專(zhuān)利名稱(chēng)：壓水堆核電站主泵電磁飛輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓水堆核電站主泵結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種壓水堆核電站主泵 電磁飛輪。
背景技術(shù)：
水冷堆核電站中，主泵用于提供反應(yīng)堆冷卻劑循環(huán)動(dòng)力，保證堆芯熱量的有效導(dǎo) 出。作為緩解電廠失去外電源事故的關(guān)鍵手段，主泵設(shè)置有較大質(zhì)量的飛輪，為主泵提供足 夠的斷電后惰轉(zhuǎn)時(shí)間。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是將一個(gè)機(jī)械式飛輪直接與主泵軸機(jī)械連接，增大軸系轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量，以滿(mǎn)足對(duì)惰轉(zhuǎn)時(shí)間的要求。但這也造成了一些問(wèn)題對(duì)泵軸及各個(gè)軸承的制造要求變得更苛刻。壓水堆主泵容量很大，運(yùn)行環(huán)境惡劣， 維護(hù)困難。這導(dǎo)致對(duì)其軸系的設(shè)計(jì)制造要求極高。質(zhì)量很大的機(jī)械飛輪附加在軸系上，進(jìn) 一步增加了設(shè)計(jì)制造的難度；由于各種原因，主泵的安裝空間受到限制。機(jī)械飛輪需要占用較大空間。這給主 泵及其飛輪的設(shè)計(jì)制造帶來(lái)了極大的困難。例如AP1000系列核電廠的主泵飛輪設(shè)計(jì)就遇 到了極大的挑戰(zhàn)；高速運(yùn)轉(zhuǎn)的大質(zhì)量飛輪，不可避免地增加了軸系的震動(dòng)能量。由于主泵與冷卻劑 壓力邊界的剛性連接，這直接增加了 L0CA(lOSS of coolant accident，失去冷卻劑裝量事 故)的風(fēng)險(xiǎn)；機(jī)械飛輪大幅度增加了主泵軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，進(jìn)而大幅度增加了主泵啟動(dòng)時(shí)間， 這極大地增加了主泵電機(jī)設(shè)計(jì)制造和運(yùn)行的限制和困難；主泵啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成其電源母線電壓明顯下降，影響周邊設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；由于上述各項(xiàng)問(wèn)題的存在，主泵飛輪的儲(chǔ)能容量受到較大限制。這就造成對(duì)電站 堆芯物理熱工設(shè)計(jì)方面的限制，并可能進(jìn)一步導(dǎo)致電站整體造價(jià)的上升。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的由于各種原因?qū)е碌膶?duì)飛輪儲(chǔ)能容量 限制、對(duì)主泵軸系制造要求高、軸系震動(dòng)能量大、主泵啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、主泵啟動(dòng)時(shí)功率高等的 技術(shù)問(wèn)題，提供一種可以延長(zhǎng)主泵惰轉(zhuǎn)時(shí)間、降低主泵軸系的制造要求、減輕主泵軸系震 動(dòng)、縮短主泵啟動(dòng)時(shí)間、減少主泵啟動(dòng)過(guò)程對(duì)電源母線電壓影響的壓水堆核電站主泵電磁 飛輪。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種壓水堆核電站主泵電磁飛輪裝置，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。 所述裝置包括機(jī)械飛輪、同步電機(jī)、直流啟動(dòng)電機(jī)、啟動(dòng)控制單元、同期控制單元。同期控制 單元連接有同期開(kāi)關(guān)。機(jī)械飛輪與同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸及直流啟動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸機(jī)械連接。 同步電機(jī)出口通過(guò)同期開(kāi)關(guān)與主泵電機(jī)入口連接，啟動(dòng)控制單元連接直流啟動(dòng)電機(jī)和同步 電機(jī)。同期控制單元控制同期開(kāi)關(guān)的同期合閘過(guò)程。依據(jù)同步電機(jī)的出口頻率和操作人員 的指令，啟動(dòng)控制單元控制同步電機(jī)的啟動(dòng)升速過(guò)程。在反應(yīng)堆正常運(yùn)行時(shí)，同步電機(jī)與主泵電源母線同步運(yùn)行。