22

Разработка технических решений по обеспечению надежной роботы гцн-195м

Модернизация главных циркуляционных насосных агрегатов для повышения безопасности работы энергоблоков АЭС

В настоящее время на АЭС с ВВЭР-1000 находится в эксплуатации 20 блоков, на которых длительно эксплуатируются более 80 насосов типа ГЦН-195М.

Суммарная наработка ГЦН-195М составляет 1000 реакторо-лет.

Максимальная наработка агрегата ГЦН-195М – 130000 часов.

Анализ накопленного опыта эксплуатации ГЦН с уплотнением вала и инерционным выбегом с реакторами ВВЭР. а также новые требования по обеспечению безопасности АЭС позволяют сформулировать ряд направлений дальнейшего совершенствования конструкции ГЦН Направление совершенствования, их перспективность определяются в основном требованиями максимального повышения надежности, и эксплуатационной безопасности АЭС.

Указанные направления нашли свое отражение при разработке насосов ГЦК-1309 и ГЦН-396 для ВВЭР-440 и ГЦНА- 1391 для АЭС с ВВЭР-1000.

Вместе с тем, несмотря на положительный опыт эксплуатации ГЦН-195М и ГЦН-317, установленных на блоках ВВЭР-1000 и ВВЭР-440, Центральное Конструкторское Бюро Машиностроения (ЦКБМ) постоянно занимается вопросами совершенствования конструкции, повышения безопасности и надежности эксплуатации оборудования. Совершенствование насосного оборудования проводится по нескольким направлениям, которые в настоящее время нашли свое отражение в конструкции ГЦНА- 1391, разработанного для реакторной установки В-392 и примененного для строящихся АЭС в Китае и Иране и представленного на рисунке 3.3. В таблице 3.2 представлены его основные параметры.

Конструкция ГЦНА- 1391 явилась продолжением развития конструкции ГЦН-195М. в которую внесены следующие усовершенствования:

1. В отличие от ГЦН-195М, имеющего цельнолитую конструкцию спирального корпуса насоса, корпус насоса ГЦНА- 1391 выполнен виде сферической штампо-сварочной конструкции.

Такое конструктивное решение позволило отказаться от применения литья и связанного с этим большого объема ручных работ по зачистке и устранению дефектов литья, повысило надежность конструкции и существенно усилило ее технологичность.

Работы по совершенствованию конструкции корпуса продолжаются, так для поставки в Китай совместные работы ЦКБМ, Ижорского завода и ЦНИИТМАШа позволили исключить из конструкции центральный сварной шов.

2. Проточная часть насоса выполнена в виде штампо-сварных конструкций рабочего колеса и направляющего аппарата вместо литого рабочего колеса, применявшегося на первых серийных насосах ГЦН-195М. Такая конструкция рабочего колеса уже внедрена и эксплуатируется на ряде насосов ГЦН-195М и позволила исключить дефекты литых рабочих колес, применение направляющего аппарата позволит уменьшить радиальные нагрузки на рабочее колесо и увеличит ресурс подшипников.

3. Изменена конструкция главного и разъема ГЦНА, который в настоящее время выполняется в виде двух плоских прокладок специальной конструкции, выполненных из материала «Графлекс». Прокладки устанавливаются в плоскости разъема корпуса насоса и крышки, что позволяет существенно снизить влияние термических деформаций на обеспечение герметичности главного разъема. Между прокладками предусматривается контроль герметичности, что позволит обнаружить протечки внутренней прокладки, в случае их появления, и. при необходимости, перейти на работу на внешней прокладке и повысить надежность работы главного разъема. Конструкция главного разъема обоснована проведенными опытными работами.

4. В части конструкции выемной части насоса ГЦНА- 1391 небольшие изменения произошли в радиально-осевом подшипнике, который переведен со .смазки маслом на водяную смазку.

Дело в том. что вследствие протяженных трасс подвода и отвода масляной смазки, проложенных через бокс парогенераторов и герметичные проходки с локализующей арматурой, а также арматуры регулирования подачи масла, установки промежуточной емкости и системы пожаротушения масляная система представляет собой сложную конструкции. Поэтому и было принято решение о применении в системах смазки охлаждения радиально-осевых подшипников, работающих на воде. Такие работы велись в ЦК'БМ с 1982 г. К настоящему времени разработаны, изготовлены и успешно прошли испытания в составе агрегатов ГЦН радиально-осевые подшипники на водяной смазке. Испытания проводили на натурных стендах агрегатов ГЦН. устанавливаемых в составе как энергоблоков ВВЭР-440, так и ВВЭР-1000.

