การระบายความร้อนของมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

กลไกการให้ความร้อนและอันตรายของมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
มอเตอร์ปั๊มน้ำป้อนหลักในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่เป็นมอเตอร์-ความจุสูง -กำลังสูงแบบอะซิงโครนัสหรือซิงโครนัส การสร้างความร้อนส่วนใหญ่เกิดจากผลรวมของการสูญเสียทางไฟฟ้า การสูญเสียทางกล และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม กลไกการให้ความร้อนมีความซับซ้อน และความร้อนสะสมอย่างรวดเร็ว หากการระบายความร้อนไม่ตรงเวลาจะทำให้เกิดอันตรายหลายประการต่ออุปกรณ์และระบบ

กลไกการทำความร้อนหลัก

1. การทำความร้อนจากการสูญเสียทางไฟฟ้า: นี่คือแหล่งที่มาหลักของการสร้างความร้อนของมอเตอร์ รวมถึงการสูญเสียทองแดงของขดลวดสเตเตอร์ การสูญเสียแกนเหล็ก และการสูญเสียเพิ่มเติม เมื่อขดลวดสเตเตอร์ได้รับพลังงาน กระแสที่ไหลผ่านตัวนำจะทำให้เกิดความร้อนของจูล กล่าวคือ การสูญเสียทองแดง ขนาดของการสูญเสียเหล่านี้มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับกำลังสองของกระแสและความต้านทานของตัวนำ ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กสลับ แกนจะสร้างการสูญเสียฮิสเทรีซิสและการสูญเสียกระแสไหลวน กล่าวคือ การสูญเสียธาตุเหล็ก ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับวัสดุแกนกลาง ความแรงของสนามแม่เหล็ก และความถี่ นอกจากนี้ ฮาร์โมนิคที่สร้างขึ้นโดยตัวแปลงความถี่หรือโหลดแบบไม่เชิงเส้นสามารถเพิ่มการสูญเสียมอเตอร์เพิ่มเติม และทำให้การสร้างความร้อนรุนแรงขึ้นอีก

2. การสร้างความร้อนจากการสูญเสียทางกล: ในระหว่างการทำงานของมอเตอร์ การสูญเสียทางกลจะถูกสร้างขึ้นและแปลงเป็นความร้อนเนื่องจากการเสียดสีช่องว่างอากาศระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์ แรงเสียดทานในการหมุนของแบริ่ง และความต้านทานการหมุนของพัดลม การสึกหรอของแบริ่ง การหล่อลื่นไม่ดี หรือการติดตั้งที่ไม่เหมาะสมจะเพิ่มแรงเสียดทานทางกลอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งนำไปสู่การสร้างความร้อนเพิ่มเติม และกลายเป็นสาเหตุหลักของการสูญเสียความร้อนทางกล

3. ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่รวมกัน: ปั๊มน้ำป้อนหลักในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่จะอยู่ในห้องกำจัดอากาศของอาคารหลักบนเกาะทั่วไป ในบางสถานการณ์ อุณหภูมิโดยรอบจะสูง และพื้นที่ค่อนข้างถูกปิดล้อมด้วยการระบายอากาศที่จำกัด ในขณะเดียวกัน สภาพแวดล้อมการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อาจมีมลพิษ เช่น ฝุ่นและไอน้ำ ซึ่งเกาะติดกับพื้นผิวหรือภายในมอเตอร์ได้ง่าย ปิดกั้นช่องกระจายความร้อน และยังขัดขวางการกระจายความร้อนอีกด้วย ซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิในการทำงานของมอเตอร์เพิ่มขึ้น

