一种核电厂用的应急动力系统、以及核电厂动力系统的制作方法

1.本发明属于核技术领域，具体涉及一种核电厂用的应急动力系统、以及包含该应急动力系统的核电厂动力系统。


背景技术：

2.为实现核电厂的电源系统的高可靠性，目前核电厂都设置了正常供电系统和应急供电系统。其中，应急供电系统主要用于在正常供电系统失效时使用，为核电厂的正常运行或者安全停堆提供应急电源。
3.目前，核电厂的应急供电系统的电源形式主要有柴油机发电和蓄电池两种。虽然采用柴油发电机和蓄电池可在一定程度上解决核电厂的应急供电问题，但是，随着核电厂安全性要求的日益提高，使得应急供电系统的容量要求越来越高，对柴油机发电和蓄电池的容量要求也随之升高，采用柴油发电机和蓄电池为核电厂提供应急动力源的缺陷也越来越明显，比如：
4.(1)三代核电厂的每台机组需要设置4～5台柴油发电机组来应对核电厂的失电工况，核电厂需要贮存大量的柴油，这在一定程度上增大了火灾发生风险，并且，柴油机发电时燃用柴油会对环境造成污染；(2)蓄电池储能有限，单位动力成本高；(3)无论是柴油机发电还是蓄电池供电，储能形式单一，可靠性较低。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种核电厂用的应急动力系统、以及包含该应急动力系统的核电厂动力系统，可为核电厂提供应急动力，提高核电厂的可靠性和安全性。
6.根据本发明的一个方面，提供一种核电厂用的应急动力系统，其技术方案为：
7.一种核电厂用的应急动力系统，包括高压压空供应单元、动力输出单元，
8.所述高压压空供应单元包括空气压缩机组，所述空气压缩机组用于生产高压压缩空气；
9.所述动力输出单元包括膨胀机，所述膨胀机与所述空气压缩机组相连，用于使空气压缩机组提供的高压压缩空气膨胀降压，并输出高压压缩空气膨胀降压时产生的机械能。
10.优选的是，所述动力输出单元还包括发电机，
11.所述发电机与所述膨胀机的动力输出轴相连，利用高压压缩空气在膨胀机内膨胀降压产生的机械能使动力输出轴转动带动所述发电机进行发电，并输出电能。
12.优选的是，所述动力输出单元还包缓冲罐、压缩空气释放控制阀，
13.所述缓冲罐与所述膨胀机相连，所述压缩空气释放控制阀设于所述缓冲罐上，两者均用于稳定所述膨胀机的出口的压力。
14.优选的是，所述高压压空供应单元还包括净化装置，
15.所述净化装置与所述空气压缩机组相连，用于对空气压缩机组生产的高压压缩空气进行干燥、过滤。
16.优选的是，所述高压压空供应单元还包括储罐、止回阀，
17.所述储罐的入口与所述净化装置通过第一管道相连，其出口与所述膨胀机通过第二管道相连；
18.所述止回阀设于所述第一管道上。
19.优选的是，所述高压压空供应单元还包括安全阀，所述安全阀设于所述储罐上。
20.优选的是，所述应急动力系统还包括控制单元，
21.所述控制单元包括第一隔离阀、压力调节阀，所述第一隔离阀、所述压力调节阀均设于所述第二管道上。
22.优选的是，所述控制单元还包括控制器、检测器，
23.所述检测器用于检测核电厂的正常供电系统是否正常，并在核电厂的正常供电系统失效时发送第一信号；
24.所述控制器与所述检测器电连接，还与所述第一隔离阀电连接，用于接收检测器发送的第一信号并在接收到第一信号时打开第一隔离阀，使所述第二管道开通。
25.根据本发明的另一个方面，提供一种核电厂动力系统，其技术方案为：
26.一种核电厂动力系统，包括以上所述的核电厂用的应急动力系统。
27.优选的是，还包括机械设备、以及应急电网，
28.所述机械设备与所述膨胀机的动力输出轴，通过联轴器或变速箱相连，用于利用膨胀机输出的机械能做功；
29.所述应急电网与所述发电机相连，用于传输发电机产生的电能。
30.本发明至少可产生以下有益效果：
31.本发明的核电厂用的应急动力系统，可为核电厂提供应急动力，相比于现有技术，本系统既可以对外输出电能，提供应急电源，还可以直接对外输出机械能，具有多重性、多样性，可提高核电厂应对失电工况的能力，并且，本系统不需要燃用柴油，成本低，环保无污染，核电厂内无需贮存大量的柴油等应急发电用燃料，可降低发生火灾的风险，有利于提高核电厂的可靠性和安全性。
