核電站運(yùn)維防輻射電機(jī)：惠斯通如何以1.0×10? Gy耐輻射技術(shù)守護(hù)核島關(guān)鍵設(shè)備

在核電站的反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、乏燃料后處理熱室、核廢液處理系統(tǒng)以及反應(yīng)堆退役機(jī)器人中，電機(jī)必須承受從數(shù)萬戈瑞到上千萬戈瑞的累積輻射劑量。普通電機(jī)中的有機(jī)絕緣材料在高劑量輻照下會(huì)迅速降解，軸承潤(rùn)滑脂在輻射場(chǎng)中碳化結(jié)焦，導(dǎo)致電機(jī)在數(shù)月內(nèi)失效，而核電站的換料大修周期通常以年為單位，非計(jì)劃停機(jī)期間設(shè)備故障更換需要協(xié)調(diào)輻射防護(hù)、索具等多部門協(xié)同，成本以周甚至月計(jì)。江蘇惠斯通針對(duì)核島及核設(shè)施周邊的高輻射環(huán)境，開發(fā)了全系列耐輻射電機(jī)，以聚酰亞胺絕緣體系、全陶瓷軸承+固體潤(rùn)滑、全金屬密封和輻射耐受驗(yàn)證為核心技術(shù)，為核電運(yùn)維的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供從低劑量區(qū)到高劑量區(qū)的全周期可靠動(dòng)力。

一、核島內(nèi)部關(guān)鍵設(shè)備的耐輻射電機(jī)應(yīng)用

核島廠房?jī)?nèi)的設(shè)備無法輕易移出維修，電機(jī)從選材、結(jié)構(gòu)到密封都須滿足數(shù)十年的設(shè)計(jì)壽命要求。下表梳理了核島內(nèi)主要設(shè)備對(duì)耐輻射電機(jī)的核心需求及惠斯通解決方案。

控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（CRDM）是反應(yīng)堆安全運(yùn)行的核心設(shè)備，CRDM控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)長(zhǎng)期處于反應(yīng)堆壓力容器頂部的強(qiáng)輻射場(chǎng)中，且工作溫度較高。電機(jī)一旦失效，更換作業(yè)需在停堆換料期間進(jìn)行，維修窗口極其有限。惠斯通為CRDM配套的耐輻射伺服電機(jī)采用聚酰亞胺薄膜絕緣體系和釤鈷永磁體。聚酰亞胺在1.0×10??Gy伽馬輻照下絕緣電阻仍可維持在100?MΩ以上；釤鈷磁鋼的居里溫度高達(dá)700-800℃，在高溫輻照環(huán)境中磁性能衰減低于5%，保證了控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在全壽期內(nèi)的可靠運(yùn)行。

放射性廢液處理系統(tǒng)中的廢液攪拌、輸送電機(jī)長(zhǎng)期接觸含硝酸、磷酸的強(qiáng)酸介質(zhì)，同時(shí)伴隨強(qiáng)伽馬輻射場(chǎng)。普通電機(jī)有機(jī)材料在1.0×10??Gy劑量下已出現(xiàn)明顯降解，絕緣電阻驟降。惠斯通耐輻射電機(jī)累計(jì)輻射耐受劑量達(dá)1.0×10??Gy，溫度范圍覆蓋-19℃至+200℃，采用31L不銹鋼殼體和特氟龍涂層密封。電機(jī)在10???Pa高真空環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行2萬小時(shí)，各檢測(cè)節(jié)點(diǎn)溫度均穩(wěn)定在安全范圍，無問題記錄。

二、乏燃料后處理與核退役用耐輻射電機(jī)

