故工况下，防止反应堆冷却剂沿泵轴12泄漏至反应堆厂房，并保证在SBO(Station Black Out，全厂断电)工况下，轴封组件11将泄漏量限制在事故安全分析准则所规定的限值内。
为了保证水润滑径向轴承10和轴封组件11的冷却和润滑，防止高温、高压冷却剂向叶轮13上方的轴系传导，使水润滑径向轴承10和轴封组件11能够在可接受的温度范围内运行，以保证主泵正常稳定运行，需要在泵本体上设置轴封注入水系统，且需要考虑冗余设计，以提高其可靠性。已知核电站轴封型主泵通常采用不在内部设置热交换器的主法兰组件，为了保证主泵的正常运行，其轴封注入水系统通常由来自RCV系统(Chemical and Volume Control System，化学容积控制系统)的上充水和来自主泵内部的高温水两部分组成，并设置有外部热交换器，外部热交换器由RRI系统(Component Cooling Water System，设备冷却水系统)提供设备冷却水。
请参阅图2和图3，一种已知的核电站主泵轴封注入水系统包括设于主泵外部的喷射泵20、旋液分离器21、高压冷却器22和连接管道23，以及设于主泵内部的两个辅助泵24、25和内部流道，主泵内外部流道通过主法兰14上的轴封水注入孔和高温水引流孔连接。喷射泵20的工作介质为来自RCV系统的低温上充水，引射介质为主泵内叶轮13背部的高温反应堆冷却剂，两者进入喷射泵20混合后，经过旋液分离器21过滤和高压冷却器22冷却，再经主法兰14注入轴封腔室15，其中一部分注入水为轴封组件11提供冷却和润滑，另一部分在辅助泵24的作用下沿泵轴12向下流动，冷却和润滑水润滑径向轴承10，并在另一辅助泵25的作用下增加压力，然后一分为二，一部分进入RCP系统(Reactor Coolant system，反应堆冷却剂系统)，另一部分作为喷射泵20的引射介质，进入外部循环。高压冷却器22由RRI系统提供冷却水。上述轴封注入水系统的工作原理为：1)正常情况下，RCV系统的上充水与高温反应堆冷却剂混合后作为轴封注入水；2)当RCV系统的注入水丧失、主泵运转时，在两个辅助泵24、25的作用下，有一定流量的水在系统中循环，为轴封组件11和水润滑径向轴承10提供润滑和冷却；3)当主泵停运时，如果RCV低温上充水丧失，在高压冷却器22的作用下，可以建立自然循环，继续提供一定流量的轴封注入水；4)当RRI设备冷却水丧失、RCV低温上充水正常时，轴封注入水的温度在轴封组件11和水润滑径向轴承10的许用运行温度范围内。
但是，图2和图3所示的轴封注入水系统至少存在以下缺陷：第一，无法实现有效的排气，不能保证系统的正常运行；第二，主泵内需要设置两个辅助泵24、25，增加了主泵内部结构的复杂程度；第三，当需要对喷射泵20、旋液分离器21和高压冷却器22检修时，无法有效隔离反应堆冷却剂；第四，系统回路上没有相应的监测仪表，无法对系统状态进行监测；第五，当高压冷却器22失效时，必须停运主泵。
请参阅图4和图5，另一种已知的核电站主泵轴封注入水系统包括设于主泵外部的喷射泵30、高压冷却器31、旋液分离器32、多个阀门、连接管道33和压力传感器34，以及设于主泵内部的辅助泵35和内部流道，主泵内外部流道通过主法兰14a上的轴封水注入孔和高温水引流孔连接。喷射泵30的工作介质为来自RCV系统的低温上充水，引射介质为主泵泵壳16内的高温反应堆冷却剂，两者进入喷射泵30混合后，经过高压冷却器31冷却和旋液分离器32过滤后，再经主法兰14a的轴封水注入孔注入轴封腔室15，其中一部分注入水为轴封组件11提供冷却和润滑，另一部分在辅助泵35的作用下沿泵轴12向下流动，冷却和润滑水润滑径向轴承10，最后进入主泵叶轮13的背部，与泵壳16内的反应堆冷却剂汇合。主连接管道上的阀门36处于常开状态；排气管道上的阀门37、38处于常闭状态，这两个阀门37、38只用于排气使用，完成排气后即关闭。上述轴封注入水系统的工作原理为：1)正常情况下，阀门39和阀门40关闭，来自RCV系统的低温上充水经过喷射泵30、高压冷却器31和旋液分离器32后直接注入轴封腔室15，作为主泵的轴封注入水；高压冷却器31处于备用状态，RRI设备冷却水的丧失不影响主泵的正常运行；2)当RCV系统的低温注入水丧失、主泵运转时，阀门40打开，来自主泵泵壳16内的高温反应堆冷却剂经高压冷却器31冷却，流经旋液分离器32后注入轴封腔室15，为轴封组件11和水润滑径向轴承10提供润滑和冷却；主泵停运后，在高压冷却器31的作用下建立自然循环，继续为主泵提供轴封注入水；3)当主泵停运时，阀门39打开，来自RCV系统的低温上充水和来自泵壳16内的高温反应堆冷却剂在喷射泵30内混合后，经过高压冷却器31、旋液分离器32注入轴封腔室15；主泵停运后，在高压冷却器31的作用下建立自然循环，继续为主泵提供轴封注入水。
