Wat zijn reactor koelmiddel pompen?
Reactor koelmiddel pompen worden geïnstalleerd in kerncentrales. Het doel van een reactor koelmiddel pomp (RCP) is om geforceerde primaire koelmiddel stroom te leveren om de warmte (thermische energie) die door de reactorkern wordt gegenereerd tijdens het splijtingsproces te verwijderen. Zelfs zonder een pomp zou er natuurlijke circulatie door de reactor zijn vanwege de variatie in temperatuur, en daardoor dichtheid, van het primaire koelmiddel. Echter, deze stroom is niet voldoende om de warmte te verwijderen die wordt gegenereerd wanneer de reactor op vermogen is. Natuurlijke circulatie is voldoende voor warmteverwijdering wanneer de centrale is uitgeschakeld, of, wanneer alleen vervalwarmte aanwezig is.
RCP's worden aangedreven door grote luchtgekoelde elektromotoren ontworpen voor continue werking. De motor is verbonden met een gemengde-stroom centrifugale waaier via een reeks assen die in serie zijn geïnstalleerd (later in dit artikel besproken).
Goed om te weten - een 'reactor koelmiddel pomp' wordt soms ook wel een 'reactor koel pomp' genoemd, hoewel dit de onjuiste definitie is.
Geforceerde en Natuurlijke Circulatie Voorbeeld (van een waterpijpketel)
Reactor koelmiddel (primair koelmiddel) komt de zuigzijde van de pomp binnen vanaf de uitlaat van de stoomgenerator. Het water wordt in snelheid verhoogd door de pomp waaier. Deze snelheidsverhoging wordt vervolgens omgezet in druk in de uitlaat voluut. Een typische drukwaterreactor (PWR) krachtcentrale zal werken met de primaire koelmiddel lus op ongeveer 155 bar (2248 psi).
Nadat het koelmiddel de uitlaatzijde van de pomp verlaat, zal het de inlaat van het reactorvat binnengaan via de 'koude tak' pijp. Het primaire koelmiddel stroomt door de reactor brandstofassemblages om warmte op te nemen; het wordt vervolgens teruggestuurd naar de stoomgeneratoren via de 'hete tak' pijp. Een typische drukwaterreactor (PWR) krachtcentrale zal werken met een koude tak temperatuur van ongeveer 290°C (554°F) en een hete tak temperatuur van ongeveer 320°C (608°F).
Goed om te weten - een 'koude tak' is een pijp die een RCP met een reactor verbindt. Een 'hete tak' verbindt een reactor met een stoomgenerator. Een 'overdrachtstak', of, 'overdrachtspijp', verbindt een stoomgenerator met een RCP. Koude en hete takken zijn zo genoemd vanwege de temperatuur van het primaire koelmiddel binnen elke tak.
PWR Krachtcentrale Onderdelen
Reactor Koelmiddel Pomp Ontwerp
RCP motoren zijn van het kooianker type (inductiemotor) en werken meestal op ongeveer 6kV of 13kV, afhankelijk van de voedingsspanning. De rotatiesnelheid (rpm) van een RCP wordt bepaald door de voedingsfrequentie van de motor, die 50Hz of 60Hz is, afhankelijk van de geografische locatie. Een typische RCP kan draaien op ongeveer 1.200 - 1.500 rpm en weegt meer dan 100 ton.
Een typische drukwaterreactor RCP zal werken bij een druk van ongeveer 155 bar (2248 psi) en bij een temperatuurbereik van tussen de 290°C-320°C (554°F-608°F), maar deze factoren worden uiteindelijk bepaald door het reactor koelmiddel systeem.
Het vermogen van een RCP motor zal typisch tussen 6.000 en 10.000 pk (4,5 MW tot 7,5 MW) zijn. De grote hoeveelheid vermogen is nodig om de benodigde koelmiddelstroom voor warmteverwijdering te leveren; RCP's kunnen debieten bereiken van 25.000 m3/uur (11.000 gallons per minuut).
Wat zijn de belangrijkste onderdelen van een reactor koelmiddel pomp?
saVRee's interactieve 3D model vertegenwoordigt een gemengde stroom, enkel stadium, enkele zuiging, centrifugaalpomp. De belangrijkste onderdelen van een RCP worden hieronder aangegeven.
