核電主泵電機承壓部件工藝研究

劉繼東

摘 要：承壓部件是設備中對設備運行起到支撐作用的主要部件，對核電設施來說，主泵電機就是其承壓部件。我國核電研發技術水平不斷提升，要求使用自主研發核電主泵電機。主泵電機的生產制造具有較大難度，我國首臺自主研制且具有知識產權的主泵電機如今已經在全國多個核電站中得到廣泛應用。本文針對國產核電主泵電機進行探討，分析其設計特點，對其制造方式進行探討，為相關工作人員提供參考，促進核電事業的進一步發展。

關鍵詞：核電站；主泵電機；制造工藝

核電主泵電機是核電站中實現反應堆冷卻的關鍵設施，通過冷卻劑實行泵循環，在核電站運行中被視為“心臟”，因此也可以稱其為核電站承壓部件。應用主泵電機能夠實現設備中冷卻劑的循環，從而將反應堆運行過程中產生的大量熱量向二回路介質進行傳遞。由于主泵電機功率較大，且屬于具有特殊形態的電動機，因此當其處于無人監督狀態時，如何保證其運行的連續與安全穩定成為制造難點。在核電工程建設中實現主泵電機的自主開發能夠有效提高我國裝備制造業發展水平，擺脫國外在主泵電機上對我國的影響與限制，對我國核電發展能力提升有著重要意義。

1 主泵電機設計方式

通過對我國首臺自主研發核電主泵電機設計方案的研究，對主泵電機進行分析，為主泵電機設計水平提升提供參考。

1.1 電機概述

該電動機是三相鼠籠感應立式電動機，主要由上機架、定子、轉子、下機架、導軸承、止逆機構、冷卻器等部分組成。整個主泵機組共有三個軸承，電機與主泵共用的雙向推力-導軸承安裝在電機與主泵中間的位置。定子兩側裝有空氣、水熱交換器來冷卻通風空氣。定子繞組內裝有12個Pt100鉑熱電阻監測溫度。電機用導軸承安裝在電機上機架內部的電機導軸承油箱中，由循環油進行潤滑及冷卻，止逆機構安裝在電機的最上方。

1.2 半傘式結構

該電機的導軸承裝在上機架內，飛輪位于下機架內，止逆機構位于電機頂部，雙向推力軸承布置在電機下端軸伸部分，改變了常規同步轉速1000r/min及以上立式電機均采用推力軸承布置在電機轉子上端，即轉子支點在上的懸式結構的規律和設計思路，提升了立式電機設計技術，開拓了高速立式電機新的設計領域。

1.3 飛輪

飛輪是該電機運行中關鍵部分，具有較大轉動慣量，因此有必要對飛輪進行深入研究。飛輪在核電主泵電機的運行中能夠為其提供安全保障，可以在電機運行中存儲一定能量，當電機出現故障而斷電時，能夠將能量釋放，保障電機的持續運轉，從而減少因故障而造成的損失，為故障維修爭取時間。飛輪設備在與電機軸連接時，需要使用飛輪內套。在電機運行過程中，飛輪與飛輪內套過盈配合方式為直筒式，并采取錐形方式使軸與飛輪內套進行過盈配合。當發生過盈配合時，要保證各部件之間具有較大摩擦力，從而為軸提供力，實現對飛輪的帶動運轉。但摩擦力需要保持適度，若摩擦力過大，當其中轉子速度超出標準值時，會無法使飛輪成功脫落，最終造成飛輪損壞甚至破裂，給核電主泵電機運行帶來危害，影響整個核電體系運行安全。

1.4 設計優化

在該電機設計中，對承壓部件與軸承之間的距離進行了縮短設計，這種優化措施的應用能夠有效提高運行安全水平；由于原電機設計中的氣封與上軸承密封圈存在一定不足之處，使上軸承室存在霧化以及漏油問題，因此在該設計中也對其進行了優化，對霧化與漏油現象的避免有較好效果。

