224电动主给水泵系统APA.docx
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224电动主给水泵系统APA
§2.2.4电动主给水泵系统（APA）
一、概述
主给水泵系统由三台并联的半容量的电动泵组构成，正常时两台运行，一台自动备用，为蒸汽发生器的二次侧提供所需的给水。
每台给水泵组在8.79Mpa.a的压力下能提供2298.5m3/h的有效输出流量。
整个泵组安装在单独建造的基础上。
二、系统功能
本系统的主要功能如下：
-在规定的各种运行工况下，本系统将连续地经过高压给水加热器向蒸汽发生器提供所需的给水。
给水来源取自除氧器水箱；
-在各种周波电源条件下，能正常提供给水；
-给水泵能满意地单台运行或两台并联运行；
-处于备用状态的电动泵能在一台或两台运行中的给水泵之一跳闸时迅速投入运行；
-在反应堆额定热功率范围内，电动给水泵的变速方式能适应ARE系统向蒸汽发生器供水的需要；
-两台电动泵并联运行提供蒸汽发生器所需的给水时，能具有适当的裕量；
-备用电动泵自动投入运行的过程中，蒸汽发生器给水量的减少低于接口手册中要求的允许值；
-电动给水泵系统的滤网有充分的过滤作用，足以保证压力级泵长期安全运行。
三、系统描述
1.电动给水泵的结构
图-1电动给水泵
如图所示，电动给水泵组由前置泵[SuctionStagePump]（吸入级泵）、压力级泵[PressureStagePump]、电动机、液力耦合器以及增速齿轮箱等主要部件组成。
电动机轴的一端直接驱动前置泵，轴的另一端通过液力耦合器和增速齿轮箱带动压力级泵。
前置泵由一台功率为7100KW的鼠笼式异步电动机直接驱动，额定转速为1485rpm；压力级泵由电动机轴的另一端通过增速齿轮及涡轮液力联轴器驱动，额定转速为5825rpm。
2.给水泵的给水主回路系统
电动给水泵的前置泵和压力级泵均属卧式、单级双吸泵。
除氧器来的水经过三条降水管、前置泵入口电动隔离阀（APA101/201/301VL）、临时粗滤网、异径接头，进入前置泵（APA101/201/301PO），再从前置泵出口经装有异径接头、流量测量孔板的泵间联络管（此管与前置泵为法兰连接，与压力级泵为焊接）进入压力级泵（APA102/202/302PO），然后经出口逆止阀和电动隔离阀送往高压给水加热器。
在压力级泵与出口逆止阀之间设有接往引漏阀（再循环阀）的管线，每条引漏管线上有一只引漏阀（APA106/206/306VL）。
3.给水泵引漏系统
每台给水泵组都单独设有防止由于低流量时过热而损坏泵的引漏系统。
引漏管线由压力级泵出口引出，引漏流经过一个带有减压容器的引漏阀返回除氧水箱（ADG001BA）。
引漏流量为620m3/h，约为泵额定流量的30%；阀门由气动执行机构操作，执行机构的控制信号是来自前置泵与压力级泵之间的跨接管上的差压流量信号。
当泵的流量降低到低于27%额定流量时，引漏阀开启。
为了防止冲击，在引漏阀全关之前，压力级泵出口流量必须达到67.4%的额定流量。
引漏阀同时还起降压装置的作用。
在引漏管线靠近除氧水箱处安装有补偿孔板，以使引漏管线保持足够的压力，防止发生闪蒸。
在引漏阀的两侧都装有隔离阀，供维修隔离时用。
4.泵的机械密封
1）前置泵
泵壳的两端都有填料式机械密封，机械密封由管座式螺钉固定在驱动端和非驱动端的端盖上。
填料函和端盖之间的泄漏是通过填料函法兰和端盖之间的压缩非石棉纤维环来防止的。