在乏燃料后處理廠中，樣品的酸濃度和钚價(jià)態(tài)分析是高放射性環(huán)境下的工序，驅(qū)動(dòng)分析設(shè)備機(jī)械臂的電機(jī)必須承受強(qiáng)輻照、強(qiáng)腐蝕的雙重考驗(yàn)。惠斯通全陶瓷軸承+固體潤(rùn)滑方案杜絕有機(jī)潤(rùn)滑劑，避免潤(rùn)滑劑在輻射場(chǎng)中碳化導(dǎo)致的失效，已在多臺(tái)熱室內(nèi)機(jī)械臂中通過實(shí)際工況驗(yàn)證。

在核反應(yīng)堆退役工程中，中國散裂中子源（CSNS）靶站周邊存在強(qiáng)混合輻射場(chǎng)。40余臺(tái)惠斯通耐輻射伺服電機(jī)在靶站屏蔽體驅(qū)動(dòng)中連續(xù)運(yùn)行，累計(jì)受照劑量已超過5.0×10??Gy，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)無失步、無過熱保護(hù)動(dòng)作。核工業(yè)后處理熱室取樣機(jī)械臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)中，惠斯通耐輻射無框力矩電機(jī)已嵌入機(jī)械臂關(guān)節(jié)在強(qiáng)輻射場(chǎng)內(nèi)連續(xù)運(yùn)行兩年，定位重復(fù)精度穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)。

三、耐輻射電機(jī)材料體系與技術(shù)路徑

惠斯通耐輻射電機(jī)從絕緣材料、軸承潤(rùn)滑、全金屬密封三個(gè)維度構(gòu)建了系統(tǒng)化的耐輻射技術(shù)方案。

1. 聚酰亞胺絕緣體系：定子繞組采用聚酰亞胺薄膜繞包線，聚酰亞胺具有較好的輻射穩(wěn)定性，在1.0×10??Gy劑量下絕緣電阻保持在100?MΩ以上。配合真空壓力浸漬工藝，無溶劑樹脂在負(fù)壓下滲透繞組空隙，消除局部放電通道。對(duì)于1.0×10??Gy的超高劑量工況，可選用無機(jī)陶瓷絕緣繞組，杜絕有機(jī)材料在輻射場(chǎng)中的老化風(fēng)險(xiǎn)-1。

2. 全陶瓷軸承+固體潤(rùn)滑：普通軸承潤(rùn)滑脂在伽馬輻照下會(huì)發(fā)生交聯(lián)硬化或裂解，失去潤(rùn)滑功能。惠斯通針對(duì)高輻射區(qū)域采用全陶瓷軸承（氮化硅滾珠）配合固體潤(rùn)滑涂層（二硫化鉬或類金剛石），不依賴任何液態(tài)或膏狀潤(rùn)滑劑，消除了潤(rùn)滑劑輻照老化的隱患，可在輻射場(chǎng)中長(zhǎng)期免維護(hù)運(yùn)行。

3. 全金屬密封與玻璃燒結(jié)端子：電纜引出端采用玻璃燒結(jié)真空端子，金屬針與特種玻璃在高溫下熔為一體，形成原子級(jí)結(jié)合面，氣密性優(yōu)于10???Pa·m3/s，確保高輻照環(huán)境下密封不失效。

4. IEEE 323/RCCE 核級(jí)鑒定：核電站安全級(jí)電機(jī)須通過IEEE 323（IEC/IEEE 0780323）或RCCE核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)建造規(guī)則的鑒定，以及IEEE 344抗震試驗(yàn)-。惠斯通耐輻射電機(jī)可提供完整的型式試驗(yàn)報(bào)告和核級(jí)質(zhì)保文件，滿足核島安全級(jí)設(shè)備準(zhǔn)入要求。

四、惠斯通核電站運(yùn)維耐輻射電機(jī)選型指南

*所有系列可定制電壓（DC?24?V3000?V/AC?220?V1140?V），基座40400?mm，支持編碼器（23位絕對(duì)值/旋轉(zhuǎn)變壓器）、制動(dòng)器等選項(xiàng)，并提供IEEE 323、IEEE 344及RCCE鑒定文件。*