解決水利機械“空化”問題 核電用泵實現國產化

　　“空化”被稱為水力機械的“癌癥”，是影響水泵使用壽命與性能的最關鍵因素之一。在“華龍一號”機組核電用泵國產化研發任務中，科研團隊綜合運用流體力學、流體機械原理、轉子動力學等學科知識，解決了一系列“空化”技術難題。

　　日前，我國自主研發的第三代核電“華龍一號”，全球第四臺、海外第二臺機組——巴基斯坦卡拉奇K3機組通過臨時驗收。至此，“華龍一號”海外首個工程兩臺機組全面建成投產。

　　作為機組的關鍵核心設備之一, K3機組核電用泵實現了全部國產化，其中，江蘇大學核電用泵科研團隊參與了項目重要核級泵國產化任務，為“華龍一號”走出去貢獻了高校科研團隊力量。

　　核電用泵包括哪些泵，各自發揮著什么作用?它們與普通的泵又有哪些不同?研制核電用泵要解決哪些技術難點?記者帶著問題走訪了江蘇大學核電用泵科研團隊。

　　核電站的“心臟”

　　“華龍一號”是我國核電走向世界的國家名片，是具有完全自主知識產權的三代壓水堆核電機組，滿足國際最高安全標準，已成為中國為世界貢獻的三代核電優選方案。

　　卡拉奇K2/K3兩臺機組每年將為巴基斯坦提供清潔電力近200億度，相當于每年減少標準煤消耗624萬噸，減少二氧化碳排放1632萬噸，對優化巴基斯坦能源結構、推動實現全球碳達峰碳中和目標和共同應對全球氣候危機具有重要意義。

　　自2006年起，江蘇大學核電用泵科研團隊與國內多家核電泵制造單位密切合作，承擔了第三代核電用泵國產化的技術研發任務，為核電用泵制造單位提供了技術支撐和智力支持。

　　據團隊負責人袁壽其研究員介紹，核電用泵包括核主泵、反應堆冷卻循環泵、輔助給水電動泵、上充泵、海水循環泵、前貯槽泵、除氣塔疏水泵、乏燃料冷卻泵等。江蘇大學面向國家核電重大需求，主要從事第三代核電用泵水力基礎問題研究、優秀水力模型開發、智能診斷與運維等方面工作。

　　“核電設備與常規設備相比，最重要的指標是安全和壽命，一般分為4個安全等級，其中核主泵位于安全殼內，安全等級最高。”團隊成員、江蘇大學能源與動力工程學院副院長高波介紹說，核主泵是用于驅動冷卻劑在反應堆冷卻系統內循環流動的泵。主泵位于核島心臟部位，用來將熱水泵入蒸發器轉換熱能，是核電運轉控制水循環的關鍵，屬于核電站的一級設備，要求具有絕對的可靠性。

　　過去，我國的核電站核主泵基本依賴進口，其自主設計和制造是我國推進核電自主化的重點和難點。

　　其他的核電用泵安全等級稍低，但是可靠性要求依舊很高。比如輔助給水電動泵，它平時處于待機狀態，一旦蒸汽發生器主給水系統的任何一個環節發生故障，它就要立即啟動，代替主給水泵及其系統進行工作，排出反應堆芯剩余熱量，保證核電站的安全。

　　解決水力機械“癌癥”

　　在生活中，泵隨處可見，農田灌溉、石油化工、動力工業、城市給排水等都會用到。在普通人眼里，泵無非就是葉輪、泵殼幾大件組成，是個傳統設備。

　　但是，關于泵的基礎科學研究一直沒有止步。高波告訴記者，江蘇大學流體機械及工程是國家重點學科，經過近十年攻關，該校已建成高溫高壓試驗臺、水力模型四象限全特性試驗臺等專門針對核電用泵的試驗平臺，與中國核電工程有限公司共建核電泵及裝置智能診斷運維聯合實驗室。

　　“空化”被稱為水力機械的“癌癥”，是影響水泵使用壽命與性能的最關鍵因素之一。袁壽其研究員介紹說：“空化是液體流動的一種特有現象，在水力機械設計中是必須考慮的重要因素之一。”

　　在“華龍一號”機組核電用泵國產化研發任務中，江蘇大學科研團隊解決了一系列“空化”技術難題。

　　“我們綜合運用流體力學、流體機械原理、轉子動力學等學科知識，為制造廠家提供核電泵設計技術支撐。”高波介紹說，其中要充分考慮核泵的特殊運行工況、效率、空化、振動噪聲等難點。

　　2020年底，“華龍一號”機組進入設備安裝調試階段，一臺輔助給水電動泵因振動問題無法正常運行。“振動的原因比較復雜，是一個系統性的問題，如果振動值超標，將影響電站調試運行進度。”高波說道。

　　為了盡快找到癥結，江蘇大學科研團隊與設備廠家、現場專家在線上遠程進行問題研討和排查，成功協助現場解決了設備振動問題，為核電機組反應堆臨界和并網發電工程建設提供了技術支持，受到中國中原對外工程有限公司等相關單位的高度認可。（張 曄  吳 奕）