但是，图4和图5所示的轴封注入水系统至少存在以下缺陷：第一，运行过程中轴封注入水系统的控制复杂，需要经常操作阀门39、40的动作；第二，在主泵停运过程中，如果同时发生RCV上充水丧失，可能会无法建立自然循环，存在不能提供轴封注入水的风险；第三，当高压冷却器31、喷射泵30失效时，必须停运主泵；第四，阀门36位于主法兰14a的轴封水注入孔前的连接管道33上，此阀门36如果发生故障，将影响轴封注入水系统的正常工作。
有鉴于此，确有必要一种提供能够解决上述问题的核电站主泵轴封注入水系统。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种运行可靠、操作简便、易于检修的核电站主泵轴封注入水系统，以保证其在各种工况下均能完成为主泵提供轴封注入水的功能，确保主泵的安全可靠运行。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站主泵轴封注入水系统，其包括设于主泵外部的喷射泵、高压冷却器、旋液分离器、阀门和主连接管道，以及设于主泵内部的辅助泵和内部流道，主泵内外部流道通过主法兰上的轴封水注入孔和高温水引流孔连接；主连接管道连接在RCV上充水管道与主法兰的轴封水注入孔之间，喷射泵、高压冷却器、旋液分离器依次设置在主连接管道上；还包括一条与喷射泵、高压冷却器、旋液分离器并联的旁通管道，主连接管道在与旁通管道并联的并联段两端各设有一个常开的主管道隔离阀门；旁通管道使得RCV系统的低温上充水能够绕过喷射泵、高压冷却器、旋液分离器，直接进入主法兰的轴封水注入孔。
作为本发明核电站主泵轴封注入水系统的一种改进，所述旁通管道的一端从喷射泵上游接入主连接管道，另一端从旋液分离器的下游接入主连接管道；旁通管道上设置有一个常闭的旁通隔离阀门。
作为本发明核电站主泵轴封注入水系统的一种改进，位于上游的主管道隔离阀门设于喷射泵与旁通管道的上游接入点之间，位于下游的主管道隔离阀门设于旋液分离器与旁通管道的下游接入点之间。
作为本发明核电站主泵轴封注入水系统的一种改进，还包括连接在主法兰的高温水引流孔与喷射泵的引射介质入口之间的引射介质管道，喷射泵的工作介质入口和泵出口均与主连接管道连接。
作为本发明核电站主泵轴封注入水系统的一种改进，所述喷射泵的工作介质为来自RCV系统的低温上充水，引射介质为主泵泵壳内的高温反应堆冷却剂，两者进入喷射泵混合后，经过高压冷却器冷却和旋液分离器过滤后，再经主法兰的轴封水注入孔注入轴封腔室，其中一部分注入水为轴封组件提供冷却和润滑，另一部分在辅助泵的作用下沿泵轴向下流动，冷却和润滑水润滑径向轴承，最后进入主泵叶轮的背部，与泵壳内的反应堆冷却剂汇合。
作为本发明核电站主泵轴封注入水系统的一种改进，所述引射介质管道上设置有常开的引射介质隔离阀门；关闭主管道隔离阀门和引射介质隔离阀门时，主管道并联段上的喷射泵、高压冷却器、旋液分离器将与反应堆冷却剂隔离。
作为本发明核电站主泵轴封注入水系统的一种改进，还包括接入旁通管道的排气管道，排气管道上设有两个常闭的排气隔离阀门。
作为本发明核电站主泵轴封注入水系统的一种改进，所述辅助泵仅有一个，其设置在泵轴上，且位于主泵的轴封组件与水润滑径向轴承之间。
作为本发明核电站主泵轴封注入水系统的一种改进，所述主连接管道上设置有压力传感器，压力传感器位于旁通管道接入主连接管道的两个接入点下游，能够通过压力测量实时监测系统的运行状态。
作为本发明核电站主泵轴封注入水系统的一种改进，所述高压冷却器由RRI系统提供冷却水。
与现有技术相比，本发明核电站主泵轴封注入水系统通过冗余设计、优化系统结构与控制，保证了系统运行的安全性和可靠性，以及系统的可维修性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站主泵轴封注入水系统及其有益效果进行详细说明。
图1为核电站轴封型主泵的内部结构示意图。
图2为一种已知核电站主泵轴封注入水系统的原理图。
图3为采用图2中主泵轴封注入水系统的主泵内部结构示意图。
图4为另一种已知核电站主泵轴封注入水系统的原理图。
图5为采用图4中主泵轴封注入水系统的主泵内部结构示意图。