當(dāng)主泵電源母線失電時(shí)，同步電機(jī)將作為同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行，并通過(guò)同 步電機(jī)定子磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的耦合以及主泵電機(jī)的定子磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的耦合，將電磁飛輪 所儲(chǔ)存的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能傳輸給主泵轉(zhuǎn)子，延長(zhǎng)主泵惰轉(zhuǎn)時(shí)間，有效導(dǎo)出堆芯余熱。作為優(yōu)選，壓水堆電站主泵電磁飛輪還包括交流變壓器、整流電源，交流變壓器的 輸入端和電源母線之間串聯(lián)有一個(gè)直流啟動(dòng)電機(jī)電源開(kāi)關(guān)，交流變壓器的輸出端通過(guò)整流 電源與直流啟動(dòng)電機(jī)電連接，啟動(dòng)控制單元連接整流電源。交流變壓器和整流電源在啟動(dòng) 控制單元的控制下向直流啟動(dòng)電機(jī)供電。作為優(yōu)選，壓水堆核電站主泵電磁飛輪還包括無(wú)功指示儀表，無(wú)功指示儀表與同 步電機(jī)電連接。無(wú)功指示儀表檢測(cè)并指示同步電機(jī)出口的無(wú)功輸出，并在同步電機(jī)的無(wú)功 輸入/輸出異常時(shí)報(bào)警。作為優(yōu)選，壓水堆核電站主泵電磁飛輪還包括內(nèi)部環(huán)境為真空的外殼，同步電機(jī)、 飛輪和同步電機(jī)都設(shè)置在外殼內(nèi)。真空環(huán)境可以減少飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力損耗，并降低對(duì)材 料的要求。作為優(yōu)選，啟動(dòng)控制單元通過(guò)電磁飛輪出口頻率儀表連接同步電機(jī)。啟動(dòng)控制單 元通過(guò)電磁飛輪頻率儀表獲取飛輪的轉(zhuǎn)速，從而發(fā)出適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)來(lái)控制飛輪的轉(zhuǎn)速。作為優(yōu)選，主泵電機(jī)和電源母線之間串聯(lián)有第一進(jìn)線開(kāi)關(guān)和第二進(jìn)線開(kāi)關(guān)，同期 開(kāi)關(guān)與主泵電機(jī)的連接點(diǎn)在第一進(jìn)線開(kāi)關(guān)和第二進(jìn)線開(kāi)關(guān)之間。第一進(jìn)線開(kāi)關(guān)和第二進(jìn)線 開(kāi)關(guān)可以增加電磁飛輪運(yùn)行的靈活性。本實(shí)用新型帶來(lái)的有益效果是，飛輪和主泵軸系機(jī)械分離，解決了安裝空間、電氣 系統(tǒng)容量、軸系震動(dòng)等外部環(huán)境對(duì)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的限制，可以大幅度提高主泵惰轉(zhuǎn)時(shí)間，提 高反應(yīng)堆運(yùn)行的安全性；可以杜絕飛輪震動(dòng)能量向主泵及冷卻劑系統(tǒng)的傳輸，降低LOCA風(fēng) 險(xiǎn)；提供了自由的飛輪安裝空間，降低主泵設(shè)計(jì)制造過(guò)程中處理力學(xué)問(wèn)題和機(jī)械問(wèn)題的代 價(jià)；提供單獨(dú)的飛輪啟動(dòng)系統(tǒng)，有效減少主泵啟動(dòng)過(guò)程對(duì)電源母線的擾動(dòng)和啟動(dòng)過(guò)程中主 泵電機(jī)線圈過(guò)熱的問(wèn)題；飛輪與主泵軸系物理分離，方便維護(hù)和檢修。

圖1是本實(shí)用新型的一種系統(tǒng)示意圖；圖中a 第二進(jìn)線開(kāi)關(guān)，b 第一進(jìn)線開(kāi)關(guān)，C、同期開(kāi)關(guān)，d:直流啟動(dòng)電機(jī)電源開(kāi) 關(guān)，e 電源母線/電磁飛輪同期儀表，f 電磁飛輪出口頻率儀表，g 同期控制單元，h 啟動(dòng) 控制單元，k 交流變壓器，m、η 可控硅整流電源，r 外殼，s 同步電機(jī)，t 直流啟動(dòng)電機(jī)， u 機(jī)械飛輪，ν 主泵，w 無(wú)功指示儀表，實(shí)線連接線為動(dòng)力電纜線，虛線連接線為測(cè)量?jī)x表 信號(hào)線，點(diǎn)劃線連接線為控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)線。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。實(shí)施例本實(shí)施例的一種壓水堆核電站主泵電磁飛輪，如圖1所示，主泵電磁飛輪 的主體是包括安裝在同一個(gè)軸上的一個(gè)同步電機(jī)S、一個(gè)直流啟動(dòng)電機(jī)t和一個(gè)機(jī)械式飛 輪u，上述裝置都包容在一個(gè)真空密封容器r內(nèi)。通過(guò)同期開(kāi)關(guān)c，同步電機(jī)s與主泵ν的 電源可以互相交換能量。通過(guò)直流啟動(dòng)電機(jī)電源開(kāi)關(guān)d，交流變壓器k，以及可控硅整流電源m和η，直流啟動(dòng)電機(jī)t從主泵ν電源母線上直接獲得電源?？