อันตรายจากอุณหภูมิที่มากเกินไป เมื่ออุณหภูมิของมอเตอร์เกินขีดจำกัดที่กำหนด จะมีผลกระทบเชิงลบต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์และความปลอดภัยของระบบ ประการแรก จะทำให้ประสิทธิภาพของฉนวนของมอเตอร์เสียหาย อุณหภูมิสูงจะเร่งการเสื่อมสภาพและการเกิดคาร์บอนของวัสดุฉนวน ลดความต้านทานของฉนวน และแม้แต่ทำให้เกิดการลัดวงจรของขดลวดและการต่อกราวด์ขัดข้อง ซึ่งนำไปสู่การปิดมอเตอร์โดยตรง ประการที่สอง ส่งผลต่อสมรรถนะทางกลของมอเตอร์ อุณหภูมิสูงทำให้เกิดการขยายตัวเนื่องจากความร้อนและการเสียรูปของส่วนประกอบต่างๆ เช่น โรเตอร์ของมอเตอร์และสเตเตอร์ ส่งผลให้ช่องว่างอากาศไม่สม่ำเสมอ ลดความแม่นยำในการประกอบเชิงกล ลดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน และในกรณีที่รุนแรง อาจเกิดการติดขัดทางกลไก ประการที่สาม จะลดประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มความต้านทานของตัวนำและการสูญเสียทองแดง ในขณะเดียวกันก็ลดการซึมผ่านของแกนและการสูญเสียธาตุเหล็กที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้การใช้พลังงานของมอเตอร์เพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพลดลง ประการที่สี่ มันก่อให้เกิดความล้มเหลวแบบเรียงซ้อน ความล้มเหลวในการปิดมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักจะทำให้ระบบจ่ายน้ำป้อนหลักหยุดชะงัก ส่งผลต่อการทำงานปกติของเครื่องกำเนิดไอน้ำ หากปั๊มสำรองไม่สามารถสตาร์ทได้ทันเวลา อาจทำให้หน่วยพลังงานนิวเคลียร์ลดภาระ หรือแม้กระทั่งปิดเครื่องอย่างเร่งด่วน ส่งผลให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจและความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอย่างมาก

วิธีการทำความเย็นและคุณลักษณะทางเทคนิคของมอเตอร์ปั๊มน้ำป้อนหลักในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เมื่อพิจารณาข้อกำหนดระดับความปลอดภัย สภาพการทำงาน และรูปแบบเชิงพื้นที่ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ วิธีการระบายความร้อนสำหรับมอเตอร์ปั๊มน้ำป้อนหลักต้องเป็นไปตามข้อกำหนดหลัก เช่น การกระจายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ การทำงานที่เชื่อถือได้ การบำรุงรักษาที่สะดวก และการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมทางนิวเคลียร์ ในปัจจุบัน วิธีการทำความเย็นที่ใช้กันทั่วไปสำหรับมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภท: การระบายความร้อนด้วยอากาศและการระบายความร้อนด้วยของเหลว วิธีการทำความเย็นที่แตกต่างกันมีการออกแบบโครงสร้าง ประสิทธิภาพการกระจายความร้อน และสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องที่แตกต่างกัน ในการใช้งานจริง จะต้องเลือกอย่างสมเหตุสมผลโดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ เช่น กำลังมอเตอร์และสภาพแวดล้อมในการทำงาน

1. วิธีการระบายความร้อนด้วยอากาศ การระบายความร้อนด้วยอากาศใช้อากาศเป็นตัวกลางในการกระจายความร้อน เพื่อระบายความร้อนที่เกิดจากมอเตอร์ผ่านกระแสลม มีข้อดีเช่น โครงสร้างที่เรียบง่าย การบำรุงรักษาที่สะดวก และไม่มีความเสี่ยงต่อการรั่วไหล เหมาะสำหรับมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักกำลังต่ำ-ถึง-กำลังปานกลางในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิแวดล้อมต่ำ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหน่วยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในยุคแรกๆ และมอเตอร์ปั๊มน้ำป้อนเสริมบางรุ่น ขึ้นอยู่กับวิธีการไหลเวียนของอากาศ มันสามารถแบ่งออกเป็นการระบายความร้อนด้วยการระบายอากาศตามธรรมชาติและการระบายความร้อนด้วยการระบายอากาศแบบบังคับ