所有的填料函都设有冷却水套，冷却水来自外来水源。
安装在泵两端的Burgmann公司的机械密封都是卡盘式结构，并且密封是通过外来水源进行冷却的。
2）压力级泵
安置在泵轴每一伸出端的机械密封采用盒式结构，以利于更换。
密封由一只动环和一只静环组成。
密封部件具有一体化的唧液螺杆，用于提供由密封腔经过热交换器和磁性过滤器的液体循环流动。
此外还有一个备用的磁性过滤器。
泵在运转时，该循环流动是连续的，并由磁性过滤器返回密封壳，以提供冷却循环，并形成闭式冷却回路。
热交换器的冷却水由SRI系统提供。
5.液力联轴器
秦山二期采用的液力联轴器是由德国VoithTurboGmbH公司制造的R16K-550.1型带有增速齿轮的勺管调节式涡轮液力联轴器。
其结构原理图如图-2所示。
图–2液力联轴器原理图
1
带有油箱的壳体
2
输入轴
3
带有双螺旋齿轮的齿轮箱
4
一次轴
5
一次涡轮
6
二次轴
7
二次涡轮
8
涡轮壳
9
工作腔
10
勺管腔
11
推力轴承
12
滑动轴承
13
机械工作油泵
14
机械润滑油泵
15
电机带动的辅助润滑油泵
16
勺管
17
勺管驱动机构
18
勺管驱动机构的凸轮盘
19
管位置控制阀
20
带有凸轮的油循环阀
21
工作油压力释放阀
22
润滑油压力释放阀
23
复式油过滤器
24
润滑油冷却器
25
工作油冷却器
26
仪表
27
止回阀
28
控制油的可调孔板
1）主要结构
联轴器包括以下部件：
-一次轴和一次涡轮
-二次轴和二次涡轮
-联轴器壳（法兰连接在一次涡轮上，由二次涡轮侧的壳体封闭）
-包括勺管控制机构的勺管套
一次轴与一次涡轮、二次轴与二次涡轮之间都采用刚性连接。
一次轴通过变速齿轮箱与电动机相连接，二次轴与压力级泵相连接。
一次涡轮、二次涡轮和联轴器壳构成了工作腔。
勺管和勺管套与液力联轴器是一个整体。
二次轴支承在勺管套上。
I.壳体
机械齿轮箱和联轴器统一容纳在一个封闭的箱体内。
油箱用法兰固定在箱体的底部。
II.齿轮箱
齿轮箱包括带有齿轮的输入轴，齿轮与液力联轴器的一次轴上的齿轮相啮合。
III.轴承
所有的轴都由滑动轴承支撑，并由润滑油润滑。
IV.油泵
工作油与润滑油回路是相互独立的；但两者使用的油都是取自同一油箱的一种油。
油由泵来输送。
工作油泵和润滑油泵由同一根输入轴驱动，轴的动力来自液力联轴器的输入轴的旋转。
一台由交流电动机驱动的辅助润滑油泵用来在泵组起动、停运过程中以及事故工况下提供润滑油。
还安装有一台由直流电动机驱动的辅助润滑油泵作为备用（这台由220V直流电动机驱动的辅助润滑油泵并不是安装在液力联轴器的本体结构上的，而是安装在联轴器箱体以外的地方，通过管线从联轴器箱体内的油槽中吸油）。
2）相关概念
I.能量的传输
齿轮变速液力联轴器可以将能量无级地从电动机传递到被驱动端，能量通过如下途径传递：
-电动机和齿轮液力联轴器之间通过一个接触式挠性联轴器传递；
-液力联轴器的输入轴和涡轮一次轴之间通过增速齿轮传递；
-一次涡轮和二次涡轮之间通过工作油的液力传递；
-齿轮液力联轴器和被驱动部件（压力级泵）之间由接触式挠性联轴器传递。
因此对压力级泵的无级调速可以通过对勺管的控制实现。
电动机的转动动能传递给一次涡轮（相当于泵的作用），一次涡轮的转动使工作油被加速，机械能被转化为工作油的动能。
二次涡轮（相当于透平的功能）吸收了工作油的动能，并将其转化回机械能。
这样能量就传递给了压力级泵，使其转动。
II.滑差