煽毓枵麟娫磎和η分別 提供直流啟動(dòng)電機(jī)t的勵(lì)磁電流和電樞電流。啟動(dòng)控制單元h依據(jù)同步電機(jī)s出口頻率控 制啟動(dòng)過(guò)程。同期控制單元g依據(jù)主泵ν電源母線與同步電機(jī)s出口電壓、頻率和相位控 制同期開(kāi)關(guān)c的合閘過(guò)程，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)第二進(jìn)線開(kāi)關(guān)a、同期開(kāi)關(guān)C、直流啟動(dòng)電機(jī)電源開(kāi)關(guān) d之間的連鎖關(guān)系。第一進(jìn)線開(kāi)關(guān)b控制主泵ν的啟動(dòng)與停止。電源母線/電磁飛輪同期 儀表e為同期控制單元g提供相位差信號(hào)。機(jī)械飛輪u可以采用普通不銹鋼制造。同步電 機(jī)c可以是永磁式，也可以是自勵(lì)式。同步電機(jī)c工頻運(yùn)行時(shí)的電壓輸出應(yīng)與主泵工作電 源一致或略高。(1)系統(tǒng)啟動(dòng)在同期開(kāi)關(guān)c分?jǐn)酄顟B(tài)下，合上直流啟動(dòng)電機(jī)電源開(kāi)關(guān)d，啟動(dòng)控制單元h依據(jù)電 磁飛輪出口頻率儀表f檢測(cè)到的參數(shù)控制機(jī)械飛輪u轉(zhuǎn)速提升。當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，同期 控制單元g控制同期開(kāi)關(guān)c合閘，并同時(shí)分?jǐn)嘀绷鲉?dòng)電機(jī)電源開(kāi)關(guān)d。此時(shí)，整個(gè)壓水堆 核電站主泵電磁飛輪作同步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行。啟動(dòng)控制單元h采用調(diào)磁/調(diào)壓結(jié)合的方式 控制機(jī)械飛輪U的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速變化率。(2)系統(tǒng)熱備用運(yùn)行在主泵ν正常運(yùn)行中，主泵電磁飛輪與電源同步運(yùn)轉(zhuǎn)，處于熱備用狀態(tài)。開(kāi)關(guān)a、 b、c處于合閘狀態(tài)，開(kāi)關(guān)d處于分?jǐn)酄顟B(tài)。無(wú)功指示儀表W監(jiān)測(cè)同步電機(jī)S的無(wú)功輸出，并 在其無(wú)功輸入/輸出超出范圍時(shí)發(fā)出警報(bào)。(3)系統(tǒng)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行當(dāng)主泵ν電源母線失電后，第二進(jìn)線開(kāi)關(guān)a分?jǐn)?。在冷卻劑流道阻力作用下，主泵 ν轉(zhuǎn)速將降低。在同步電機(jī)s定子磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)以及主泵ν電機(jī)定子磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的耦 合作用下，電磁飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能傳輸給主泵V轉(zhuǎn)子，主泵V轉(zhuǎn)速與電磁飛輪轉(zhuǎn)速同步緩慢下 降。這個(gè)過(guò)程中，電磁飛輪所儲(chǔ)存的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能將有效地延長(zhǎng)主泵V的惰轉(zhuǎn)時(shí)間，保證堆芯余 熱的安全導(dǎo)出。(4)系統(tǒng)停役當(dāng)反應(yīng)堆的運(yùn)行狀態(tài)允許時(shí)，由操作人員手動(dòng)分?jǐn)嗤陂_(kāi)關(guān)C，并將其處于冷備 用狀態(tài)。在轉(zhuǎn)動(dòng)阻力的作用下，電磁飛輪軸系的轉(zhuǎn)速將緩慢降低，直至停止。此時(shí)，可以對(duì) 電磁飛輪系統(tǒng)作檢查維護(hù)或故障處理。(5)系統(tǒng)維護(hù)本系統(tǒng)內(nèi)各部件均為常規(guī)設(shè)備，無(wú)需特殊維護(hù)措施。主泵電磁飛輪軸系為機(jī)械部件，可以安排2 3年的維護(hù)周期，主要是軸承的檢查 和維護(hù)，滑油檢查更換。同步電機(jī)s以及直流啟動(dòng)電機(jī)t可以安排每5 10年作一次檢查維護(hù)，主要是檢查 定子線圈的絕緣，檢查轉(zhuǎn)子磁極的機(jī)械狀態(tài)，檢查直流啟動(dòng)電機(jī)t定子/轉(zhuǎn)子線圈的絕緣。同期控制單元g和啟動(dòng)控制單元h可由同一部工控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，在電站 壽期內(nèi)不需維護(hù)。其輸出繼電器以及輸入傳感器均為標(biāo)準(zhǔn)元器件，做常規(guī)維護(hù)，一般;Γ5年一次。開(kāi)關(guān)a、b、c、d和交流變壓器k、整流器m、η也為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，做常規(guī)維護(hù)。