Reactor Koelmiddel Pomp Onderdelen
Zuigmond
Primair koelmiddel wordt via deze mond in de pomp gezogen; het koelmiddel wordt in de pomp gezogen vanuit de overdrachtstak.
Primair koelmiddel wordt via deze mond uit de pomp afgevoerd; het koelmiddel wordt afgevoerd naar de koude tak.
Waaier
De waaier is een gemengde-stroom centrifugale waaier. De term 'gemengde-stroom' verwijst naar de axiale stroom in de basis van de waaier en radiale stroom naar buiten vanuit de waaier. Dit type waaier wordt gebruikt voor middelgrote tot hoge debieten, en middelgrote tot hoge drukken; het ontwerp is vergelijkbaar met dat van een Francis turbine.
As
De as brengt de roterende beweging die door de elektromotor wordt gecreëerd over naar de waaier; hij wordt in lijn gehouden met behulp van lagers. Vanwege de lengte van de as is deze opgesplitst in verschillende delen, de pomp halve koppeling, motor halve koppeling, en spacer koppeling; deze delen samen worden in de volksmond aangeduid als 'de pompas', hoewel dit technisch onjuist is omdat de as uit meer dan één stuk bestaat.
Geleidelager
Radiale belastingen die door de pomp tijdens bedrijf worden uitgeoefend, worden overgebracht naar geleidelagers. Zelfinstellende hydrostatische lagers worden gebruikt om de as verticaal uitgelijnd te houden. De uitlaatdruk van de centrifugale pompwaaier werkt op een lager journal balansplaat, die ervoor zorgt dat de lager- en asuitlijning correct is wanneer de pomp in bedrijf is.
Sealing Assemblage
De sealing assemblage van de pomp is meestal het gebied van de pomp dat de meeste onderhoudsinterventies vereist omdat het een dynamische drukgrens vormt. Het is essentieel dat een betrouwbare afdichting tussen de hydraulische zijde van de pomp en de hoofdaandrijfas wordt gehandhaafd. Als de afdichtingsintegriteit wordt aangetast, zal er lekkage van primair koelmiddel optreden.
Asafdichting wordt bereikt in het bovenste deel van de pomphuis met behulp van een verwijderbare afdichtingscartridge die drie mechanische afdichtingen bevat die in serie zijn geïnstalleerd. Mechanische afdichtingsveren drukken de titaniumcarbide en stationaire grafietvlakken tegen elkaar en zorgen ervoor dat de vlakken uitgelijnd blijven. Het tortueuze stromingspad van de onderste afdichting naar de bovenste afdichting zorgt voor weinig lekkage door de asafdichtingsassemblage. Om ervoor te zorgen dat onderdelen van de mechanische afdichting niet falen door hoge temperaturen, wordt afdichtingskoeling geleverd. Onder de afdichtingsassemblage is een hulpwaaier aan de hoofdwaaier bevestigd. Afdichtingswaterstroom door de afdichtingskoeler wordt geleverd door de hulpwaaier.
Goed om te weten - asafdichtingen hebben verschillende ontwerpen en het hierboven beschreven ontwerp is slechts één type.
Diffuser
Nadat de vloeistof uit de waaier is afgevoerd, stroomt deze door een diffuser. De vorm van de diffuser zorgt ervoor dat de snelheid van de vloeistof afneemt en de druk toeneemt (Principe van Bernoulli); een voluutbehuizing vervult dezelfde functie.
Elektromotor
Een elektromotor wordt gebruikt om de waaier te draaien. RCP motoren zijn wisselstroom kooianker inductiemotoren met een typische bedrijfsspanning van tussen 6kV tot 13,8 kV (ontwerp afhankelijk).
Ruimte Koppeling
De ruimte koppeling is geïnstalleerd tussen de pomp halve koppeling en de motor halve koppeling; het kan worden verwijderd om personeel gemakkelijker toegang te geven tot de asafdichting en thermische barrière.