在能量传递的过程中，二次涡轮的转速要低于一次涡轮的转速，这个转速的差称为“滑差”。
产生滑差的主要原因是涡轮和工作油的摩擦，使一部分机械能转化为了工作油的热能。
因此，对工作油的冷却是必要的。
III.工作油循环
工作油通过工作油循环阀联轴器工作腔，由于旋转的离心作用，在工作腔内形成一个旋转的油环。
勺管的位置决定了勺管腔内的油环的厚度，同时也决定了工作腔内的油环厚度（勺管腔于工作腔是连通的）。
勺管将被加热的工作油直接引向工作油冷却器，工作油在那里得到冷却，然后通过工作油循环阀返回液力联轴器，完成工作油的循环。
如果需要增加联轴器内的工作油的油量，可调节勺管的位置，工作油泵将从油箱中抽取更多的油供联轴器使用。
工作油的流速：
工作油循环阀控制工作油的流速以补偿整个回路的阻力损失。
回路中的任何超压都会使多余的油通过压力释放阀返回油箱。
工作油的压力：
工作油的压力即是压力释放阀的整定压力。
工作油的温度：
在工作时保证冷却水的供应是非常必要的，通过对冷却水流量的控制即可实现对工作油的温度的控制。
IV.熔塞
如果在事故工况下，工作油的温度达到160℃，封固塞子的低熔点焊料熔化，工作油从工作腔中甩出，进入联轴器箱体内，使联轴器失油而停止工作。
工作油高温可能是由冷却功能失效或联轴器过负荷引起的。
3）联轴器的转速调节原理
压力级泵的转速可以无级调节，这是通过在运行中改变可移动的勺管的位置实现的。
勺管的控制如图-3所示
图-3勺管的控制
1
驱动机构
4
定位套筒
7
控制套管
2
凸轮盘
5
控制阀
8
勺管活塞
3
勺管
6
控制杆
9
腔室a
10
腔室b
-勺管插入到勺管腔中尽可能深的位置（0%位置）：
油环厚度最小，输出转速最低；
-勺管从勺管腔中抽出到尽可能外的位置（100%位置）：
油环厚度最大，输出转速最大；
-勺管的位置由凸轮盘决定，执行机构用来调节凸轮盘。
最大转速调节：
通过执行机构调节凸轮盘向“最大输出转速（100%）”方向转动。
-控制杆向勺管方向移动；
-控制油流入勺管定位筒的腔室a中，推动活塞，连带勺管向100%位置移动（向勺管腔外移动）。
工作油泵向工作油循环补充工作油。
最小转速的调节：
与最大转速调节的方法相反，控制油流入勺管定位筒的腔室b中，推动活塞连带勺管向0%位置移动（插入勺管腔中）。
联轴器排油。
通过压力释放阀，多余的油返回油箱。
控制油：
用于勺管液压控制的控制油通过调节孔板取自润滑油的返回管线上。
控制油油压：
控制油压力与压力释放阀的整定压力相同，由于通过孔板与润滑油循环相连，也充当控制润滑油压力的手段。
4）润滑
I.自润滑
齿轮液力联轴器的轴承和齿轮在运行中需要润滑，并且在投入运行前需要预润滑。
润滑油回路：
正常运行时，润滑油泵从油箱中吸油打入润滑油回路。
在起动和停运时，辅助润滑油泵承担循环润滑油回路的功能。
通过：
-止回阀；
-压力释放阀；
-润滑油冷却器；
-复式油过滤器；
经过过滤和冷却的油供给需要润滑的部件。
润滑油的流速：
轴承和齿轮箱所需要的润滑油流速由喷嘴中提供的孔板或孔来确定。
多余的润滑油通过压力释放阀返回油箱。
只有当改变润滑油压力时才可能对润滑油的流速有间接的影响。
润滑油的压力：
润滑油的压力与压力释放阀的整定压力相同，并且可调孔板由压力测量仪表监测（压力计、传感器、定值开关）。
任何润滑油系统的压力改变都会影响控制油的压力。
润滑油的温度：
润滑油的温度由温度测量仪表监测。
II.外部部件的润滑