2 電機的重點制造工藝

2.1 定子鐵心裝壓。（1）定子沖片材料為0.5mm厚50W270硅鋼片，定子沖片沖制后涂刷F級水溶性半無機硅鋼片漆。定子壓板為不銹鋼（0Cr18Ni9）結構，其平面在立車上加工。定子疊裝方式為外裝壓，靠胎具定位，在立式油壓機上進行疊片。（2）迭片為順時針方向進行，疊裝采用1/2疊裝。第一段鐵心迭完，插入槽樣棒，每張扇形片插二根，然后對第一段鐵心仔細檢查并整形，使用整形棒，使鐵心槽形、段高符合要求。（3）第一段鐵心合格后，方能進行下一段鐵心的迭裝，鐵芯總長疊裝1/2時預壓一次。加壓時壓力要逐漸升高到規定值，并保壓到規定的時間，然后降低壓力到規定值，再次升壓，從而實現反復加壓的過程。在壓緊過程中，一方面操縱油壓機注意觀察油壓表的讀數，總壓力不要超過規定的壓力值，一方面檢查和調整鐵心的各部尺寸，做自檢記錄，并在檢查員的監督下檢查鐵心各段長度尺寸、總長度尺寸、鐵心中心的偏心值及緊度情況，符合質量要求后，壓緊鐵心。（4）在壓緊狀態下將定位筋、盒形支柱、蓋板等按要求焊接，焊后消除應力。

2.2 定子下線

定子下線在下線封閉間進行，定子鐵心安放在滾輪架上。（1）首先要對線圈進行試下線，下線時應用雙手將線圈按入槽中，不許用錘子直接敲打線圈，如線圈下入槽內無阻，線圈外保護帶無破損，說明壓型合格。若第一次壓型后線圈下入槽內較緊，則應重新壓型。試下線合格后方可開始正式的下線工作。（2）正式下線由兩人在鐵心兩側同時進行。邊壓型邊下線，如果壓型后的線圈下線有困難時，可在線圈上墊上聚酯薄膜，用下線打板輕輕敲打使之下入槽內。入槽后下層邊線圈端部應緊靠端箍，按圖紙和絕緣規范進行端部綁扎，綁扎要牢固，排列要整齊，邊下線邊綁扎。每下完一個線圈后，要立即打上槽楔，用楔下墊條撐緊。全部線圈下完以后，進行線圈組間的連接、焊接和絕緣包扎。（3）定子下線后在浸漆罐內進行VPI處理，并在侵漆前后各作一次繞組對地絕緣耐壓試驗。

2.3 熱套轉子鐵心

首先，要將弧形鍵固定在主傳動軸一側，但并不對軸與弧形鍵進行焊接，而在二者之間使用專用膠以進行固定。第二步，利用加熱爐加熱轉子，當其溫度達到特定值時，對轉子采取保溫措施，保證其時長在4小時。當對轉子進行加熱與保溫時，需要監測其鐵心溫度，通常使用熱電偶設備進行監測。當加熱與保溫完成后，為確保后續熱套過程中，鐵心仍留有一定間隙，需要對其內孔尺寸進行測量，保證其尺寸符合熱套標準。第三步，使用吊軸工具對轉軸進行吊裝，要注意始終保持其主傳動側面向上方。將軸與兩側軸線對齊，使轉軸緩慢降落，當其位于配合面三分之一位置時，將其迅速落下，使轉軸落至弧形鍵部件臺階位置。在進行熱套操作時，要盡量保證操作時間在十分鐘以內，并在熱套完成后使轉子完全冷卻，要保證其為自然冷卻方式，不能進行強制冷卻，且在完全冷卻前不能對轉子進行翻身或放倒操作，以免影響轉子熱套質量。最后，當轉子完全冷卻后，可以對其他工具進行拆裝并安裝焊環鍵。

結束語

核電站建設具有較大難度，作為其建設的承壓部件，主泵電機的設計合理性提升對整體核電站建設具有重要作用。在其主泵電機設計過程中，其設計環節復雜，操作繁瑣，需要提高其設計精度，以順利實現電機裝配。根據對我國自主研發電機的探討與研究，實現對電機中各關鍵技術環節的優化設計，能夠為今后我國核電行業發展提供條件。

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