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說(shuō)明。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似 的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。 盡管本文較多地使用了飛輪、軸系等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使 用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本實(shí)用新型的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附 加的限制都是與本實(shí)用新型精神相違背的。
權(quán)利要求1.一種壓水堆核電站主泵電磁飛輪，包括機(jī)械飛輪，其特征在于，還包括同步電機(jī)、直 流啟動(dòng)電機(jī)、啟動(dòng)控制單元、同期控制單元，所述同期控制單元連接有同期開(kāi)關(guān)，所述機(jī)械 飛輪與所述同步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸及所述直流啟動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸機(jī)械連接，所述同步電機(jī)通過(guò) 所述同期開(kāi)關(guān)與主泵電機(jī)入口連接，所述啟動(dòng)控制單元連接所述直流啟動(dòng)電機(jī)和所述同步 電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓水堆核電站主泵電磁飛輪，其特征在于，還包括交流變壓 器、整流電源，所述交流變壓器的輸入端和電源母線之間串聯(lián)有一個(gè)直流啟動(dòng)電機(jī)電源開(kāi) 關(guān)，所述交流變壓器的輸出端通過(guò)所述整流電源與所述直流啟動(dòng)電機(jī)電連接，所述啟動(dòng)控 制單元連接所述整流電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓水堆核電站主泵電磁飛輪，其特征在于，還包括無(wú)功指 示儀表，所述無(wú)功指示儀表與同步電機(jī)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓水堆核電站主泵電磁飛輪，其特征在于，還包括內(nèi)部環(huán) 境為真空的外殼，所述同步電機(jī)、所述機(jī)械飛輪和所述同步電機(jī)都設(shè)置在外殼內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓水堆核電站主泵電磁飛輪，其特征在于，所述啟動(dòng)控制 單元通過(guò)電磁飛輪出口頻率儀表連接所述同步電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓水堆核電站主泵電磁飛輪，其特征在于，所述主泵電機(jī) 和電源母線之間串聯(lián)有第一進(jìn)線開(kāi)關(guān)和第二進(jìn)線開(kāi)關(guān)，所述同期開(kāi)關(guān)與所述主泵電機(jī)的連 接點(diǎn)在所述第一進(jìn)線開(kāi)關(guān)和所述第二進(jìn)線開(kāi)關(guān)之間。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種壓水堆核電站主泵電磁飛輪，旨在提供一種通過(guò)以電磁場(chǎng)的耦合代替飛輪與主泵軸系的機(jī)械連接，主泵軸與飛輪軸物理分離，能夠大幅度提高主泵惰轉(zhuǎn)時(shí)間，降低主泵軸系的制造要求、減少主泵軸系震動(dòng)能量、縮短主泵啟動(dòng)時(shí)間、減少主泵啟動(dòng)過(guò)程對(duì)周邊設(shè)備的影響的壓水堆核電站主泵電磁飛輪。它包括機(jī)械飛輪、同步電機(jī)、直流啟動(dòng)電機(jī)、啟動(dòng)控制單元、同期控制單元，機(jī)械飛輪與同步電機(jī)及直流啟動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸機(jī)械連接，同步電機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線與主泵電機(jī)并連，啟動(dòng)控制單元控制直流啟動(dòng)電機(jī)。電磁飛輪由直流電機(jī)啟動(dòng)，同步電機(jī)維持同步運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械飛輪和同步電機(jī)、主泵電機(jī)共同向主泵提供惰轉(zhuǎn)能量。本實(shí)用新型適用于所有的壓水堆核電站。
文檔編號(hào)H02K7/18GK201928128SQ20102068434
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者楊子路 申請(qǐng)人:楊子路