Trang bị thêm cho máy bơm động cơ đóng hộp cho máy bơm làm sạch nước lò phản ứng
Trong các lò phản ứng nước sôi (BWR), có các hệ thống làm sạch nước trong lò phản ứng (RWCU) được thiết kế để duy trì chất lượng nước của lò phản ứng bằng cách lọc và trao đổi ion. Chất lượng nước rất quan trọng để giảm thiểu sự ăn mòn và ngăn chặn sự tắc nghẽn của các bộ trao đổi nhiệt trong lò phản ứng. Hệ thống này sử dụng máy bơm để tuần hoàn một phần chất lỏng làm việc của lò phản ứng, thường là khoảng 1% lưu lượng nước cấp, qua hệ thống lọc.
Thông thường, BWR được thiết kế và chế tạo với các máy bơm hút cuối cùng sử dụng một con dấu cơ khí giữa trục máy bơm và vỏ máy bơm. Tùy thuộc vào thiết kế lò phản ứng, các máy bơm này hoạt động trước hoặc sau bộ trao đổi nhiệt, với nhiệt độ của chất lỏng được bơm từ môi trường xung quanh đến 575 F. Chúng thường phát triển 500 đến 575 feet đầu ở 160 đến 500 gallon mỗi phút (gpm) và là được thiết kế với giá 1.400 đến 1.420 pound trên mỗi inch vuông (psi).
Áp suất cao và đôi khi nhiệt độ cao của ứng dụng này làm cho phớt cơ khí truyền thống khó có tuổi thọ hoạt động thích hợp. Nghiên cứu điển hình này tập trung vào một nhà máy hạt nhân gặp lỗi phốt cơ khí khoảng ba tháng một lần trên các BWR của nó. Ngoài những hỏng hóc về phớt, những chiếc máy bơm này thỉnh thoảng cũng có những hỏng hóc về ổ trục đẩy. Nhà máy sử dụng hai máy bơm RWCU cho mỗi lò phản ứng.
Các máy bơm được thiết kế cho 1.410 psi ở 150 F và phát triển 500 feet đầu ở 180 gpm mỗi máy. Nước được bơm qua hệ thống này có tính phóng xạ, có nghĩa là các trục trặc của phớt chặn và lực đẩy cần được bảo dưỡng khiến công nhân phải tiếp xúc với liều lượng bức xạ cao. Ngoài việc tiếp xúc với bức xạ và chi phí cao liên quan đến sự cố, một trong hai máy bơm hoạt động ngoại tuyến dẫn đến chất lượng nước suy giảm, có thể đến mức yêu cầu đóng lò phản ứng trong vài ngày.
Dung dịch
Bằng cách sử dụng trang bị thêm động cơ đóng hộp nằm ngang, họ có thể giữ các hộp máy bơm hiện có và loại bỏ nhu cầu sửa đổi đường ống trong phòng. Một phần của phạm vi cung cấp trong dự án này là các cánh quạt được thiết kế ngược để phù hợp với hiệu suất thủy lực ban đầu cùng với các bộ trao đổi nhiệt được thiết kế tùy chỉnh cho trang bị thêm động cơ đóng hộp.
Thiết kế
Máy bơm động cơ đóng hộp sử dụng một động cơ / trục máy bơm chung được làm ướt hoàn toàn và nằm trong ranh giới áp suất được đánh giá cho nhiệt độ và áp suất thiết kế theo Mã Lò hơi và Bình áp suất của Hiệp hội Kỹ sư Cơ khí Hoa Kỳ (ASME) Phần III.
Vỏ động cơ / cụm stato chứa các cuộn dây động cơ được bao bọc trong một loại nhựa (loại nhựa được bỏ qua để làm rõ trong Hình 1) phía sau một lon stato chống ăn mòn mỏng, là rào cản đối với khoang động cơ chứa đầy chất lỏng. Nó cũng chứa các ổ trục hướng tâm và chỗ ngồi cho ổ đỡ lực đẩy chính.
Cụm vỏ động cơ cung cấp không gian cho ổ đỡ lực đẩy và chứa ổ đỡ lực đẩy ngược, cũng như cung cấp điểm kết nối cho hệ thống ống trao đổi nhiệt.
Cụm quay bao gồm một trục với các bộ phận điện của nó (thanh lam, thanh rôto, vòng ngắn mạch) được bảo vệ khỏi khoang chứa đầy chất lỏng bằng hộp rôto, cũng như các bề mặt tạp chí được mạ, đĩa đẩy và bánh công tác được thiết kế ngược. Bộ trao đổi nhiệt là một bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống truyền nhiệt từ chất lỏng của động cơ sang dòng nước làm mát được cung cấp bên ngoài.
Đặc trưng
Đây là đặc điểm chính của thiết kế này. Thực tế không có phớt cơ khí giúp loại bỏ nguy cơ rò rỉ hoặc hỏng hóc dẫn đến rò rỉ, tăng độ an toàn của máy bơm. Động cơ đóng hộp cung cấp khả năng ngăn đôi, sơ cấp là vỏ hộp stato và thứ cấp là vỏ động cơ.
Không có cơ hội rò rỉ, ALARA không có thời gian (thấp nhất có thể đạt được) trong phòng để làm sạch nước tuần hoàn của lò phản ứng do các vấn đề về máy bơm. Nó cũng giúp loại bỏ nhu cầu thay thế các bộ phận mòn con dấu.
