原子力発電所の主給水ポンプモーターの冷却

原子力発電所の主給水ポンプモーターの加熱機構と危険性
原子力発電所の主な給水ポンプ モーターは、ほとんどが大容量、高出力の非同期モーターまたは同期モーターです。{0}{1}熱の発生は主に、電気的損失、機械的損失、環境要因の複合的な影響によって発生します。加熱機構は複雑であり、熱の蓄積が速い。冷却が適時に行われないと、機器やシステムに複数の危険が発生します。

コア加熱機構

1. 電気損失の加熱: これは、固定子巻線の銅損、コアの鉄損、追加の損失など、モーターの発熱の主な原因です。固定子巻線が通電されると、導体を流れる電流によってジュール熱、つまり銅損が発生します。これらの損失の大きさは、電流と導体抵抗の二乗と正の相関があります。交流磁場の影響下で、コアはヒステリシス損失と渦電流損失、つまり鉄損を生成します。これらは主にコアの材質、磁界の強さ、周波数に関係します。さらに、周波数変換器や非線形負荷によって生成される高調波により、モーター損失がさらに増加し​​、発熱がさらに悪化する可能性があります。

2. 機械損失発熱：モーターの運転中、ロータとステータ間のエアギャップ摩擦、ベアリングの回転摩擦、ファンの回転抵抗などにより機械損失が発生し、熱に変換されます。ベアリングの摩耗、潤滑不良、または不適切な取り付けは機械的摩擦を大幅に増加させ、追加の発熱につながり、機械的損失発熱の主な原因となります。

3. 複合的な環境要因: 原子力発電所の主要な給水ポンプは、ほとんどが従来の島にある本館の脱気室に設置されています。シナリオによっては、周囲温度が高く、空間が比較的密閉されており、換気が限られている場合があります。同時に、原子力発電所の動作環境には塵埃や水蒸気などの汚染物質が含まれる可能性があり、これらはモータの表面や内部に付着しやすく、放熱経路を遮断してさらに放熱を妨げ、モータの動作温度を上昇させます。

過剰な温度の危険性 モーターの温度が定格制限を超えると、機器の性能とシステムの安全性に一連の悪影響が生じます。まず、モーターの絶縁性能が損傷します。高温は絶縁材料の劣化と炭化を促進し、絶縁抵抗を低下させ、さらには巻線の短絡や地絡を引き起こし、モーターの停止に直接つながります。次に、モーターの機械的性能に影響を与えます。高温により、モーターのローターやステーターなどの部品の熱膨張や変形が生じ、その結果、エアギャップが不均一になり、機械的な嵌合精度が低下し、振動や騒音が増加し、ひどい場合には機械的な詰まりが発生します。第三に、モーターの動作効率が低下します。温度が上昇すると、導体抵抗と銅損が増加する一方、コアの透磁率が低下して鉄損が増加し、モータのエネルギー消費量が増加し、効率が低下します。 4 番目に、連鎖的な障害が引き起こされます。主給水ポンプのモーターを停止しないと、主給水システムが中断され、蒸気発生器の通常の動作に影響を与えます。予備ポンプが時間内に起動できない場合、原子力発電ユニットの負荷が低下したり、緊急停止したりする可能性があり、その結果、重大な経済的損失と安全上のリスクが発生します。

原子力発電所の主要給水ポンプモータの冷却方式と技術的特徴

安全レベルの要件、運転条件、原子力発電所の空間レイアウトを考慮すると、主給水ポンプモーターの冷却方法は、効率的な熱放散、信頼性の高い運転、便利なメンテナンス、原子力環境への適応性などの中核となる要件を満たさなければなりません。現在、原子力発電所の主給水ポンプモータの冷却方式は、主に空冷と液冷の2つに大別されます。冷却方法が異なれば、構造設計、放熱効率、適用可能なシナリオも異なります。実際のアプリケーションでは、モータ出力や動作環境などの要因に基づいて合理的な選択を行う必要があります。

1. 空冷方式 空冷方式は、空気を放熱媒体として使用し、モータから発生した熱を空気流によって逃がします。構造が簡単、メンテナンスが容易、液漏れの心配がないなどの利点があります。これは、周囲温度が低い環境における低出力から中出力の主給水ポンプ モータに適しており、初期の原子力発電所のユニットや一部の補助給水ポンプ モータで広く使用されていました。空気の流れの方式により、自然通風冷却と強制通風冷却に分けられます。

自然換気冷却は、モーター自体の放熱と周囲空気の自然対流を利用して放熱を実現します。モーターのケーシングは通常、放熱面積を増やすためにヒートシンク構造で設計されています。熱はヒートシンクを介して空気に伝導され、空気密度の差により自然対流が形成され、熱交換が完了します。この方法は追加の電源装置を必要とせず、運用コストとメンテナンスコストが低く、騒音公害もありません。ただし、放熱効率は比較的低く、周囲温度や換気条件に大きく影響されます。これは、高出力、高-熱-を発生する主給水ポンプ モーターには適しておらず、低出力の補助モーターまたはスタンバイ モーターにのみ適しています。-

強制換気冷却では、モーター後部に取り付けられた冷却ファンを使用して、ステーター、ローター、コアの表面に空気の流れを強制的に流し、熱の放散を促進します。その放熱効率は自然換気冷却よりもはるかに高く、中出力の主給水ポンプ モーターに適しています。-冷却空気の循環方法に基づいて、開放システムと閉鎖システムに分けることができます。開放強制換気は、周囲の空気を直接モータに引き込み、冷却後に放散して排気します。シンプルな構造で放熱効率が高いですが、環境中の粉塵や水蒸気の汚れに弱いため、定期的なエアフィルターの掃除が必要です。密閉強制換気では内部空気循環を使用し、循環空気をモーターに戻る前に外部クーラーで冷却し、環境汚染物質がモーターに侵入するのを防ぎます。-粉塵や湿気の多い原子力発電所環境に適していますが、構造が比較的複雑で冷却器や循環系のメンテナンスが必要です。