图6为本发明核电站主泵轴封注入水系统的原理图。
图7为采用图6中主泵轴封注入水系统的主泵内部结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图6和图7，本发明核电站主泵轴封注入水系统包括设于主泵外部的喷射泵50、高压冷却器51、旋液分离器52、多个阀门、连接管道和压力传感器54，以及设于主泵内部的辅助泵55和内部流道，主泵内外部流道通过主法兰14a上的轴封水注入孔和高温水引流孔连接。其中，高压冷却器51由RRI系统提供冷却水；辅助泵55设置在泵轴12上，且位于轴封组件11与水润滑径向轴承10之间。
主泵外部的连接管道包括主连接管道60、旁通管道61、引射介质管道62和排气管道63。
主连接管道60连接在RCV上充水管道64与主法兰14a的轴封水注入孔之间，喷射泵50、高压冷却器51、旋液分离器52和压力传感器54依次设置在主连接管道60上，其中，喷射泵50的工作介质入口和泵出口均与主连接管道60连接。引射介质管道62连接在主法兰14a的高温水引流孔与喷射泵50的引射介质入口之间，且在喷射泵50的引射介质入口前设置有常开的引射介质隔离阀门620。因此，喷射泵50的工作介质为来自RCV系统的低温上充水，引射介质为主泵泵壳16内的高温反应堆冷却剂，两者进入喷射泵50混合后，经过高压冷却器51冷却和旋液分离器52过滤，再经主法兰14a的轴封水注入孔注入轴封腔室15，其中一部分注入水为轴封组件11提供冷却和润滑，另一部分在辅助泵55的作用下沿泵轴12向下流动，冷却和润滑水润滑径向轴承10，最后进入主泵叶轮13的背部，与泵壳16内的反应堆冷却剂汇合。
旁通管道61的一端从喷射泵50上游接入主连接管道60，另一端从旋液分离器52的下游接入主连接管道60，从而形成一条与喷射泵50、高压冷却器51、旋液分离器52并联的支管，使得RCV系统的低温上充水能够绕过喷射泵50、高压冷却器51、旋液分离器52，直接经主连接管道60末端进入主法兰14a的轴封水注入孔。旁通管道61上设置有一个常闭的旁通隔离阀门610，主连接管道60在与旁通管道61并联的并联段两端各设有一个常开的主管道隔离阀门600、602。其中，位于上游的主管道隔离阀门600设于喷射泵50与旁通管道61的上游接入点之间，位于下游的主管道隔离阀门602设于旋液分离器52与旁通管道61的下游接入点之间。因此，关闭主管道隔离阀门600、602和、引射介质隔离阀门620，可以对主管道并联段上的喷射泵50、高压冷却器51、旋液分离器52进行隔离检修。
排气管道63的一端接入旁通管道61，另一端用于排气。排气管道63上设有两个排气隔离阀门630，两个排气隔离阀门630只用于排气使用，完成排气后即关闭。
本发明核电站主泵轴封注入水系统的工作原理为：
1)正常情况下，主管道隔离阀门600、602、引射介质隔离阀门620打开，旁通隔离阀门610关闭，RCV系统的低温上充水提供工作介质，引射来自主泵泵壳16内的高温反应堆冷却剂，两者在喷射泵50内混合后，经过高压冷却器51冷却，通过旋液分离器52及主法兰14a注入轴封腔室15；进入轴封腔室15后，一部分注入水向上流动，冷却和润滑轴封组件11，一部分注入水向下流动，经辅助泵55作用后提高压力，冷却和润滑水润滑径向轴承10，最后进入主泵叶轮13背部，与主泵泵壳16内部的反应堆冷却剂汇合；
2)当RCV系统的上充水丧失时，喷射泵50上游的主管道隔离阀门600关闭，来自泵壳16内部的高温反应堆冷却剂经喷射泵50，进入高压冷却器51冷却后，通过旋液分离器52及主法兰14a注入轴封腔室15；在轴封的动压效应、辅助泵55的作用下，注入水一分为二，一部分冷却和润滑轴封组件11，流向RCV系统和RPE系统(Nuclear Island Vent and Drain system，核岛排气和疏水系统)，一部分冷却和润滑水润滑径向轴承10后，进入主泵叶轮13背部与泵壳16内的一回路反应堆冷却剂汇合；当主泵停运后，在高压冷却器51的作用下可以建立自然循环，继续为主泵提供轴封注入水；
3)当RRI设备冷却水失效时，主管道隔离阀门600、602、引射介质隔离阀门620关闭，旁通隔离阀门610打开，直接由RCV系统的低温上充水为主泵提供轴封注入水。
通过以上描述可知，与现有技术相比，本发明核电站主泵轴封注入水系统至少具有以下优点：