การระบายความร้อนด้วยการระบายอากาศตามธรรมชาติอาศัยการกระจายความร้อนของมอเตอร์และการพาความร้อนตามธรรมชาติของอากาศโดยรอบเพื่อให้เกิดการกระจายความร้อน โดยปกติแล้วเคสมอเตอร์จะได้รับการออกแบบให้มีโครงสร้างแผงระบายความร้อนเพื่อเพิ่มพื้นที่กระจายความร้อน ความร้อนถูกส่งไปยังอากาศผ่านแผงระบายความร้อน และการพาความร้อนตามธรรมชาติเกิดขึ้นจากความแตกต่างของความหนาแน่นของอากาศเพื่อให้การแลกเปลี่ยนความร้อนเสร็จสมบูรณ์ วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าเพิ่มเติม มีค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและบำรุงรักษาต่ำ และไม่มีมลภาวะทางเสียง อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนค่อนข้างต่ำ และได้รับผลกระทบอย่างมากจากอุณหภูมิแวดล้อมและสภาพการระบายอากาศ ไม่เหมาะสำหรับมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักที่สร้าง-กำลังสูง -ความร้อนสูง- และเหมาะสำหรับมอเตอร์เสริมหรือมอเตอร์สำรองกำลังต่ำ-เท่านั้น

การระบายความร้อนแบบบังคับระบายอากาศใช้พัดลมระบายความร้อนที่ติดตั้งที่ด้านหลังของมอเตอร์เพื่อบังคับกระแสลมเหนือสเตเตอร์ โรเตอร์ และพื้นผิวแกนกลาง เพื่อเร่งการกระจายความร้อน ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูงกว่าการระบายความร้อนด้วยการระบายอากาศตามธรรมชาติอย่างมาก และเหมาะสำหรับ-มอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักกำลังปานกลาง ตามวิธีการไหลเวียนของอากาศทำความเย็น สามารถแบ่งออกเป็นระบบเปิดและปิด: การระบายอากาศแบบบังคับแบบเปิดดึงอากาศโดยรอบเข้าสู่มอเตอร์โดยตรง และกระจายออกไปหลังจากระบายความร้อน และจากนั้นจึงระบายออก มีโครงสร้างเรียบง่ายและมีประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูง แต่ไวต่อการปนเปื้อนของฝุ่นและไอน้ำจากสิ่งแวดล้อม ทำให้ต้องทำความสะอาดตัวกรองอากาศเป็นประจำ การระบายอากาศแบบบังคับแบบปิดใช้การไหลเวียนของอากาศภายใน ทำให้อากาศหมุนเวียนเย็นลงผ่านตัวทำความเย็นภายนอกก่อน-กลับเข้าสู่มอเตอร์ เพื่อป้องกันไม่ให้มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเข้าสู่มอเตอร์ เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีฝุ่นและความชื้นสูง แต่มีโครงสร้างค่อนข้างซับซ้อน ซึ่งต้องบำรุงรักษาระบบทำความเย็นและระบบหมุนเวียน

2. การระบายความร้อนด้วยของเหลว

การระบายความร้อนด้วยของเหลวใช้ของเหลว เช่น น้ำและน้ำมัน เป็นสื่อในการกระจายความร้อน ด้วยการใช้ความจุความร้อนจำเพาะสูงและประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูงของของเหลว ความร้อนจะถูกพาออกไปจากมอเตอร์ผ่านการหมุนเวียนของของเหลว เหมาะสำหรับมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักที่สร้าง-กำลังสูง-ความร้อนสูง-ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และปัจจุบันเป็นวิธีระบายความร้อนกระแสหลัก การระบายความร้อนด้วยน้ำแบบปิดเต็มรูปแบบเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด และมอเตอร์ปั๊มน้ำป้อนหลักในโครงการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไห่หยาง ระยะที่ 1 ก็ใช้วิธีการทำความเย็นนี้

ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ-: การใช้น้ำปราศจากไอออนหรือสารบำบัดน้ำหล่อเย็นแบบพิเศษเป็นตัวกลาง โดยแบ่งออกเป็นรูปแบบการทำความเย็นภายในและการทำความเย็นภายนอก ระบบระบายความร้อนภายในใช้ท่อน้ำหล่อเย็นที่ติดตั้งภายในขดลวดสเตเตอร์และโรเตอร์ของมอเตอร์ ช่วยให้น้ำหล่อเย็นไหลผ่านขดลวดและขจัดความร้อนที่เกิดจากขดลวดโดยตรง ส่งผลให้ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูงมาก และเหมาะสำหรับมอเตอร์-ความจุขนาดใหญ่และกำลังสูง- ในทางกลับกัน ระบบระบายความร้อนภายนอก จะใช้แจ็คเก็ตระบายความร้อนบนโครงมอเตอร์ น้ำหล่อเย็นจะไหลผ่านแจ็คเก็ตทำความเย็นและแลกเปลี่ยนความร้อนกับโครงมอเตอร์ เพื่อระบายความร้อนโดยอ้อม ระบบนี้มีโครงสร้างค่อนข้างเรียบง่ายและบำรุงรักษาง่าย แต่ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนต่ำกว่าระบบทำความเย็นภายในเล็กน้อย

โดยทั่วไประบบระบายความร้อนด้วยน้ำสำหรับมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะเชื่อมโยงกับระบบน้ำหล่อเย็นของอุปกรณ์โรงไฟฟ้า ช่องทางเข้าและทางออกของน้ำหล่อเย็นเชื่อมต่อกับระบบน้ำหล่อเย็นของอุปกรณ์โรงไฟฟ้าผ่านหน้าแปลน ทำให้เกิดการไหลเวียนแบบวงปิด- ระบบประกอบด้วยปั๊มเพิ่มความเย็น ตัวกรอง หน่วยตรวจสอบอุณหภูมิ และหน่วยตรวจสอบการไหล ปั๊มเพิ่มความเย็นให้พลังงานแก่การไหลของน้ำหล่อเย็น ตัวกรองป้องกันสิ่งเจือปนไม่ให้อุดตันท่อทำความเย็น และหน่วยตรวจสอบอุณหภูมิจะรวบรวมอุณหภูมิตัวกลางทำความเย็นแบบเรียลไทม์ และป้อนกลับไปยังห้องควบคุมหลักของโรงไฟฟ้า ทำให้สามารถปรับระบบทำความเย็นได้อัตโนมัติ และรับประกันว่าอุณหภูมิของมอเตอร์จะคงที่ภายในช่วงที่กำหนด

3. ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำมัน-: ระบบนี้ใช้น้ำมันทำความเย็นแบบพิเศษเป็นตัวกลางในการหมุนเวียนน้ำมันเพื่อขจัดความร้อนออกจากมอเตอร์ในขณะเดียวกันก็ให้การหล่อลื่นด้วย เหมาะสำหรับมอเตอร์โหลดสูง-ความเร็วสูง{4}} น้ำมันหล่อเย็นจะไหลผ่านขดลวด แบริ่ง และส่วนประกอบอื่นๆ ภายในมอเตอร์ โดยดูดซับความร้อนก่อนเข้าสู่เครื่องทำความเย็นภายนอกเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศหรือน้ำหล่อเย็น หลังจากเย็นลง น้ำมันจะถูกรีไซเคิล ข้อดีของระบบระบายความร้อนด้วยน้ำมัน-คือการกระจายความร้อนและการหล่อลื่นที่สม่ำเสมอ ช่วยปกป้องตลับลูกปืนและส่วนประกอบทางกลอื่นๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนถ่ายน้ำมันเครื่องเป็นประจำ ส่งผลให้ค่าบำรุงรักษาสูงขึ้นและมีความเสี่ยงที่น้ำมันจะรั่วไหล ดังนั้นการใช้งานในมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงค่อนข้างจำกัด