32.本发明的核电厂动力系统，由于包含了以上所述的应急动力系统，可确保在正常供电系统失效时的应急动力需求，提高核电厂的可靠性和安全性，并且，相比于现有技术，可降低柴油机的负荷，减少柴油燃烧对环境的污染，减少或避免在核电厂内贮存大量的柴油，降低火灾风险。
附图说明
33.图1为本发明实施例中的核电厂用的应急动力系统的结构示意图。
34.图中：1
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空气压缩机组；2
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净化装置；3
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止回阀；4
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球罐；5
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安全阀；6
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第一隔离阀；7
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压力调节阀；8
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膨胀机；9
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发电机；10
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电源开关；11
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应急电网；12
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缓冲罐；13
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压缩空气释放控制阀；14
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机械设备；15
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低压压缩空气用户；16
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第一管道；17
‑
第二管道。
具体实施方式
35.为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
36.实施例1
37.如图1所示，本实施例公开一种核电厂用的应急动力系统，包括高压压空供应单元、动力输出单元，其中：高压压空供应单元包括空气压缩机组1，空气压缩机组1用于生产高压压缩空气；动力输出单元包括膨胀机8，膨胀机8与空气压缩机组1相连，用于使空气压缩机组1提供的高压压缩空气膨胀降压，并输出高压压缩空气膨胀降压时产生的机械能。
38.具体来说，空气压缩机组1的数量可以为一台，也可以为多台，比如，如图1所示，空气压缩机组1的数量为两台，具体可根据实际需求进行选择。并且，当空气压缩机组1的数量为多台时，多个空气压缩机组1并联设置。空气压缩机组1生产的高压压缩空气的压力优选为20mpa～40mpa。
39.膨胀机具体可采用透平膨胀机，是通过将来自上游的高压气流膨胀为低压气流，连续不断的将压力能转化为机械能。膨胀机8的数量可以为一台，也可以为多台，比如，如图1所示，膨胀机8的数量为两台，具体可根据实际需求进行选择。并且，当膨胀机8的数量为多台时，多个膨胀机8并联设置。
40.在一些实施方式中，动力输出单元还包括发电机9，发电机9与膨胀机8相连，用于利用高压压缩空气在膨胀机8内膨胀转化的机械能作为驱动力进行发电，并对外(如核电厂的应急电网11)输出电能。
41.相比于现有技术，本系统既可以对外输出电能，提供应急电源，还可以直接对外(如泵、压缩机、阀门等可直接使用机械能作为驱动力的机械设备14，可通过联轴器、变速箱相连，直接利用膨胀机8做功驱动运行)输出机械能，具有多重性、多样性，有利于提高核电厂的可靠性和安全性。
