高温气冷堆核电站示范工程主氦风机技术概述＊
邹德宝
佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯（154002）
摘要介绍了当今世界核电技术的发展趋势及应用，提出了第四代核电技术需要满足的条件，并说明高温气冷堆是目前最有希望成为第四代先进核能系统的一种堆型；介绍了高温气冷堆
的核心设备主氦风机的性能参数、结构、功能和技术先进性，并说明主氦风机研制的重要意义。
关键词高温气冷堆；主氦风机；技术先进性
中图分类号：TM315文献标识码：A文章编号：1008-7281（2011）04-0005-0003
Technical Overview on Main Helium Ventilator of High-Temperature
Gas-Cooled Reactor Nuclear Power Plant
Zou Debao
Abstract This paper introduces the development trend and application of nuclear power technology in today's world，presents the requirements that the fourth-generation nuclear power
technology shall meet with，and states that high-temperature gas-cooled reactor is currently the
most promising reactor to become the advanced fourth generation nuclear energy system．The
performance parameter，structure，function and advanced technology of main helium ventilator，
which is core equipment of high-temperature gas-cooled reactor，are introduced．The signifi-
cance to develop the main helium ventilator is stated also．
Key words High-temperature gas-cooled reactor；main helium ventilator；advanced tech-nology
0引言
核能是一种清洁、高效能源，越来越多的国家开始重视核能技术的发展，发达国家新建核电站大都采用第三代核技术，已经运行的400余座核电机组将在未来20年内陆续退役。我国核电从上世纪70年代起步，商用运营的核电机组13座，装机容量1080万千瓦。截止2010年底，国家又核准32座核电机组，装
机容量3486万千瓦，其中从美国西屋公司引进的AP1000为第三代核技术，建设4台机组，其余的多数采用二代改进型技术。苏联切尔诺贝利核电站、美国的三哩岛核电站、日本福岛核电站事故说明，二代核电站的设计低估了发生严重事故的可能性，为此90年代，国际原子能机构明确要求新建核电站必须在预防和缓解严重事故上满足一定条件，国际上把这类核电站看作是第三代核电站。
高温气冷堆是我国自主研发的堆型，具有安全性好、温度高、用途广等特点。美国麻省理工大学曾经从安全性、经济性、建造周期、效率、寿命、退役费用、废料处理、投资回收、防止核扩散等方面对轻水堆、压水堆、高温气冷堆等几种先进核动力堆型进行了综合评估，高温气冷堆总分获得第一，被认为是21世纪美国乃至世界核电站最有发展前景的堆型。高温气冷堆核电站示范工程已被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》重大专项。主氦风机是高温气冷堆核电站关键设备，安装在一回路内部蒸汽发生器输出端，是核反应堆一回路系统唯一的能动设备，驱动反应堆冷却剂在一回路内循环，传递核反应释放的热量。
1国内外发展状况
2000年5月，美国能源部在华盛顿召开了有美、中、德、日、韩、法、比、欧共体、南非等国100多位高级专家参加的第四代先进核能系统研讨会，确定第四代核能系统必须满足的主要指标是（1）堆芯熔化概率低于每堆年10-6/堆．年；
5 *基金项目：“十一五”重大专项号：高温气冷堆核电站示范工程重大专项项目（2008ZX06909）
（2）在事故条件下无厂外释放，即无论核电站发生什么事故，都不会对厂外公众造成损害；
reactor technology（3）能够通过对核电站的整体实验向公众证明核电的安全性；
（4）初投资（隔夜价）低于1000美元/kW；
（5）建设期小于3年；
（6）能够和其他电力生产方式相竞争，总的电力成本低于3美分/kWh。
这些要求压水堆是无法满足的，而高温气冷堆的优点却能得到充分的发挥，它自身的特性使其符合当前核电的发展趋势，能较好地满足第四代先进核能系统提出的各项要求，是目前最有希望成为第四代先进核能系统的一种堆型。目前国内外对高温气冷堆堆技术都非常重视，各国的高温气冷堆及主氦风机现状见表1，我国已经走在国际的前沿。
表1高温气冷堆及主氦风机现状
厂名
MHTGR
模式商用堆
主风机
AVR
HTGR
FORT St．
VRAIN
HTGR
HARTLE
POOL
AGR
THTR
330
HTGR
KWU
200
HTGR
HTR-10HTR-PM
国家美德美英德德中中
首次运行年份-196619761984198519872000*气体He He He CO2He He He He