电动机、被驱动的泵以及接触式联轴器所需的润滑油均取自齿轮液力联轴器的润滑油回路，并返回液力联轴器的油箱。
润滑油油压及流速：
润滑油的压力和流速由与液力联轴器的法兰连接处的孔板或由相关的润滑部件的回油回路上的孔板（如果有必要的话）决定。
6.冷却水系统
本系统是SRI系统（常规岛闭式冷却水系统）的一部分，它为电动给水泵组的多个部件提供冷却。
电动泵无论处于备用还是运行状态，都需要冷却水的供应。
需要提供冷却的部件如下：
-润滑油冷却器
-液力联轴器的工作油冷却器
-电动机空气冷却器
-压力级泵机械密封水冷却器，使密封水得以循环使用
-前置泵和压力级泵的冷却夹套，其作用是提供热屏障以保护轴封填料函
电动机的左右端上方各设有空气冷却器一台，热风自电动机中部上端分流进入冷却器，降温后再进入电动机壳体内循环使用。
压力级泵的机械密封水自成一闭式回路，由泵轴上的泵水环唧送水，经冷却器103RF及104RF后进入机械密封面。
冷却器管内为密封水，管外为冷却用的SRI系统的除盐水。
在冷却水的返回回路中均设有限流孔板，它可调整压差以限制流量。
如冷却水不能正常供应，则首先发出报警，继续恶化最终将导致跳闸停泵。
7.前置泵吸入侧安全阀
为了保护泵的进口和出口管线免受因出口逆止阀故障造成的超压损坏，在前置泵吸入侧隔离阀（APA101/201/301VL）后安装有一个安全阀（APA122/222/322VL），其整定的动作压力低于吸入管与除氧器的设计压力，但高于其最大工作压力。
可能造成前置泵入口超压的原因是：
前置泵的进口阀关闭时，压力级泵的出口隔离阀或均压阀意外开启，而压力级泵的出口逆止阀又不能正常密封时，运行泵的出口高压水将倒流入备用给水泵内，使之处于高压之下。
四、主要设备参数
1.前置泵
制造商
WeirPumpsLtd.
级数
１，双吸式叶轮
泵送介质
给水
负荷
设计值
额定值
吸入温度，℃
149.1
147.8
比重
0.9180
0.9188
流速，m3/h
2298.5
2101.7
T/h
2110
1931
吸入压力，bara
6.0
5.9
出口压力，bara
22.2
22.7
差压，bara
16.2
16.8
压头差，m
180
186
NPSHR（需要的净正吸入压头），m
9.0
8.0
NPSHA（可提供的净正吸入压头），m
15.2
15.55
运行时的功率损失，KW
1215
1176
转速，rev/min
1485
1485
效率，%
85.0
84.5
从电机往泵的方向看，转动方向
顺时针
2.压力级泵
制造商
WeirPumpsLtd.
级数
1，双吸式叶轮
泵送介质
给水
负荷
设计值
额定值
吸入温度，℃
149.1
147.8
比重
0.9180
0.9188
流速，m3/h
2298.5
2101.7
T/h
2110
1931
吸入压力，bara
21.7
22.3
出口压力，bara
87.9
94.2
差压，bara
66.2
71.9
压头差，m
735
798
NPSHR（需要的净正吸入压头），m
53.0
48.0
NPSHA（可提供的净正吸入压头），m
190.2
197.5
运行时的功率损失，KW
4942
4900
转速，rev/min
5825
5825
效率，%
85.5
85.7
从电机往泵的方向看，转动方向
顺时针
引漏流量（30%），m3/h
620
最大瞬时流量，m3/h
2873.1
3.驱动电机
制造商
Laurence，Scott&ElectromotorsLtd.
