解决水利机械“空化”问题 核电用泵实现国产化

“空化”被称为水力机械的“癌症”，是影响水泵使用寿命与性能的最关键因素之一。在“华龙一号”机组核电用泵国产化研发任务中，科研团队综合运用流体力学、流体机械原理、转子动力学等学科知识，解决了一系列“空化”技术难题。

 

◎本报记者 张 晔 通讯员 吴 奕

 

日前，我国自主研发的第三代核电“华龙一号”，全球第四台、海外第二台机组——巴基斯坦卡拉奇K3机组通过临时验收。至此，“华龙一号”海外首个工程两台机组全面建成投产。

 

作为机组的关键核心设备之一, K3机组核电用泵实现了全部国产化，其中，江苏大学核电用泵科研团队参与了项目重要核级泵国产化任务，为“华龙一号”走出去贡献了高校科研团队力量。

 

核电用泵包括哪些泵，各自发挥着什么作用？它们与普通的泵又有哪些不同？研制核电用泵要解决哪些技术难点？记者带着问题走访了江苏大学核电用泵科研团队。

 

核电站的“心脏”

 

“华龙一号”是我国核电走向世界的国家名片，是具有完全自主知识产权的三代压水堆核电机组，满足国际最高安全标准，已成为中国为世界贡献的三代核电优选方案。

 

卡拉奇K2/K3两台机组每年将为巴基斯坦提供清洁电力近200亿度，相当于每年减少标准煤消耗624万吨，减少二氧化碳排放1632万吨，对优化巴基斯坦能源结构、推动实现全球碳达峰碳中和目标和共同应对全球气候危机具有重要意义。

 

自2006年起，江苏大学核电用泵科研团队与国内多家核电泵制造单位密切合作，承担了第三代核电用泵国产化的技术研发任务，为核电用泵制造单位提供了技术支撑和智力支持。

 

据团队负责人袁寿其研究员介绍，核电用泵包括核主泵、反应堆冷却循环泵、辅助给水电动泵、上充泵、海水循环泵、前贮槽泵、除气塔疏水泵、乏燃料冷却泵等。江苏大学面向国家核电重大需求，主要从事第三代核电用泵水力基础问题研究、优秀水力模型开发、智能诊断与运维等方面工作。

 

“核电设备与常规设备相比，最重要的指标是安全和寿命，一般分为4个安全等级，其中核主泵位于安全壳内，安全等级最高。”团队成员、江苏大学能源与动力工程学院副院长高波介绍说，核主泵是用于驱动冷却剂在反应堆冷却系统内循环流动的泵。主泵位于核岛心脏部位，用来将热水泵入蒸发器转换热能，是核电运转控制水循环的关键，属于核电站的一级设备，要求具有绝对的可靠性。

 

过去，我国的核电站核主泵基本依赖进口，其自主设计和制造是我国推进核电自主化的重点和难点。

 

其他的核电用泵安全等级稍低，但是可靠性要求依旧很高。比如辅助给水电动泵，它平时处于待机状态，一旦蒸汽发生器主给水系统的任何一个环节发生故障，它就要立即启动，代替主给水泵及其系统进行工作，排出反应堆芯剩余热量，保证核电站的安全。

 

解决水力机械“癌症”

 

在生活中，泵随处可见，农田灌溉、石油化工、动力工业、城市给排水等都会用到。在普通人眼里，泵无非就是叶轮、泵壳几大件组成，是个传统设备。

 

但是，关于泵的基础科学研究一直没有止步。高波告诉记者，江苏大学流体机械及工程是国家重点学科，经过近十年攻关，该校已建成高温高压试验台、水力模型四象限全特性试验台等专门针对核电用泵的试验平台，与中国核电工程有限公司共建核电泵及装置智能诊断运维联合实验室。

 

“空化”被称为水力机械的“癌症”，是影响水泵使用寿命与性能的最关键因素之一。袁寿其研究员介绍说：“空化是液体流动的一种特有现象，在水力机械设计中是必须考虑的重要因素之一。”

 

在“华龙一号”机组核电用泵国产化研发任务中，江苏大学科研团队解决了一系列“空化”技术难题。

 

“我们综合运用流体力学、流体机械原理、转子动力学等学科知识，为制造厂家提供核电泵设计技术支撑。”高波介绍说，其中要充分考虑核泵的特殊运行工况、效率、空化、振动噪声等难点。

 

2020年底，“华龙一号”机组进入设备安装调试阶段，一台辅助给水电动泵因振动问题无法正常运行。“振动的原因比较复杂，是一个系统性的问题，如果振动值超标，将影响电站调试运行进度。”高波说道。

 

为了尽快找到症结，江苏大学科研团队与设备厂家、现场专家在线上远程进行问题研讨和排查，成功协助现场解决了设备振动问题，为核电机组反应堆临界和并网发电工程建设提供了技术支持，受到中国中原对外工程有限公司等相关单位的高度认可。