风机数/厂每模块一台2486111定向立式水平立式水平水平立式立式立式
总流量，kg/s1586．612647650．985．54．396
进口温度，ħ255200394232250250250250
进口压力，MPa6．291．094．733．813．806．03．07．0
压力升，kPa918．39733112415060200
体积流量，m3/s27．55．6937．012．914．515．71．5714．91叶型单级轴流单级离心单级轴流单级离心单级离心单级离心单级离心单级离心叶轮直径，mm889711711863914-7501122
转速，r/min62004000955029705600440050004000
电功率，kW317016539545370230029501654500驱动型式置入式电机置入式电机水蒸汽透平置入式电机置入式电机置式电机置入式电机置入式电机轴承型式能动磁轴承压力供油轴承水轴承油浴轴承压力供油轴承油浴轴承油脂滚珠轴承电磁轴承设备状况初步设计退役退役运行退役初步设计运行标准设计
*我国的高温气冷堆核电站示范工程将于2013年完工
2主氦风机主要性能指标
示范工程用主氦风机为大型、立式、高速变频机组，在国际上还没有容量相当、结构相似的产品，该风机突破了大型立式机组的转速范围和结构型式，如果研制成功将为大型立式高速驱动系统提供宝贵的经验，主氦风机的主要参数见表2。
表2主氦风机主要参数
参数名称量值参数名称量值
介质纯氦气调速范围，%20 105进口压力，MPa7．0介质密度，kg/m36．33
质量流量，kg/s96叶轮类型离心式
压力升，kPa200叶轮级数1
介质温度，ħ250驱动电机额定功率，kW4500
额定转速，r/min4000额定电压，V60003主氦风机的结构及功能
主氦风机是立式单级离心风机，整体置于一回路压力壳内，位于蒸汽发生器的顶端，即循环氦气的冷端。风机叶轮与驱动电机同轴，叶轮悬臂安装于驱动电机轴端。驱动电机通过蜗壳与蒸汽发生器壳体相
连，上侧为电机腔，下侧为风机腔（250ħ），两腔之间设有隔热装置阻止下侧风机腔250ħ氦气直接流入电机腔。风机进口管与蒸汽发生器氦气侧的出口管承插连接，风机进出口管设有蝶阀，蝶阀配有电动装置。
主氦风机是高温气冷堆一回路主设备，功能是驱动高温气冷堆一回路氦气流过反应堆堆芯，在反应堆正常启动、功率运行和停堆等工况时，提供足够流量的氦气通过一回路系统，将反应堆堆
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芯产生的热量带走，流经蒸汽发生器，加压后返回反应堆堆芯，实现能量交换。
4主氦风机技术先进性
示范工程用主氦风机整机安装在7Mpa的一回路冷却剂压力腔内，工作腔与驱动电机所在腔相通，两腔工作温度差很大，要求电气元件和机械部件贯穿压力边界，电磁轴承支撑，单机功率为4500kW，转速范围为800 4200r/min，此功率规模及转速的风机在国内外均没用成熟的模型可借鉴。与现役压水堆主泵机组相比，主要技术先进性体现为
4．1适应一体化结构核安全设计
反应堆蒸汽发生器与冷却剂驱动装置一体化，同时要求风机与电机一体结构，结构设计要求比其它同类机组具有更高的核安全性。
（1）电动机置入反应堆冷却剂腔，要求电动机具备更高的安全可靠性；
（2）蝶阀、冷却器为核安全设计要求；
（3）电气贯穿件安全性、可靠性及密封要求。4．2高可靠性、高维修性
主氦风机不设备机，40年寿命要求机组更可靠，维修性更好。
（1）进一步提高易损件的使用寿命；
（2）进一步提高密封部件的密封可靠性，尽量做到免维修。
4．3立式高速机组无级调速
主氦风机机组为变频电源供电在800 4200r/min转速范围内无级变速工作的立式机组。
（1）额定转速4000r/min远高于主泵1500r/min机组；
（2）变频器供电，主泵为工频电源；
（3）800 4200r/min无级变速工作要求转子为刚性转子；
（4）在各种转速下工作要求振动≤1．8mm/s。4．4隔热设计
风机与电机同轴，转子轴工作在两个温度区，风机腔和电机腔温度梯度较大，综合考虑主氦风机机组各种工况，设计电动机腔隔热结构，控制温度应力分布，确保电机可靠运行
（1）根据机组技术特点，设计隔热结构，减小传热功率；
（2）优化设计隔热结构尺寸，合理控制机组各部分温度梯度及温度应力，保证相关零部件安全可靠。
4．5电磁轴承支撑
主氦风机机组整个转子由电磁轴承支撑，电磁轴承设计成一推两导悬式结构，工作时转子处于悬浮状态，在贮存、运输及事故状态等情况下转子由辅助轴承支撑。电磁轴承系统能够进行转速、振动、位移及温度等的检测和控制。目前，电磁轴承国内尚没有成熟应用。
4．6电气贯穿件
电气元件贯穿压力边界，电气贯穿件安装在压力壳体上成为压力边界的组成部分，在正常和事故工况下，提供电气连接的通道，并在承受相应压力的前提下保持高度密封性。
5结语
高温气冷堆核电站示范工程主氦风机作为高温气冷堆核电站核心设备，如能研制成功，将具有如下的重要意义
（1）解决高温堆技术瓶颈，推进和保障国家重大专项实施；
（2）填补国内大功率高转速电机技术的空白，推动行业技术进步；
（3）填补电磁轴承、电气贯穿件技术应用空白，拉动相关产业发展；
（4）引领我国的核电技术走向世界前列。
作者简介：邹德宝男1971年生；毕业于哈尔滨工程大学，现从事电机设计工作．
收稿日期：2011-01-10
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