型号
鼠笼式异步电动机
输出功率，KW
7100
有效输出功率
最大连续出力
磁极数
4
转速，rev/min
1485
启动电流，A
4833
满功率工作电流，A
805
安装方式
水平安装
外壳/保护
CACW/IPW55
电源
6KV，3ph，50Hz
4.液力联轴器
制造商
VoithTurboGmbH
类型
带有增速齿轮的勺管调节式液力连轴器
传递功率，KW
4942，有效输出
调节范围
4:
1,向下
转速，rev/min
输入端
1485
输出端
5825
滑差%
2.65
五、系统运行
1.正常运行
机组正常满负荷运行时两台泵并联运行，一台处于自动热备用状态。
2.特殊稳态运行
主汽轮机机组跳闸。
当主汽轮机组跳闸（主蒸汽排向凝汽器）时，给水泵将继续运行并增速，以维持给水母管与新蒸汽母管的压差。
3.特殊瞬态运行
1）除氧器卸压。
在气轮机组甩负荷或跳闸时，除氧器的自动控制系统能保证其压力基本稳定或有控制的下降。
这将保证实际的净正吸入压头满足给水泵所需净正吸入压头的要求。
一般的系统失效时仍能保证给水泵所需的净正吸入压头。
2）多台泵并联运行。
-正常运行时两台泵并联运行；
-在以下情况时将出现三台泵并联运行：
在两台电动泵并联运行时，用另一台电动泵来代替其中之一的切换过程中。
上述切换过程是经常出现的工况。
此时刚接入系统的给水泵以高速投入，自控装置将使运行的两泵大致相同地降低负荷，随即三台泵都承担提供给水的任务。
接下来是将刚接入的给水泵投入自动状态，将拟停运的给水泵切换到手动控制状态，并让它降到零负荷后解列。
3）电源供应变化（指电源的电压、周波变化）。
电源供应变化将影响电动给水泵的转速，会变更其前置泵的转速，此时液力联轴器将起调节作用，调整压力级泵转速，维持整台给水泵组的应有功能。
4）压缩空气、冷却水或电源中断。
-压缩空气中断时，引漏阀将全开；
-正常运行时如冷水中断，将发出警报，并使给水泵跳闸；
-220V交流电源中断时，引漏控制系统将使引漏阀全开，液力联轴器的执行机构将因失电而“故障固定”。
4.起动与正常停运
1）手动起动
电动给水泵可以由主控室遥控或就地操作予以起动。
起动前必须先核实以下五个条件均已满足：
-电动泵润滑油系统已投入运行，且润滑油压不低于限值；
-电动泵系统所有的冷却水系统已投入运行；
-引漏阀已全开；
-液力联轴器勺管的执行机构已已调整到最小转速（0%）位置；
-全部阀门均处于正确位置。
起动步骤：
a）确认以上列出的所有启动前检查已经结束；
b）将涡轮耦合器勺管执行机构设在“START”位置；
c）启动主给水泵驱动电机；
d）在泵升速后，确认辅助润滑油泵停运，并且泵组轴承的润滑油供应是由机械驱动的主油泵来完成的；
e）当泵达到运行速度后，逐渐开启出口隔离阀，并确认引漏控制阀关闭。
注意：
若泵组是向空的给水母管充水，则出口阀不能立即完全开启，应该慢慢开启以控制进入母管的给水流量。
给水泵组的起动：
运行工况
动作
结果
勺管在0%位置
辅助润滑油泵起动
联轴器和压力级泵仍处于静止状态，轴承被润滑
润滑油油压>1.6bar
电动机起动
电动机起动、联轴器充油并旋转
电动机起动后1分钟（润滑油油压>2.5bar
辅助润滑油泵停运
联轴器和压力级泵旋转
勺管在n%位置
压力级泵在所需的转速下运行
给水泵组的停运：
运行工况
动作
结果
勺管在0%位置
联轴器放油，压力级泵以最小转速运行
电动机停运
电动机和压力级泵逐渐停止，轴承仍被润滑