Рис. 3.3-ГЦНА-1391 с механическим уплотнением вала

Таблица 3.2-Основные характеристики насоса ГЦНА- 1391

Наименование	Единицы измерения	Значения
Подача	М3/ч	22000
Напор	М(кгс/см2)	89,4±3,5 (6,5±0,25)
Температура теплоносителя	°С	290-300
Давление на входе	МПа (кгс/см2)	15,3 (156)
Мощность насосного агрегата
- на горячей воде	кВт	5100
- на холодной воде	кВт	7100
Напряжение сети	В	6000
Частота сети	Гц	50
Момент инерции(СD2)	т·м2	7,6
Частота вращения (синхронная)	Об/мин	1000

Таблица 3.2 (продолжение)

Наименование	Единицы измерения	Значения
Масса (масса электродвигателя)	т	120 (41,7)
Габаритные размеры:
-высота	мм	10302
-в плане	мм	3480
Расход охлаждающей воды:
-промконтура	м3	55
-тех. вода	м3	65
в том числе:
-электродвигателя	м3	45
-маслоохладителя	М3	20
Материалы
осевого подшипника и рабочего блока уплотнений		Силицированный графит
радиального подшипника		Графито-фторопласт по стали
Срок службы	лет	30
Работа без технического обслуживания	час	16000

При работе осевого подшипника на масляной смазке в паре трения во время работы сохраняется гидродинамический режим работы, при этом, например, для агрегата ГЦП-195М минимальный зазор между рабочими колодками- и упорным диском составляет 0,05 мм. Выравнивающая система подшипника типа "Кингсбери" позволяет отслеживать торцевой бой упорного диска и перекосы не вращающихся поверхностей подшипника. В паре трения осевого подшипника применен классический вариант пары трения, работающей на масле: баббит Б83 по стали. Многолетний опыт эксплуатации ГЦН-195М показывает, что при хороших смазывающих свойствах масла пары трения не изнашиваются.

При переходе на воду в качестве смазочно-охлаждаюшей жидкости минимальный расчетный зазор в гидродинамическом клине уменьшается в 10 раз. Учитывая допуски на изготовление, фактическую шероховатость рабочих поверхностей, а также деформации контактирующих поверхностей, можно сделать вывод, что пара трения работает в непосредственном контакте в полужидкостном режиме трения.

Учитывая изложенное, необходимо было подобрать надежно работающую пару трения в непосредственном контакте с параметром нагрузки РУ до 1600 - 1800, где: Р - удельное давление в паре трения, кгс/см²; V- окружная скорость в паре трения, м/с.

На основании проведенных исследований был выбран материал пары трения с указанным параметром нагрузки PV – силицированый графит марки СГ- П05 ТУ48-20-81-76, работающий в качестве основной и ответной составляющих пары трения.

Положительный многолетний опыт эксплуатации насосов с блоками уплотнения, имеющими близкие параметры РУ с парой трения в рабочем торце СГ-П05 по СГ-П05 на действующих ВВЭР-440 и 1000, подтвердил высокие триботехнические характеристики этой пары трения. Она и была рекомендована для высоконагруженных осевых подшипников на водяной смазке.

Ввиду того, что осевой подшипник с выравнивающей системой типа "Кингсбери" отслеживает торцевые бои и перекосы в агрегате ГЦН, обеспечивая при этом равномерное прилегание элементов пары трения, которые воспринимают действующее осевое усилие, при проектировании осевого подшипника на водяной смазке общий принцип системы "Кингсбери" был сохранен и представлен на рисунках 5 и 6. На колодках вместо наплавленного баббита Б83 были закреплены секторы из материала СГ-П05. Поверхность трения упорного диска набрана из отдельных секторов силпцированного графита, что обусловлено особыми условиями охлаждения и смазк-ц. а также значительными размерами (наружный диаметр упорного диска достигает 850 мм). Набор поверхности упорного диска из отдельных элементов привел к необходимости выполнить смазочные каналы с отклонением от радиального направления на некоторый угол, позволяющий исключить ударный характер встречи отдельных колодок с набором секторных элементов упорного диска.

Радиальный подшипник узла радиально-осевого подшипника одинаков с нижним подшипником насоса по конструкции и применяемой паре трения. Его работоспособность подтверждена многолетней эксплуатацией в составе серийных насосных агрегатов.

