Hlavní cirkulační čerpadlo

Hlavní cirkulační čerpadlo (HCČ) slouží na jaderné elektrárně k zajištění cirkulace vody v primárním okruhu, a tím k chlazení aktivní zóny. Hlavní cirkulační čerpadla bývají zpravidla umístěna na chladné větvi každé smyčky. Vzhledem k tlaku (např. 16 MPa) a teplotě (např. 300 °C) dopravované vody, která je navíc radioaktivní, jsou HCČ jedny z technologicky nejnáročnějších čerpadel na jaderné elektrárně. V podstatě ale slouží jen na vykrytí tlakových ztrát primárního okruhu. Hlavní cirkulační čerpadlo by mělo pracovat bez nutnosti oprav po dobu jedné kampaně, aby revize a výměna opotřebených součástí byla prováděna pouze při odstavení bloku pro výměnu paliva. U elektráren s tlakovodním reaktorem se většinou konstruují jako vertikální (tj. se svislým hřídelem) s elektromotorem umístěným nad čerpadlem - z důvodu menší půdorysné plochy. Bývají odstředivá, radiální nebo diagonální a jednostupňová (tj. s jedním oběžným kolem). Jejich výrobci jsou například ruský CKBM nebo japonský MHI.

Konstrukce

Zapouzdřená čerpadla

Zapouzdřená (bezucpávková) čerpadla jsou i s elektromotorem uložena v hermetickém tlakovém pouzdru, díky čemuž nenarušují integritu primárního okruhu a pro jejich konstrukci nejsou potřebné žádné ucpávky. K jejich nevýhodám patří, že se rotor elektromotoru otáčí ve vodě. +more Při suchém statoru ovlivňuje přepážka mezi rotorem a statorem elektromagnetické pole a tím snižuje účinnost elektromotoru. Díky konstrukci jsou všechna ložiska čerpadla i rotoru mazána vodou, která má nižší mazací schopnosti než olej. Zapouzdření dále zvyšuje celkovou hmotnost agregátu a není kvůli němu snadné umístit setrvačník na hřídel čerpadla, který by zajistil dostatečnou dobu doběhu čerpadla při výpadku elektrického napájení. Se zapouzdřením také souvisí výkonové omezení pro tento typ čerpadel.

HCČ s těsněním hřídele

U hlavních cirkulačních čerpadel s těsněním hřídele je v hermetickém tlakovém tělese, spojeném s primárním okruhem, umístěno jen čerpadlo, kdežto elektromotor leží vně tlakového pouzdra. Tato konstrukce odstraňuje nevýhody zapouzdřených čerpadel. +more HCČ s těsněním hřídele mají tedy nižší investiční náklady, menší hmotnost a výkonové omezení, vyšší účinnost a delší dobu doběhu. Také přístupnost elektromotoru pro opravy je lepší. U těchto čerpadel bývá vodou mazáno jen ložisko umístěné nejblíže k oběžnému kolu, aby nedošlo k znečištění primární vody olejem. Díky konstrukci nezapouzdřených čerpadel však vzniká problém s utěsněním hřídele, který spojuje elektromotor s čerpadlem. V praxi se využívá kombinace mechanického těsnění s třecími kroužky a hydrostatického těsnění. Obecně lze říci, že se HCČ s těsněním hřídele dává přednost před zapouzdřenými HCČ, a to především z ekonomických důvodů.

HCČ v českých jaderných elektrárnách

Pro tlakovodní reaktory VVER-1000 (elektrárna Temelín) jsou používána hlavní cirkulační čerpadla s těsněním hřídele, které mají označení GCEN - 195 M. Pro tlakovodní reaktory VVER-440 (elektrárna Dukovany) jsou jako hlavní cirkulační čerpadla používána ruská čerpadla typu GCEN - 317 s těsněním hřídele, které využívají trojfázový asynchronní elektromotor. +more K hlavním cirkulačním čerpadlům přísluší řada chladicích okruhů a pomocných zařízení. U GCEN - 317 to jsou například: *Spodní radiální ložisko - mazáno a chlazeno vodou autonomního okruhu, jejíž cirkulaci za chodu čerpadla zajišťuje přes chladič malé lopatkové kolo na hřídeli čerpadla. *Systém přívodu oleje pro ložiska - slouží k mazání a chlazení horního radiálně axiálního ložiska. *Systém zahlcování posledního stupně těsnění hřídele - zahlcuje se čistým kondenzátem, aby se zamezilo úniku těsnicí vody s obsahem bóru. *Systém kontroly těsnosti přírubových spojů - zajišťuje kontrolu těsnosti hlavní dělicí roviny hydraulické části HCČ a dělicí roviny těsnění hřídele. Dále zajišťuje případný odvod úniků chladiva. *Antireverzační (zarážecí) zařízení - zabraňuje zpětnému otáčení čerpadla po jeho zastavení.

Čerpadla na tekuté kovy

Čerpadla na tekuté kovy se využívají v jaderných elektrárnách s rychlými reaktory, chlazenými tekutým sodíkem.

Odstředivé čerpadlo na tekuté kovy

Hydrodynamický výpočet odstředivých čerpadel na tekuté kovy je založen na stejných principech jako u čerpadel na vodu. Mezi nejdůležitější požadavky na tato čerpadla patří: *Zajištění naprosté těsnosti sodíkového okruhu - při styku sodíku s kyslíkem dochází k výbuchu. +more *Práceschopnost při vysokých teplotách - teplota sodíku v chladné větvi je asi 400 °C. *Zabránění průniku oleje do sodíku. Odstředivá čerpadla na tekuté kovy lze také konstruovat jako zapouzdřená nebo s těsněním hřídele. HCČ se většinou konstruují jako vertikální, přičemž elektromotor bývá umístěn nad čerpadlem. Spodní radiální ložisko bývá hydrostatické, mazané sodíkem, ostatní ložiska jsou pak mazána olejem.

Elektromagnetické čerpadlo na tekuté kovy

Jeho výhodou je, že zajišťuje hermetičnost sodíkového okruhu, protože u něj nevychází z prostoru tekutého sodíku ven žádný točící se hřídel. Jsou založena na principu, že je-li elektrický vodič, kterým teče elektrický proud, vložen do magnetického pole, vychyluje se kolmo k magnetickým siločárám. +more Tímto elektrickým vodičem je u elektromagnetických čerpadel právě tekutý kov. Lze je dělit na: *Kondukční - elektrický proud o napětí jednotek voltů je o velké intenzitě (105 A) přiváděn přímo do tekutého kovu. *Indukční - elektrický proud se v tekutém kovu indukuje z vinutí, které je umístěné kolem potrubí.

Porovnání

Odstředivá čerpadla na tekuté kovy dosahují podstatně vyšších účinností (přes 80 %) oproti elektromagnetickým (40-50 %), mají nižší hmotnost a jsou ekonomičtější. Elektromagnetická čerpadla zase zajišťují hermetičnost, lze u nich snadno regulovat výkon a mají snadnější údržbu díky absenci točivých částí. +more Přesto jsou vhodnější spíše pro pomocné provozy a jako HCČ se využívají především čerpadla odstředivá.

Reference

Kategorie:Jaderná technika Kategorie:Čerpadla