电动机停运或润滑油压力<1.5bar的信号自动起动辅助润滑油泵
辅助润滑油泵起动
轴承仍然被润滑
整个泵组停运后
辅助润滑油泵停运
轴承不在被润滑
2）自动起动
与上节所述的五个条件中的第四条相反，首先应将液力联轴器的勺管执行机构置于最高转速（100%）位置，并核对其余四个条件均已满足，然后将泵组置于“备用”状态。
这样，当该泵组接到运行中的电动给水泵的跳闸信号时，即能在8-10秒内自动起动投入运行。
刚接入的泵的压力级泵以高转速投入，然后自控系统会调节其转速，使其与并联运行的电动泵的给水负荷大致相同。
3）降速
当电动给水泵跳闸或失去电源时，其惰走时间一般在1.5秒内就降至不再向蒸汽发生器供水的转速。
4）停转
正常停泵时应手动将转速降至最低运行转速，然后再切断电动机的电源。
虽然电动给水泵可以在任何转速下手动拉闸停泵，但推荐的操作方法是把转速控制信号先手动降至最低值，然后再手动拉闸停泵。
这样操作可避免蒸汽发生器出现短时流量不足的缺陷。
5）倒转
电动给水泵处于备用状态或在停运过程中，如果出口逆止阀失灵，则有可能发生倒转。
此时保护装置将关闭给水泵出口隔离阀；当倒转转速达到某整定值时，连锁装置将闭锁电动机的起动。
倒转时，监测装置将使AGM系统投入运行。
如果处于备用状态下的电动泵发生倒转，则该泵将不能自动投入运行，必须通过手动才能起动该泵。
六、仪表与控制
1.给水泵运行时的监测和连锁
-监测给水泵倒转，发生倒转时自动关闭泵的出口隔离阀；
-吸入侧阀门与给水泵的起动信号之间的连锁：
阀门未全开时给水泵无法起动；
-给水泵支持轴承与推力轴承乌金瓦温度监测及报警；
-用净正吸入压头表计对水泵的吸入条件进行监测，当净正吸入压头过低时即报警，并使泵无法起动；
-监测泵组高速轴承的振动，超标时发出报警；
-前置泵前滤网的差压监测，差压过大时报警，提醒操作人员清理滤网；
-当流量降低到某整定值时，泵间联络管上的流量孔板将发出信号，将引漏系统自动投入；当流量增至某整定值时，将自动关闭有关引漏阀。
给水泵起动时，引漏阀是开启的。
就地装有试验阀启、闭的设施；
-电动机定子线圈装有测温装置；
-电动机空气冷却器装有检漏用的滴水盘，有泄漏时将发出报警，滴水盘装有虹吸排水管。
-
2.泵的转速控制系统
泵的转速控制系统能保证实现如下功能：
-保证蒸汽发生器给水母管和蒸汽母管之间的压差等于一个随负荷变化的整定值，以维持给水流量控制系统调节阀前后的压差恒定，从而消除了两台蒸汽发生器之间给水的耦合影响，满足蒸汽发生器给水流量要求。
-在保证总给水流量的前提下，使并联运行的电动泵的流量合理分配，并具有一定的裕量。
给水泵组的前置泵由电机直接带动，其转速基本不变。
压力级泵通过液力联轴器和增速齿轮驱动，其转速的变化可以满足不同的给水需求量。
调速原理如下：
调速信号调节液力联轴器勺管的位置，改变联轴器工作腔内的充油程度，从而改变二次轴的转速，使压力级泵达到所需的转速。
3.给水泵的停运信号
-给水泵组推力轴承温度高；
-给水泵组支撑轴承温度高；
-给水泵组轴承振动大；
-给水泵组转子轴向位移大；
-给水泵出口压力低；
-润滑油压力低；
-给水泵马达线圈温度高；
-给水泵马达冷风温度高；
-润滑油温度高；
-工作油温度高；
-除氧器液位低低；
-一回路安注信号；
-给水泵出口流量低；
-给水泵冷却水流量低；
-给水泵入口阀未全开；
-手动停运。
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