2. 液体冷却

液体冷却は、水や油などの液体を放熱媒体として使用します。液体の高い比熱容量と高い放熱効率を利用し、液体を循環させることでモーターの熱を奪います。これは、原子力発電所の高出力、高-熱-を発生する主給水ポンプ モーターに適しており、現在主流の冷却方式です。完全密閉型水冷が最も広く使用されており、海陽原子力発電所第 1 期プロジェクトの主な給水ポンプ モーターにはこの冷却方式が使用されています。

水冷冷却システム-: 媒体として純水または特殊な冷却水処理剤を使用し、内部冷却形式と外部冷却形式に分かれています。内部冷却システムは、モーターのステーターおよびローター巻線の内側に設置された冷却水パイプを利用し、冷却水を巻線に流し、巻線から発生する熱を直接除去します。これにより、非常に高い放熱効率が得られ、大容量、高出力のモーターに適しています。-一方、外部冷却システムはモーター ケーシングの冷却ジャケットを使用します。冷却水は冷却ジャケットを通ってモーターケーシングと熱交換し、間接的に熱を奪います。このシステムは構造が比較的シンプルでメンテナンスが容易ですが、放熱効率は内部冷却システムに比べて若干劣ります。

原子力発電所の主給水ポンプ モーターの水冷システムは、通常、発電所機器の冷却水システムに接続されています。冷却水の入口と出口はフランジを介して発電所機器の冷却水システムに接続されており、閉ループ循環を形成しています。-。このシステムには、冷却ブースター ポンプ、フィルター、温度監視ユニット、流量監視ユニットが含まれています。冷却ブースターポンプは冷却水の流れに電力を供給し、フィルターは冷却パイプの不純物の詰まりを防ぎ、温度監視ユニットは冷却媒体の温度をリアルタイムで収集して発電所の主制御室にフィードバックすることで、冷却システムの自動調整を可能にし、モーター温度が定格範囲内で安定した状態を維持できるようにします。

3. 油冷システム-: このシステムは、媒体として特殊な冷却オイルを使用し、オイルを循環させてモーターから熱を除去すると同時に潤滑も行います。高速、高負荷のモーターに適しています。-冷却オイルは、モーター内の巻線、ベアリング、その他のコンポーネントを通って流れ、外部のクーラーに入り空気または冷却水と熱交換する前に熱を吸収します。冷却後、オイルはリサイクルされます。油冷システムの利点は、均一な熱放散と潤滑であり、ベアリングやその他の機械部品を効果的に保護します。しかし、定期的なオイル交換が必要となり、メンテナンス費用が高くなるほか、オイル漏れのリスクも高まります。したがって、原子力発電所の主給水ポンプモーターへの応用は比較的限定されています。

複合冷却方式 非常に高い出力と重大な発熱を伴う主給水ポンプ モーターの場合、単一の冷却方式では放熱要件を満たすには不十分です。したがって、通常は、空冷と液体冷却、または内部冷却と外部冷却を組み合わせた複合冷却方法が使用されます。たとえば、ステータ巻線には水冷の内部冷却が使用され、ロータ巻線には空冷が使用され、コアには水冷の外部冷却が使用されます。-多次元の熱放散により、全負荷動作中にモーター温度が定格制限内で安定に維持されることが保証されます。-複合冷却方式は高い放熱効率と高い適応性を備えていますが、構造が複雑で投資コストが高く、維持が困難です。これらは主にメガワット-クラス以上の原子力発電所の主給水ポンプモーターに使用されます。

原子力発電所の主給水ポンプモーターの冷却システムは、装置の安全で安定した運転を保証する重要なコンポーネントです。その放熱効率と動作の信頼性は、主給水ポンプ システムの通常動作に直接影響し、原子力発電所全体の熱サイクルと安全障壁に影響を与えます。原子力発電装置がより大容量およびより高いパラメータに向けて開発されるにつれて、主給水ポンプモーターの出力は継続的に増大しており、これにより発熱が増大し、冷却技術に対する要求がますます高まっています。

結論

原子力発電所の主給水ポンプモーターには、空冷、液冷、およびそれらを組み合わせた冷却方式が広く使用されています。冷却システム設計の最適化、効率的な冷却媒体の選択、自動制御および監視技術の改善により、冷却システムの放熱効率と信頼性が効果的に向上し、原子力発電ユニットの長期運転の要件を満たしています。-一方、原子力技術の継続的な進歩に伴い、インテリジェント化、効率化、グリーン化が冷却技術の開発トレンドとなっています。将来的には、新しい複合冷却材やインテリジェントな適応冷却システムなど、効率的で省エネな冷却技術のさらなる研究開発が行われ、冷却システムの正確な制御と省エネ運転が実現される予定です。-同時に、冷却システムのインテリジェントな運用と保守も強化されます。ビッグデータ、モノのインターネット、その他のテクノロジーを通じて、リアルタイムの監視、故障の早期警告、冷却システムの動作状態のインテリジェントな診断が実現され、冷却システムの信頼性と運用保守効率がさらに向上し、原子力発電所の安全で効率的な運用がより強力に保証されます。-