Component Koelwater (CCW)
Het component koelwater (CCW) circuit wordt gevoed naar een geïntegreerde warmtewisselaar en de pomp thermische barrière. CCW verwijdert warmte van de interne onderdelen van de pomp om oververhitting te voorkomen. Zowel de geïntegreerde warmtewisselaar (gekoeld primair lus water / CCW), als de CCW koeler (CCW / externe koelwatercircuit), gebruiken mantel en buis warmtewisselaars.
Metalen O-Ringen
O-ringen en mechanische afdichtingen zijn op verschillende plaatsen binnen de pomp geïnstalleerd om onbedoelde stromingspaden af te dichten/af te sluiten. Twee O-ringen zijn geïnstalleerd tussen de pompbehuizing en de behuizingsdeksel. Als de binnenste O-ring faalt, zal heet koelwater via een afvoerpijp naar een containment opvangbak stromen. Temperatuursensoren die in het afvoerpijp zijn geïnstalleerd, waarschuwen het personeel voor eventuele koelmiddel lekkage stroom.
Vliegwiel
Een vliegwiel is een zwaar, schijfvormig stuk metaal, dat trillingen gladstrijkt. Het doet dit door roterende energie op te slaan en vervolgens deze energie te gebruiken om veranderingen in de rotatiesnelheid van de machine te weerstaan. De hoeveelheid opgeslagen energie in het vliegwiel is de vierkantswortel van zijn rotatiesnelheid. Een RCP vliegwiel zorgt er ook voor dat de pomp blijft draaien, zelfs als de reactor wordt uitgeschakeld, waardoor adequate reactor koeling wordt geboden, zelfs wanneer er geen elektrische stroom beschikbaar is.
Externe Warmtewisselaar
Een externe mantel en buis warmtewisselaar brengt warmte over van het component koelwater (CCW) circuit naar een warmtebron bijv. koeltoren.
Motor Halve Koppeling
De onderkant van de motor halve koppeling verbindt met de ruimte koppeling. Roterende beweging van de motor halve koppeling wordt overgebracht naar de ruimte koppeling.
Pomp Halve Koppeling
De bovenkant van de pomp halve koppeling verbindt met de spacer koppeling. Roterende beweging van de spacer koppeling wordt overgebracht naar de pomp halve koppeling.
Bovenste Radiale Lager en Druklager
Het bovenste radiale lager en druklager bevinden zich nabij de bovenkant van de elektromotor. Radiale lagers verwerken radiale belastingen (belastingen die loodrecht op de pompas werken), terwijl druklagers axiale belastingen verwerken (belastingen die parallel aan de pompas werken).
Luchtkoeler
Lucht wordt gekoeld in een luchtkoeler voordat het wordt geleverd aan de ruimte tussen de pompdeksel en motorbehuizing; koellucht verwijdert afvalwarmte.
Luchtkanaal
Koellucht wordt via luchtkanalen overgebracht.
Onderste Radiale Lager
Het onderste radiale lager verzorgt belastingen loodrecht op de motoras.
Hulpwaaier
De hulpwaaier heeft twee hoofddoelen: Het levert druk aan het zelfinstellende lager en levert een kleine hoeveelheid stroom naar de pompafdichtingen; stroom naar de pompafdichtingen wordt door de thermische barrière getrokken.
Standpijp
Om een middel te bieden om afdichtingslekkage te bepalen, wordt een afdichtingsverzamelsysteem gebruikt. Lekkage voorbij de derde mechanische afdichting wordt verzameld in een standpijp die de pompas omringt. Lekkage in de standpijp wordt constant gecontroleerd.
Beperking Bus
De beperking bus biedt een beperking tussen de vloeistof die door de waaier wordt gepompt, en het mechanische afdichtingsgebied, zodat de stroom wordt verminderd of gecontroleerd.
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Introductie tot Centrifugaalpompen
Hoe Meertraps Centrifugaalpompen Werken
Hoe Handpompen Werken (hydraulische waterpomp)
Hoe Drukwaterreactor (PWR) Krachtcentrales Werken
Aanvullende Bronnen
https://www.nuclear-power.net/reactor-coolant-pump
https://www.ksb.com/centrifugal-pump-lexicon/reactor-pump/191846