Vòng bi thủy động lực học
Vòng bi thủy động là sản phẩm được bôi trơn và không cần hệ thống chất lỏng bên ngoài, giảm nhu cầu về các hệ thống phụ trợ. Vòng bi lực đẩy chính được thiết kế cho lực đẩy dọc trục do bánh công tác tạo ra trong quá trình vận hành điển hình. Đĩa đẩy quay tạo ra các nêm màng chất lỏng chống lại các tấm đệm nghiêng đứng yên. Các miếng đệm nghiêng và vỏ ghế hình cầu của chúng cho phép điều chỉnh độ lệch và hoạt động ổn định của rôto.
Vòng bi lực đẩy ngược được thiết kế cho các điều kiện khởi động / tắt máy không hoạt động, hoạt động bất thường và các điều kiện khởi động / tắt máy. Đĩa đẩy quay tạo ra các nêm màng chất lỏng chống lại ổ đỡ bước trong vỏ động cơ.
Vòng bi hướng tâm được thiết kế để chịu tải trọng hướng tâm của rôto, cánh quạt và lực kéo từ không cân bằng của động cơ điện trong quá trình hoạt động. Các bề mặt nhật ký quay trên rôto tạo ra một màng chất lỏng chống lại hai ổ trục tay áo.
Vòng bi thủy động chỉ mòn trong quá trình khởi động và tắt máy, khi màng chất lỏng đang phát triển. Điều này cho phép tăng khoảng thời gian bảo trì khi so sánh với vòng bi tiếp xúc.
Cánh quạt phụ trong đĩa đẩy
Các lỗ xuyên tâm được khoan trên đĩa đẩy đóng vai trò như một cánh quạt phụ giúp lưu thông chất lỏng động cơ qua bộ trao đổi nhiệt để truyền nhiệt tối đa sang nước làm mát thông qua bộ trao đổi nhiệt.
Thanh trừng liên tục
Quá trình thanh lọc liên tục bằng nước không được chiếu xạ cho phép xả liên tục khoang động cơ, cuối cùng chảy qua vòng đệm giữa rôto và cổ nhiệt vào chất lỏng quá trình. Điều này cho phép giảm mức bức xạ trong động cơ, dẫn đến việc công nhân sử dụng liều thấp hơn trong quá trình bảo trì.
Xây dựng bằng thép không gỉ
Tất cả các bề mặt được làm ướt là thép không gỉ, ngăn ngừa sự ăn mòn bên trong trang bị thêm
và ô nhiễm trong lò phản ứng và hệ thống RWCU.
Thiết kế tùy chỉnh
Trang bị thêm này được cung cấp một gói cảm biến được thiết kế riêng bao gồm RTD cuộn dây stato, cặp nhiệt điện trong ổ trục, đầu dò dòng điện, gia tốc kế để đo độ rung và một bảng điều khiển với phần mềm theo dõi sức khỏe và lưu trữ dữ liệu.
Ranh giới áp suất được thiết kế tùy chỉnh theo Mã lò hơi và bình áp lực ASME Phần III với mã năm thiết kế cho nhà máy, áp suất / nhiệt độ thiết kế yêu cầu và tiêu chí tải địa chấn yêu cầu của nhà máy. Phân tích phương thức cho trang bị thêm được hiển thị trong Hình 3.
Vì các tải trọng thủy lực ban đầu không được biết đến, chúng phải được mô hình hóa bằng cách sử dụng động lực học chất lỏng tính toán. Vòng bi tùy chỉnh được thiết kế cho đầu ra tải trọng hướng tâm và hướng trục từ động lực học chất lỏng tính toán liên quan đến thiết kế thủy lực hiện có. Thiết kế đảm bảo rằng, ở nhiệt độ vận hành và tải trọng, các ổ trục hoạt động trong vùng thủy động lực học và có độ ổn định quay động lực học.
Trang bị thêm cho động cơ đóng hộp được thiết kế tùy chỉnh để phù hợp và sử dụng vỏ máy bơm hiện có. Cánh quạt hiện tại đã được thiết kế ngược bằng cách sử dụng kết hợp các kỹ thuật bao gồm quét 3D và đo thủ công để đảm bảo các đường dẫn của lưỡi dao là chính xác.
Việc quét 3D truyền thống của các cánh quạt có thể khó khăn do hình dạng cánh quạt quét và bề mặt bên trong mù mịt. Điều này có thể yêu cầu trình mô hình CAD nội suy hình học không thể quét được ở trung tâm của đường dẫn thủy lực, gây ra sự khác biệt giữa mô hình và hình học bánh công tác thực tế.
Với tầm quan trọng của toàn bộ lối đi thủy lực để tạo ra nhiệm vụ cần thiết, một kỹ thuật độc quyền mới đã được sử dụng để quét toàn bộ lối đi và tạo mô hình. Kỹ thuật mới này không phá hủy và cung cấp dữ liệu cho tất cả các bề mặt.
Cánh quạt được thiết kế ngược đã được xác minh bằng cách sử dụng mô hình máy tính và sau đó trong quá trình thử nghiệm hiệu suất trong nhà máy. Trong ứng dụng này, cánh quạt được thiết kế ngược được thiết kế để mang lại hiệu suất giống hệt như cánh quạt ban đầu, nhưng có thể được thiết kế tùy chỉnh cho một điểm làm việc khác hoặc cho hiệu suất hoàn toàn mới.
Mô hình 3D của cánh quạt được thiết kế ngược cho ứng dụng này được hiển thị trong Hình 4.