42.在一些实施方式中，动力输出单元还包缓冲罐12、压缩空气释放控制阀13，其中，缓冲罐12与膨胀机8相连，压缩空气释放控制阀13设于缓冲罐12上，两者均用于稳定膨胀机8的出口的压力，以确保膨胀机8稳定运行。具体来说，高压压缩空气在膨胀机8中膨胀降压后，变为低压压缩空气，缓冲罐12用于暂存该低压压缩空气。并且，缓冲罐12上还可以设有输出管线，用于将缓冲罐12中的低压压缩空气输出到核电厂内的低压压缩空气用户15，以提供低压压缩空气气源。
43.在一些实施方式中，高压压空供应单元还包括净化装置2，净化装置2与空气压缩机组1相连，用于对空气压缩机组1生产的高压压缩空气进行干燥、过滤，以确保高压压缩空气满足动力输出单元中膨胀机8等设备运行所需的气体质量要求。
44.具体来说，净化装置2与空气压缩机组1通过管道相连，其数量可以为一台，也可以为多台，比如，如图1所示，净化装置2的数量为两台，具体可根据实际需求进行选择。并且，当净化装置2的数量为多台时，多个净化装置2并联设置。
45.在一些实施方式中，高压压空供应单元还包括储罐4、止回阀3，其中：储罐4的入口与净化装置2通过第一管道16相连，储罐4用于贮存经净化装置2干燥、过滤后的高压压缩空
气，储罐4的出口与膨胀机8通过第二管道17相连，以将干燥、过滤后的高压压缩空气通入到膨胀机8；止回阀3设于第一管道16上，以防止储罐4内的高压压缩空气倒流，避免对净化装置2、空气压缩机组1造成损害。
46.具体来说，储罐4优选采用球罐，相比于其他类型的储罐4(如圆筒形储罐)，在相同容积和相同压力下，球罐的表面积最小，所需钢材面积少，占地面积小，基础工程量小，可节省土地面积，在相同直径情况下，球罐壁内应力最小，而且均匀，其承载能力更强,安全性高。储罐4上可设有压力表，用于检测储罐4内的压力，压力表上设有第一压力阈值，当压力表检测到储罐4内的压力达到第一压力阈值时，发送关闭信号。空气压缩机组1、净化装置2的控制机构(图中未示出)分别与压力表的信号输出电路电连接(图中未示出)，用于接收压力表发送的关闭信号，并在接收到关闭信号时自动关闭空气压缩机组1和净化装置2，停止向储罐4通入高压压缩空气。压力表上还可以设有第二压力阈值，当压力表检测到储罐4内的压力低于第二压力阈值时，向空气压缩机组1、净化装置2的控制机构发送启动信号，空气压缩机组1和净化装置2的控制机构接收压力表发送的启动信号，并在接收到启动信号时自动启动，以向储罐4内补充高压压缩空气，直至储罐4内压力达到第一压力阈值。第一压力阈值和第二压力阈值可根据实际需求进行选择，本实施例中不进一步限定。
47.储罐4的数量可以为一个，也可以为多个，比如，如图1所示，储罐4的数量为两个，具体可根据实际需求进行选择。并且，当储罐4的数量为多台时，多个空气压缩机组1并联设置。
48.在一些实施方式中，高压压空供应单元还包括安全阀5，安全阀5设于储罐4上，以防止储罐4超压。具体来说，安全阀5的数量为与储罐4数量相同的一个或多个，以确保每个储罐4上至少设有一个安全阀5。
49.在一些实施方式中，本系统还包括控制单元，控制单元包括第一隔离阀6、压力调节阀7，第一隔离阀6、压力调节阀7均设于第二管道17上，第一隔离阀6用于控制第二管道17的通闭，在核电厂的正常供电系统有效时，第一隔离阀6处于常闭状态，压力调节阀7用于调节和稳定膨胀机8入口的压力。
50.具体来说，第一隔离阀6优选为电动阀，控制单元还包括控制器和检测器(图中未示出)，其中：检测器用于检测核电厂的正常供电系统是否正常，并在核电厂的正常供电系统失效断电时发送第一信号；控制器与检测器电连接，还与第一隔离阀6电连接，用于接收检测器发送的第一信号并在接收到第一信号时控制第一隔离阀6自动打开，使第二管道17开通，即第一隔离阀6为自动控制方式控制。当然，第一隔离阀6也可以为手动控制，而不限于自动控制，即控制单元还包括手动控制开关，手动控制开关与第一隔离阀6电连接，工作人员可通过手动控制开关控制第一隔离阀6的开闭。
51.在一些实施方式中，本系统中的第一管道16、第二管道17等各个管道上，分别还可以增设一个或多个第二隔离阀(图中未示出)，以便控制系统运行以及设备检修。