第一，设置与喷射泵50、高压冷却器51、旋液分离器52并联的旁通管道61，当喷射泵50、高压冷却器51、旋液分离器52发生故障时，通过关闭主管道隔离阀门600、602和引射介质隔离阀门620，同时打开旁通隔离阀门610，即可由旁通管道61继续为主泵提供轴封注入水，保证了主泵的正常运转；
第二，当RCV系统的上充水丧失时，在主泵在旋转状态下，能在轴封的动压效应和辅助泵55的作用下，通过强制循环提供轴封注入水；
第三，当RCV系统的上充水丧失时，在主泵停运状态下，能在高压冷却器51的作用下，通过自然循环提供轴封注入水；
第四，当RRI设备冷却水失效时，可通过旁通管道61，直接由RCV系统的低温上充水为主泵提供轴封注入水；
第五，只有当RCV丧失时，才对主管道隔离阀门600进行操作，有效减少了阀门的动作次数，提高了系统的可靠性；
第六，通过关闭主管道隔离阀门600、602和引射介质隔离阀门620，可以有效隔离反应堆冷却剂，从而对喷射泵50、高压冷却器51、旋液分离器52进行检修；
第七，轴封注入水系统设置了排气管道63，可以在系统运行前进行充分地排气，有利于系统的稳定运行；
第八，主连接管道60上设置有压力传感器54，能够通过压力测量，实时监测系统的运行状态。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种核电站主泵轴封注入水系统，包括设于主泵外部的喷射泵、高压冷却器、旋液分离器、阀门和主连接管道，以及设于主泵内部的辅助泵和内部流道，主泵内外部流道通过主法兰上的轴封水注入孔和高温水引流孔连接；主连接管道连接在RCV上充水管道与主法兰的轴封水注入孔之间，喷射泵、高压冷却器、旋液分离器依次设置在主连接管道上；其特征在于：还包括一条与喷射泵、高压冷却器、旋液分离器并联的旁通管道，主连接管道在与旁通管道并联的并联段两端各设有一个常开的主管道隔离阀门；旁通管道使得RCV系统的低温上充水能够绕过喷射泵、高压冷却器、旋液分离器，直接进入主法兰的轴封水注入孔。
2.根据权利要求1所述的核电站主泵轴封注入水系统，其特征在于：所述旁通管道的一端从喷射泵上游接入主连接管道，另一端从旋液分离器的下游接入主连接管道；旁通管道上设置有一个常闭的旁通隔离阀门。
3.根据权利要求2所述的核电站主泵轴封注入水系统，其特征在于：位于上游的主管道隔离阀门设于喷射泵与旁通管道的上游接入点之间，位于下游的主管道隔离阀门设于旋液分离器与旁通管道的下游接入点之间。
4.根据权利要求3所述的核电站主泵轴封注入水系统，其特征在于：还包括连接在主法兰的高温水引流孔与喷射泵的引射介质入口之间的引射介质管道，喷射泵的工作介质入口和泵出口均与主连接管道连接。
5.根据权利要求4所述的核电站主泵轴封注入水系统，其特征在于：所述喷射泵的工作介质为来自RCV系统的低温上充水，引射介质为主泵泵壳内的高温反应堆冷却剂，两者进入喷射泵混合后，经过高压冷却器冷却和旋液分离器过滤后，再经主法兰的轴封水注入孔注入轴封腔室，其中一部分注入水为轴封组件提供冷却和润滑，另一部分在辅助泵的作用下沿泵轴向下流动，冷却和润滑水润滑径向轴承，最后进入主泵叶轮的背部，与泵壳内的反应堆冷却剂汇合。
6.根据权利要求4所述的核电站主泵轴封注入水系统，其特征在于：所述引射介质管道上设置有常开的引射介质隔离阀门；关闭主管道隔离阀门和引射介质隔离阀门时，主管道并联段上的喷射泵、高压冷却器、旋液分离器将与反应堆冷却剂隔离。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的核电站主泵轴封注入水系统，其特征在于：还包括接入旁通管道的排气管道，排气管道上设有两个常闭的排气隔离阀门。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的核电站主泵轴封注入水系统，其特征在于：所述辅助泵仅有一个，其设置在泵轴上，且位于主泵的轴封组件与水润滑径向轴承之间。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的核电站主泵轴封注入水系统，其特征在于：所述主连接管道上设置有压力传感器，压力传感器位于旁通管道接入主连接管道的两个接入点下游，能够通过压力测量实时监测系统的运行状态。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的核电站主泵轴封注入水系统，其特征在于：所述高压冷却器由RRI系统提供冷却水。
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