วิธีการทำความเย็นแบบคอมโพสิต สำหรับมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักที่มีกำลังสูงมากและมีการสร้างความร้อนสูง วิธีการทำความเย็นแบบเดี่ยวไม่เพียงพอที่จะตอบสนองข้อกำหนดในการกระจายความร้อน ดังนั้น โดยทั่วไปแล้วจะใช้วิธีการทำความเย็นแบบคอมโพสิต โดยผสมผสานการระบายความร้อนด้วยอากาศกับการระบายความร้อนด้วยของเหลว หรือการระบายความร้อนภายในกับการระบายความร้อนภายนอก ตัวอย่างเช่น ขดลวดสเตเตอร์ใช้การระบายความร้อนภายในน้ำ- ขดลวดโรเตอร์ใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศ และแกนใช้การระบายความร้อนภายนอกน้ำ- ด้วยการกระจายความร้อนหลาย-มิติ อุณหภูมิของมอเตอร์จะคงที่ภายในขีดจำกัดที่กำหนดระหว่างการทำงานของโหลดเต็ม- วิธีการทำความเย็นแบบคอมโพสิตให้ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูงและความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่ง แต่มีโครงสร้างที่ซับซ้อน มีต้นทุนการลงทุนสูง และบำรุงรักษาได้ยาก ส่วนใหญ่จะใช้ในมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักที่มีระดับเมกะวัตต์-และสูงกว่าหน่วยพลังงานนิวเคลียร์

ระบบระบายความร้อนของมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นองค์ประกอบสำคัญที่ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่ปลอดภัยและมั่นคง ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนและความน่าเชื่อถือในการดำเนินงานส่งผลโดยตรงต่อการทำงานปกติของระบบปั๊มป้อนน้ำหลัก ซึ่งส่งผลกระทบต่อวงจรความร้อนและอุปสรรคด้านความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมด เนื่องจากหน่วยพลังงานนิวเคลียร์พัฒนาไปสู่ความจุที่ใหญ่ขึ้นและพารามิเตอร์ที่สูงขึ้น กำลังของมอเตอร์ปั๊มป้อนน้ำหลักจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง นำไปสู่การสร้างความร้อนที่มากขึ้น และทำให้ความต้องการเทคโนโลยีทำความเย็นสูงขึ้นมากขึ้น

บทสรุป

วิธีการระบายความร้อนด้วยอากาศ การระบายความร้อนด้วยของเหลว และวิธีการทำความเย็นแบบผสมผสานถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในมอเตอร์ปั๊มน้ำป้อนหลักของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบระบบทำความเย็น การเลือกสื่อทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพ และการปรับปรุงเทคโนโลยีการควบคุมและการตรวจสอบอัตโนมัติ ทำให้ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนและความน่าเชื่อถือของระบบทำความเย็นได้รับการปรับปรุงอย่างมีประสิทธิผล ซึ่งตรงตามข้อกำหนดของ-การดำเนินงานในระยะยาวของหน่วยพลังงานนิวเคลียร์ ในขณะเดียวกัน ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีพลังงานนิวเคลียร์ การทำให้เป็นอัจฉริยะ ประสิทธิภาพ และการรักษาสิ่งแวดล้อมกลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาของเทคโนโลยีทำความเย็น ในอนาคต การวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมเกี่ยวกับ-เทคโนโลยีทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงาน เช่น วัสดุทำความเย็นแบบคอมโพสิตใหม่และระบบทำความเย็นแบบปรับตัวอัจฉริยะ จะดำเนินการเพื่อให้เกิดการควบคุมที่แม่นยำและ{5}}การทำงานของระบบทำความเย็นประหยัดพลังงาน ขณะเดียวกัน การทำงานอัจฉริยะและการบำรุงรักษาระบบทำความเย็นจะแข็งแกร่งขึ้น ด้วยข้อมูลขนาดใหญ่ อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง และเทคโนโลยีอื่นๆ การตรวจสอบแบบเรียลไทม์- การเตือนข้อผิดพลาดล่วงหน้า และการวินิจฉัยสถานะการทำงานของระบบทำความเย็นอย่างชาญฉลาดจะบรรลุผลสำเร็จ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพการทำงานและการบำรุงรักษาของระบบทำความเย็นให้ดียิ่งขึ้น และให้การรับประกันที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นสำหรับการดำเนินงานที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์