52.需要注意的是，本系统除了适用于核电厂用，同样还可以适用于其它类似需要提供应急动力(包括电能、机械能)的场所，而不限于用于核电厂使用。
53.下面对本实施例的核电厂用的应急动力系统的工作过程进行详述，具体如下：
54.(1)在核电厂正常运行时，即正常供电系统有效时，空气压缩机组1、净化装置2运行，以生产出足量可符合膨胀机8运行所需压力、气体质量的高压压缩空气，并通入到球罐
内贮存、备用，当球罐(储罐4)内压力达到设定的第一压力阈值时，空气压缩机组1和净化装置2连锁自动关闭，当球罐内压力低于第二压力阈值时，空气压缩机组1和净化装置2自动启动并向球罐内补气；
55.(2)当核电厂内正常电源丧失后，即正常供电系统失效，第一隔离阀6自动打开或通过手动控制开关打开，从而使球罐内贮存的高压压缩空气释放到膨胀机8(如透平膨胀机，也叫涡轮机)中，膨胀机8在高压压缩空气膨胀的作用下，使动力输出轴转动，并驱动与动力输出轴连接的发电机9发电，发电机9产生的电能通过核电厂内的应急电网11进行输电，核电厂内需使用应急电的各个设备从正常电网切换至与应急电网11相连，从而从应急电网11上取电使用；
56.(3)同时，对于核电厂内的一些可直接使用机械能作为驱动力的机械设备14(如泵、压缩机)，可直接由膨胀机8通过联轴器、变速箱驱动工作并执行其功能；
57.(4)膨胀机8出口的压缩空气(低压压缩空气)先通入到缓冲罐12暂存，之后通过压缩空气释放控制阀13向大气放气，同时，对于核电厂的一些低压压缩空气用户15可通过输出管线从缓冲罐12获取气源；
58.(5)当核电厂正常供电系统恢复后，空气压缩机组1和净化装置2自动开启，向球罐内补气，并在球罐内压力达到第一压力阈值时自动关闭。
59.需要注意的是，本系统除了用于在核电厂正常动力源(即正常供电系统)失效的情况下，为核电厂正常运行或安全停堆提供应急动力，同样也可以在核电厂正常动力源有效时使用，以补充动力，而不限于在核电厂正常动力源失效的情况下才使用。
60.本实施例的核电厂用的应急动力系统，可为核电厂提供应急动力，相比于现有技术，本系统既可以对外输出电能，提供应急电源，还可以直接对外输出机械能，具有多重性、多样性，可提高核电厂应对失电工况的能力，并且，本系统不需要燃用柴油，成本低，环保无污染，核电厂内无需贮存大量的柴油等应急发电用燃料，可降低发生火灾的风险，有利于提高核电厂的可靠性和安全性。
61.实施例2
62.本实施例公开一种核电厂动力系统，包括实施例1所述的核电厂用的应急动力系统。
63.具体来说，应急动力系统可以为一套，也可以为多套，以提高冗余性，降低故障率，具体可根据核电厂的可靠性要求进行选择。相比于现有技术，本核电厂动力系统可通过上述应急动力系统部分替代或完全替代传统的柴油机发电应急供电系统，可为核电厂提供多样化的应急动力，确保能够满足正常供电系统失效时的应急供电需求，提高核电厂的可靠性和安全性，并且，通过设置实施例1所述的应急动力，可降低柴油机的负荷，减少柴油燃烧对环境的污染，减少或避免在核电厂内贮存大量的柴油，降低火灾风险。
64.在一些实施方式中，本核电厂动力系统还包括机械设备14、以及应急电网11，其中：机械设备14与膨胀机8的动力输出轴通过联轴器、变速箱等连接部件相连，用于利用膨胀机8输出的机械能做功；应急电网11与发电机9相连，用于传输发电机9产生的电能。
65.具体来说，机械设备14即可直接使用机械能作为驱动力而运行的设备，比如泵、压缩机、阀门等等。应急电网11主要用于在发电机9发电时，将发电机9产生的电能输送到核电厂内的各个设备，尤其是一些需要持续供电的重要设备。应急电网11和发电机9之间的电路
上可设有电源开关10，以控制应急供电电路通断，提高核电厂的用电安全性。
66.本实施例的核电厂动力系统，由于包含了实施例1中所述的应急动力系统，可确保在正常供电系统失效时的应急动力需求，提高核电厂的可靠性和安全性，并且，相比于现有技术，可降低柴油机的负荷，减少柴油燃烧对环境的污染，减少或避免在核电厂内贮存大量的柴油，降低火灾风险。
67.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。