AP1000核电厂叶片可调式循环水泵结构原理及特点分析

许志攀

摘 要：主要介绍AP100机组循环水泵概况，着重论述了循环水泵叶片角度调节机构、调节原理。分析了可调叶片式循环水泵优点及缺点。AP1000核电机组是三代核电机组之一，循环水泵的选取是全新的，与CPR以及EPR机组电站几乎没有太多的参考性，笔者通过对AP1000机组循泵的介绍，力求为后续类似机组的循泵配置和应用积累更多经验。

关键词：AP1000机组 叶片角度调节叶片控制单元循环水泵 立式混流泵

中图分类号：TL353 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（c）-0141-02

三门核电一号机是全球首台AP1000机组，其电厂循环冷却水采用一次循环冷却供水方式，循环水取自三门湾，经过热交换器后排入三门湾。该系统采用2×50%循环水泵配置，单台循环水泵流量139 800 m3/h，扬程16.2 m，转速164 rpm，轴功率7700 kW，进口直径4800 mm，出口直径4100 mm，如果一台循环水泵停运或跳闸，在设计海水温度的情况下，机组出力下降到96%额定功率。

循环水泵由日本三菱高砂制作所设计制造，为立式混流泵，且叶片角度可调，在国内核电厂尚属首例。叶片角度可调实现了冬季循环水泵可以在较小流量下运行，从而降低了泵的功率，减少厂用电量，从而达到节能的目的。该文将简单介绍循环水泵机构特点，保证机组今后的经济安全运行。

1 循环水泵结构概况

该循环水泵是单级、浸入式、可调叶片角度的立式混流泵，其结构主要包括吸入口，出口弯管，出口管，泵轴，叶片及径向轴承、轮毂及联轴器，循环水泵结构如图1所示。泵轴及电动机周均为空心，其中电机顶部装有控制杆。电动机轴装有连杆，用于叶片角度控制的叶片控制单元安装在电动机的顶部，如图2所示。液压油系统由油单元、叶片控制单元、叶片控制机构及附属管路组成。联轴器联接电机与泵，其被活塞及活塞环分成上下两个油室。活塞的下部连接在控制杆上，活塞的上部连接有电机连接杆及油管。叶片控制单元的油使控制杆作向上或向下运动从而调整叶片角度，推力轴承安装在电动机上，机架承受电动机及泵转子自重及运行时产生的轴向力，泵的转子径向力由橡胶导轴承承担。

2 叶片安装角调整的液压油系统组成

液压油系统由油单元、叶片控制单元、叶片控制机构及附属管路组成。

2.1 油单元

油单元安装在电机附近由油箱、冷油器、安全阀、过滤器及油泵组成。油单元供应液压油至叶片控制单元。正常工作时油泵对油进行加压并由安全阀进行控制。油泵为一用一备，备用泵在油失压或运行泵失效时才启用。油泵由电机驱动。油被油泵做功或室温导致的温升由冷油器进行冷却。

2.2 叶片控制单元

叶片控制单元安装在电机顶部，由先导阀、壳体及反馈机构组成。先导阀将油单元供应的油分流至活塞有杆腔与无杆腔从而控制叶片安装角。先导阀由开有进出油口的阀体、阀衬及阀杆组成。位于阀杆上部的连杆与控制电机及反馈杆连接。阀杆与阀衬上油口的相对位置从而实现配油的功能。控制电机允许自动及手动进行叶片的调整。

油管由高压油管及低压油管组成，高压油管套在低压油管的内部。低压油管由集装式机械密封进行密封。从叶片控制单元的回油通过疏油管回到油箱。

反馈机构设计功能为跟随叶片安装角的变化以维持先导阀位于中位。所有连杆的铰接处均有滚动球轴承确保灵活的运动。角度变送器与叶片角度刻度盘连接输送信号到主控室用于叶片角度的显示

2.3 顶轴油单元

顶轴油系统用于防止电机在启动时由于电机转子与泵转子部件的重量以及水力产生的轴向推力而使推力轴承受到损坏。该系统由循环油泵、管路与驱动电机组成，这些均位于循泵电机顶部，即上机架上。

3 循泵叶片角度调节原理

夏季海水温度升高，循环水流量需求增加，可增大循环水泵的叶片角度，从而获得更大的流量，下面介绍其角度增大的调节过程。

（1）控制电机接收到信号后顺时针旋转一定角度。

（2）调节连杆上移。

（3）杠杆1绕其与连杆2的铰接点旋转，杠杆1旋转的同时拉动先导阀阀杆1上移。

（4）控制油从进油口进入先导阀，流经开启端口并通过高压油管上的两个径向通油孔进入高压油管。

（5）由高压油管来的控制油通过连接杆及上控制杆的中心油孔及径向通油孔进入活塞的下部（有杆腔）。

（6）在油压（正常工作压力3.5MPa）的作用下，活塞带动整个控制杆上移，从而驱动下部的动叶组件运动，促使叶片逆时针旋转，即叶片安装角增大，亦即流量增大，如图2所示。

（7）活塞上移同时带动连接杆及高压油管上移，而高压油管通过联轴器与杆6连接，故杆6亦随之上移。

（8）连杆6的上移通过摇臂5与杠杆4的运动传递，促使连杆3下移，带动摇臂2逆时针旋转，在其旋转的同时带动连杆2下移。

（9）先导阀阀杆下移，直至阀杆处于中位，此时进油口与回油口关闭，活塞位置固定。

（10）在整个调整过程中，活塞上部的控制油通过高压油管与低压油管的径向间隙沿先导阀的关闭端口返回油箱。

根据以上分析，控制电动机开始动作时，摇臂1带动调节丝杆上控制阀阀杆，控制阀阀杆上移使液压油开始想活塞下部腔室共有驱动活塞运动。由于活塞及控制杆等一系列操作部件存在一定的惯性，所以活塞在控制电机相应开始经短暂时间才会开始动，存在着相应时间上的延迟。

随着季节的变化，还水温度降低时，循环水需求量减少，这是我们就可以降低循环水泵的叶片角度从而得到较小的流量，该过程与增大叶片角度的过程相反，就不再详述。

4 总结

4.1 叶片可调式循泵优点

三门湾海水随季节变化温差较大，最高水温32.5℃，最低水温4.5℃，循环水系统需带走凝气器的热量要求是一成不变的，在冬夏不同季节海水温差较大的情况下，三门核电厂采用可调叶片式循环水泵，能够降低冬季循环水泵的功率，从而减少厂用电，据估计每年每台机可节省厂用电124.6万度，三门核电厂设计为6台机组并且运行寿命为60年，因此对电厂的经济运行具有重要意义。

4.2 叶片可调式循泵缺点

运行限制。改变叶片角度的频率要低于一个月一次的频度，叶片角度隔一段时间要改变一点（比如+-5%的角度），以防止控制油单元管产生沉淀；控制油单元的油泵（一用一备）需要定期切换。

循泵叶轮浸没在海水中，叶片调节机构的叶片操作机构与叶片联接附加了很多密封装置，这些密封的部位如果出现锈蚀，叶片调节机构很可能被锈死，造成无法动作，叶片调节机构非常复杂，技术、制造工艺要求很高。早些年曾有少数电厂使用，但故障较多，近年基本没有新的使用业绩，具体实际效果，还需验证。

参考文献

[1] 顾军.AP1000核电厂系统及设备[M].北京：原子能出版社，2010.