Im globalen Bestreben nach Energiewende und Sicherheit ist die Nachrüstung alternder Kernkraftwerke eine entscheidende Priorität. Für diese Modernisierungen sind nukleare elektrische Stellantriebe unerlässlich, da sie als Hauptantriebe für kritische Absperrventile dienen. Die Nachrüstung innerhalb der begrenzten ursprünglichen Einbauräume, um eine höhere Temperaturbeständigkeit, schnellere Reaktion und präzisere Steuerung zu erreichen, ist eine erhebliche Herausforderung, insbesondere auf dem europäischen Markt. Die Auswahl von Hochleistungs-Nuklear-Elektroantrieben ist daher von größter Bedeutung.
Ein europäisches Kernkraftwerk stand vor solchen Schwierigkeiten und benötigte Nachrüst-Nuklear-Elektroantriebe für elektrische Absperrventile mit Spezifikationen wie:1 Sekunde schnelles Öffnen, 150℃ Hochtemperaturbeständigkeit und volle Kompatibilität mit dem bestehenden Steuerungssystem. Mehrere lokale Lieferanten hatten Schwierigkeiten, die kombinierte Anforderung nach einer kompakten Größe und hoher Leistung in diesen spezialisierten Nuklear-Elektroantrieben zu erfüllen, was zu erheblichen Projektverzögerungen führte.
Durch die Nutzung fundierter Expertise im Bereich kundenspezifischer Antriebsdesign konzentrierte sich das GRAT-F&E-Team auf die Entwicklung überlegener Nuklear-Elektroantriebe und teilte die technischen Herausforderungen in vier Schlüsselbereiche für die gezielte Entwicklung auf:
1. Bereitstellung von hohem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit in einem kompakten Design für Nuklear-Elektroantriebe
Der Kunde benötigte den Nuklear-Elektroantrieb, um das Ventil innerhalb einer Sekunde auf engstem Raum zu öffnen und gleichzeitig eine Drehmomentleistung von mindestens 15 N・m aufrechtzuerhalten. Das Team überarbeitete das Getriebe und den Antriebsstrang speziell für diese kompakten Nuklear-Elektroantriebe und entfernte nicht wesentliche Teile. Das Endprodukt war 30 % kleiner als herkömmliche Antriebe der gleichen Klasse und erreichte erfolgreich eine vollständige 0–90° Ventilöffnung innerhalb einer Sekunde, wobei das Drehmoment durchweg über 20 N・m lag. Dieser Durchbruch zeigt, dass sowohl kompakte als auch leistungsstarke Nuklear-Elektroantriebe tatsächlich nebeneinander existieren können.
2. Von Klasse B zu H: Nuklear-Elektroantriebe für extreme Temperaturen gebaut
Dieses Nuklearprojekt erforderte, dass die elektrischen Stellantriebe zwei Kern-Temperaturtests bestehen: 1500 Öffnungs- und Schließzyklen bei 60℃ und 10 Stunden Dauerbetrieb bei 150℃. Der ursprüngliche Motor der Temperaturklasse B zeigte eine Isolationsverschlechterung bei 120℃, was für zuverlässige Nuklear-Elektroantriebe in Hochtemperaturumgebungen ungeeignet war. Als Reaktion darauf rüstete das Team auf Hochtemperatur-Isoliermaterialien der Klasse H (180°C-Fähigkeit) für alle Motorwicklungen und elektrischen Komponenten innerhalb des Nuklear-Elektroantriebs um. Die Endgeräte bestanden beide Tests ohne Verlust der Steuergenauigkeit und setzten damit einen neuen Standard für Hochtemperatur-Nuklear-Elektroantriebe.
3. Kundenspezifisches Mehrweg-Begrenzungssystem in Nuklear-Elektroantrieben eliminiert das Risiko von Fahrfehlern
Der vom Kunden vorgeschlagene Ansatz zur Wärmemanagement birgte das Risiko eines Positionierungsfehlers von 45–60°, was für nukleare „Null-Abweichungs“-Standards inakzeptabel war. Für diese Präzisions-Nuklear-Elektroantriebe widmete das Team zwei Wochen der Entwicklung eines kundenspezifischen Begrenzungssystems. Durch mehrere technische Besprechungen wurde der Fahrfehler auf nur ±1 Grad begrenzt, wodurch sichergestellt wurde, dass die neuen Nuklear-Elektroantriebe sowohl strukturelle Kompaktheit als auch außergewöhnliche Steuergenauigkeit lieferten.
4. Spezielles Schneckengetriebe-Design gewährleistet die lange Lebensdauer von Nuklear-Elektroantrieben
Nuklearausrüstung erfordert langfristige Zuverlässigkeit von jeder Komponente, insbesondere von den Nuklear-Elektroantrieben. Das Team entwickelte einen kundenspezifischen Mehrweg-Schneckenradsatz für diese Antriebe unter Verwendung einer speziellen verschleißfesten Legierung sowie Karburierungs- und Abschreckverfahren, gepaart mit einem hochtemperaturstabilen Schmiermittel. Tests zeigten eine 60 % Reduzierung der Verschleißrate bei 150℃ im Vergleich zu Standardprodukten, wodurch die langfristige Präzision und Zuverlässigkeit der Nuklear-Elektroantriebe für über 100.000 Betriebszyklen gewährleistet wurde.
Die gelieferten kundenspezifischen Nuklear-Elektroantriebe wurden nahtlos in den begrenzten Raum des Kunden und das bestehende Steuerungssystem integriert und erfüllten alle strengen Nuklearstandards. Dieses Projekt demonstrierte nicht nur die Fähigkeit von GRAT, fortschrittliche Nuklear-Elektroantriebe für komplexe Herausforderungen zu liefern, sondern etablierte auch einen replizierbaren technischen Blaupause für die weltweiten Kernkraftwerk-Sanierungsprojekte. Die kundenspezifischen Nuklear-Elektroantriebe von GRAT bieten eine bewährte und zuverlässige Lösung zur Verbesserung der Sicherheit und Effizienz von Kernkraftanlagen weltweit.
