“空化”被稱為水力機(jī)械的“癌癥”，是影響水泵使用壽命與性能的最關(guān)鍵因素之一。在“華龍一號(hào)”機(jī)組核電用泵國產(chǎn)化研發(fā)任務(wù)中，科研團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用流體力學(xué)、流體機(jī)械原理、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)等學(xué)科知識(shí)，解決了一系列“空化”技術(shù)難題。

日前，我國自主研發(fā)的第三代核電“華龍一號(hào)”，全球第四臺(tái)、海外第二臺(tái)機(jī)組——巴基斯坦卡拉奇K3機(jī)組通過臨時(shí)驗(yàn)收。至此，“華龍一號(hào)”海外首個(gè)工程兩臺(tái)機(jī)組全面建成投產(chǎn)。

作為機(jī)組的關(guān)鍵核心設(shè)備之一, K3機(jī)組核電用泵實(shí)現(xiàn)了全部國產(chǎn)化，其中，江蘇大學(xué)核電用泵科研團(tuán)隊(duì)參與了項(xiàng)目重要核級(jí)泵國產(chǎn)化任務(wù)，為“華龍一號(hào)”走出去貢獻(xiàn)了高校科研團(tuán)隊(duì)力量。

核電用泵包括哪些泵，各自發(fā)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(shù)難點(diǎn)?記者帶著問題走訪了江蘇大學(xué)核電用泵科研團(tuán)隊(duì)。

核電站的“心臟”

“華龍一號(hào)”是我國核電走向世界的國家名片，是具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代壓水堆核電機(jī)組，滿足國際最高安全標(biāo)準(zhǔn)，已成為中國為世界貢獻(xiàn)的三代核電優(yōu)選方案。

卡拉奇K2/K3兩臺(tái)機(jī)組每年將為巴基斯坦提供清潔電力近200億度，相當(dāng)于每年減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗624萬噸，減少二氧化碳排放1632萬噸，對優(yōu)化巴基斯坦能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)實(shí)現(xiàn)全球碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)和共同應(yīng)對全球氣候危機(jī)具有重要意義。

自2006年起，江蘇大學(xué)核電用泵科研團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)多家核電泵制造單位密切合作，承擔(dān)了第三代核電用泵國產(chǎn)化的技術(shù)研發(fā)任務(wù)，為核電用泵制造單位提供了技術(shù)支撐和智力支持。

據(jù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人袁壽其研究員介紹，核電用泵包括核主泵、反應(yīng)堆冷卻循環(huán)泵、輔助給水電動(dòng)泵、上充泵、海水循環(huán)泵、前貯槽泵、除氣塔疏水泵、乏燃料冷卻泵等。江蘇大學(xué)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(chǔ)問題研究、優(yōu)秀水力模型開發(fā)、智能診斷與運(yùn)維等方面工作。

“核電設(shè)備與常規(guī)設(shè)備相比，最重要的指標(biāo)是安全和壽命，一般分為4個(gè)安全等級(jí)，其中核主泵位于安全殼內(nèi)，安全等級(jí)最高。”團(tuán)隊(duì)成員、江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院副院長高波介紹說，核主泵是用于驅(qū)動(dòng)冷卻劑在反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的泵。主泵位于核島心臟部位，用來將熱水泵入蒸發(fā)器轉(zhuǎn)換熱能，是核電運(yùn)轉(zhuǎn)控制水循環(huán)的關(guān)鍵，屬于核電站的一級(jí)設(shè)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(jìn)口，其自主設(shè)計(jì)和制造是我國推進(jìn)核電自主化的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

其他的核電用泵安全等級(jí)稍低，但是可靠性要求依舊很高。比如輔助給水電動(dòng)泵，它平時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)，一旦蒸汽發(fā)生器主給水系統(tǒng)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障，它就要立即啟動(dòng)，代替主給水泵及其系統(tǒng)進(jìn)行工作，排出反應(yīng)堆芯剩余熱量，保證核電站的安全。

解決水力機(jī)械“癌癥”

在生活中，泵隨處可見，農(nóng)田灌溉、石油化工、動(dòng)力工業(yè)、城市給排水等都會(huì)用到。在普通人眼里，泵無非就是葉輪、泵殼幾大件組成，是個(gè)傳統(tǒng)設(shè)備。

但是，關(guān)于泵的基礎(chǔ)科學(xué)研究一直沒有止步。高波告訴記者，江蘇大學(xué)流體機(jī)械及工程是國家重點(diǎn)學(xué)科，經(jīng)過近十年攻關(guān)，該校已建成高溫高壓試驗(yàn)臺(tái)、水力模型四象限全特性試驗(yàn)臺(tái)等專門針對核電用泵的試驗(yàn)平臺(tái)，與中國核電工程有限公司共建核電泵及裝置智能診斷運(yùn)維聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。

“空化”被稱為水力機(jī)械的“癌癥”，是影響水泵使用壽命與性能的最關(guān)鍵因素之一。袁壽其研究員介紹說：“空化是液體流動(dòng)的一種特有現(xiàn)象，在水力機(jī)械設(shè)計(jì)中是必須考慮的重要因素之一。”

在“華龍一號(hào)”機(jī)組核電用泵國產(chǎn)化研發(fā)任務(wù)中，江蘇大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)解決了一系列“空化”技術(shù)難題。

“我們綜合運(yùn)用流體力學(xué)、流體機(jī)械原理、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)等學(xué)科知識(shí)，為制造廠家提供核電泵設(shè)計(jì)技術(shù)支撐。”高波介紹說，其中要充分考慮核泵的特殊運(yùn)行工況、效率、空化、振動(dòng)噪聲等難點(diǎn)。

2020年底，“華龍一號(hào)”機(jī)組進(jìn)入設(shè)備安裝調(diào)試階段，一臺(tái)輔助給水電動(dòng)泵因振動(dòng)問題無法正常運(yùn)行。“振動(dòng)的原因比較復(fù)雜，是一個(gè)系統(tǒng)性的問題，如果振動(dòng)值超標(biāo)，將影響電站調(diào)試運(yùn)行進(jìn)度。”高波說道。

為了盡快找到癥結(jié)，江蘇大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)與設(shè)備廠家、現(xiàn)場專家在線上遠(yuǎn)程進(jìn)行問題研討和排查，成功協(xié)助現(xiàn)場解決了設(shè)備振動(dòng)問題，為核電機(jī)組反應(yīng)堆臨界和并網(wǎng)發(fā)電工程建設(shè)提供了技術(shù)支持，受到中國中原對外工程有限公司等相關(guān)單位的高度認(rèn)可。

關(guān)鍵詞： 水利機(jī)械空化問題 華龍一號(hào) 海外首個(gè)機(jī)組全面建成投產(chǎn) 三代壓水堆核電機(jī)組