Экспериментальную отработку и доводку радиально-осевого подшипника на водяной смазке проводили на натурном стенде ЦКБМ. предназначенном для испытаний агрегата ГЦН ВВЭР-1000. Всего за время испытаний узел радиально-осевого подшипника отработал около 6000 часов.

Из сравнения состояния рабочих поверхностей подшипника после наработки 5500 часов с состоянием рабочих поверхностей пары трения уплотнений после аналогичных

Рис. 3.4-Общий вид упорного диска осевого подшипника

Рис. 3.3-Общий вид обоймы осевого подшипника

периодов наработки с учетом многолетней работы пары трения СГ-П05 по СГ-ПОГ) в составе блоков уплотнения серийных электронасосных агрегатов следует прогнозировать надежную работу элементов пары трения высоконагруженных осевых подшипников в течение не менее 30 тыс. часов. Это свидетельствует о создании и возможности установки в составе ВВЭР-1000 электронасосных агрегатов на водяной смазке.

5. Изменена конструкция нижней части торсионной муфты насоса, в которой вместо зубчатого венца, погруженного в масляную ванну, организованную в верхнем конце вращающегося ритора насоса и заполняемую маслом во время сборки агрегата, устанавливается гибкая пластинчатая муфта. Хотя мы и имеем положительный опыт эксплуатации зубчатого венца, однако, необходимость заполнения маслом полости ротора и его удержания во время работы создает определенные неудобства в эксплуатации, поэтому и было принято решение по модернизации торсионной муфты.

6. С переходом на ГЦН с уплотнением вала по сравнению с герметичными насосами резко возросло количество вспомогательных систем, которые обеспечивают работу насоса. Наряду с традиционными системами автономного контура для охлаждения и смазки нижнего водяного подшипника и системой охлаждения добавились система смазки, о которой уже выше упоминалось, и система подачи воды в блок уплотнения насосного агрегата, конечно, наличие большого количества вспомогательных систем усложняет конструкцию установки насосного агрегата и условия ее эксплуатации.

На рисунке 3.5 представлена установка насосного агрегата ГЦНА-1391 применительно к АЭС «Бушер».

Отличительной особенностью конструкции установки насосного агрегата является расположения вспомогательного оборудования на стенках строительной части.

При этом холодильники устанавливаются в верхней части для обеспечения условий охлаждения за счет естественной циркуляции при нахождении насосного агрегата в режиме горячего резерва. Такое решение позволило исключить из схемы охлаждения автономного контура вспомогательный герметичный насос ВЦЭН-310, который включался в режиме стоянки в горячем резерве для прокачки воды автономного контура через холодильник, и тем самым упростить схему автономного контура.

По системе подачи воды в блок уплотнения также проведены изменения. На действующих блоках АЭС для ВВЭР-1000 и ВВЭР-440 в настоящее время применяется подача воды в уплотнения насосов специальными центробежными или поршневыми насосами. .!

В ГЦНА-1391 решено отказаться от штатных насосов, а подачу воды в блоки уплотнения осуществлять из системы спецводоочистки высокого давления, которая работает за счет

Рис.3.5- Общий вид установки насосного агрегата ГЦНА-1391 для АЭС “Бушер”

напора самого насосного агрегата. При этом вода на уплотнения отбирается после холодильников системы СВО. Данное решение разработано совместно с ЦКБМ и Московским и Санкт-Петербургским Атомэнэнергопроектом ц позволяет ликвидировать зависимость работы блока уплотнений от работы подпитывающих насосов и обеспечить автономность насосных агрегатов.

7. Насосный агрегат ГЦНА-1391 создавался для условий работы в сейсмически активных районах, для чего в нем проведено усиление разъемов между сопряженными опорными подставками, а также разъема, на который опирается электродвигатель. Агрегат для обеспечения работы при сейсмических воздействиях имеет два пояса раскрепления: один - на корпусе насоса, другой - на электродвигателе для подсоединения гидроамортизаторов.

8. В отличие от электродвигателей, находящихся в эксплуатации, электродвигатели, предназначенные для АЭС в Китае и Иране, выполняются со смазкой огнестойким маслом ОМТИ. что значительно повышает пожаробезопасность. При этом индивидуальная система смазки монтируется прямо на агрегате, что сводит к минимуму протяженность маслопроводов.