3.3 Выемная часть.

Выемная часть ГЦНА-1391 (рис.11) состоит из следующих основных деталей и узлов: корпуса, вала, нижнего радиального подшипника скольжения, наружного лабиринта, среднего лабиринта, вспомогательного колеса, рабочего колеса, блока торцевого уплотнения вала, радиально-осевого подшипника (РОП) с пусковым электромагнитом и антиреверсным устройством, деталей крепления. Нижний радиальный подшипник и блок уплотнения вала ГЦН-195М и ГЦНА-1391 практически аналогичны. Конструктивно узел радиально-осевого подшипника выполнен аналогично узлу подшипника ГЦНА-195М, с заменой пары трения в связи с применением водяной смазки вместо масла. Блок уплотнения ГЦНА-1391 практически полностью соответствует серийному блоку уплотнения насоса ГЦНА-195 М.

1 – корпус; 2 – вал; 3 - нижний радиальный подшипник скольжения; 4 – наружный лабиринт; 5 – средний лабиринт; 6 – вспомогательное колесо; 7 – рабочее колесо; 8 – блок торцевого уплотнения вала (БУ); 9 – радиально – осевой подшипник (РОП); 25 – электромагнит осевой разгрузки вала; 34 – антиреверсное устройство.

Рис. 11. Выемная часть ГЦНА-1391. Продольный разрез

Корпус насоса.

Основным несущим узлом выемной части является корпус насоса. К нижней части корпуса крепится наружный лабиринт, уплотняемый прокладкой, отделяющий полость автономного контура от полости первого контура. Средний и внутренний лабиринты, служащие для организации направления потока воды автономного контура.

Вал, рабочее и вспомогательное колесо.

Валы ГЦНА-1391 и ГЦН-195М по конструкции аналогичны. Вал насоса – цельнокованый, изготовляется из поковки стали мартенситно-ферритного класса. На обоих концах вала имеются эвольвентные шлицы для посадки рабочего колеса и гребня радиально-осевого подшипника. Вал насоса динамически балансируется совместно с рабочим колесом, вспомогательным колесом, гребнем РОП, съемной втулкой нижнего подшипника и обоймой.

Рабочее колесо – центробежное, закрытого типа с шестью лопатками двойной кривизны. На ступице рабочего колеса установлена съемная лабиринтная втулка.

В ступицу рабочего колеса запрессована шлицевая втулка, которая имеет центрирующий конус, что обеспечивает беззазорную посадку рабочего колеса на валу, независимо от температуры рабочей среды. Рабочее колесо устанавливается на валу при помощи эвольвентных шлицов выполненных во втулке и в осевом направлении крепится болтами и шпильками с гайками.

На вал насоса, за рабочим колесом по посадке движения установлено вспомогательное колесо, зафиксированное от проворота призматической шпонкой, а в осевом направлении закрепленное гайкой. Вспомогательное колесо – центробежное, закрытого типа, с цилиндрическими лопатками, служит для циркуляции воды автономного контура через нижний подшипник при работе насосного агрегата.

Нижний радиальный подшипник скольжения.

Является опорой вала и предназначен для восприятия радиальных нагрузок. Корпус подшипника изготавливается из стали аустенитного класса. В корпус запрессованы вкладыши из графитофторопластовой прессмассы. Ответной парой трения являются втулки вала из стали, имеющие поверхностный термообработанный слой, напрессованные на съемную втулку. Так как графитофторопластовый материал нижнего подшипника способен нормально работать при относительно низких температурах не более 150 ⁰С, гораздо меньших, чем температура 1-го контура, поэтому он смазывается и охлаждается водой, циркулирующей отдельно от теплоносителя 1-го контура. Этот контур охлаждения нижнего подшипника обычно называется «автономным контуром». Вкладыши из графитофторопластового материала с внутренней стороны имеют проточки по высоте для прохода охлаждающей воды автономного контура. Как правило, фторопласт не выдерживает температур выше 200 ⁰С, при этом начинает происходить его формоизменение и распухание. Поэтому инструкции по эксплуатации как ГЦН-195М так и ГЦНА-1391 ограничивает предельную температуру автономного контура на уровне 150С.

Блок торцевого уплотнения вала.

БУ предназначен для предотвращения протечек воды первого контура АЭС из насоса и представляет собой блок состоящий из корпуса, втулки, двух основных дросселирующих ступеней торцевого типа, разделительной и концевой ступени торцевого типа, фланца, упорного кольца, винтов упорных, фиксаторов, втулки.

В качестве материала пар трения торцевых уплотнений ГЦНА используется силицированный графит, получаемый путем пропитки пористого графита кремнием. В процессе пропитки в результате взаимодействия кремния с углеродом образуется карбид кремния. Часть кремния и графита остается не связанной, поэтому силицированный графит представляет собой трехкомпонентную систему. Карбидная фаза обуславливает высокие физико-механические показатели и химическую стойкость, а свободный графит - антифрикционные свойства. Недостатком силицированного графита является хрупкость, а также то, что он подвергается обработке только алмазным кругом на шлифовальных станках.

Для предотвращения протечек горячей воды первого контура по валу, по каналам в корпусе блока уплотнения в полость, между первой основной и разделительной ступенями уплотнения, подается охлажденная вода от системы продувки первого контура.

Часть воды через разделительную ступень может попадать в первый контур, другая часть воды, охлаждая первую основную ступень уплотнения, дросселируется в выносном байпасном дросселе и поступает на охлаждение второй основной ступени. После второй основной ступени вода дросселируется на втором выносном байпасном дросселе и поступает на охлаждение верхней концевой ступени, после чего отводится в организованные протечки.

При нормальной работе уплотнения давление между основными ступенями распределяется примерно поровну. В случае выхода из строя первой основной ступени уплотнения, вторая основная ступень будет дросселировать полный перепад давления и насос останавливается защитой. В случае выхода из строя второй основной ступени уплотнения, первая основная ступень будет дросселировать полный перепад давления, при этом насос останавливается оператором. В случае выхода из строя обеих основных ступеней уплотнения полный перепад давления удерживается концевой ступенью, насос останавливается защитой с закрытием вентилей на линии оргпротечек.

Корпус уплотнения выполнен из поковки стали аустенитного класса. В корпусе выполнены каналы со штуцерами для подвода охлаждающей воды, подвода воды отмывки бора, подвода и отвода воды автономного контура, отвода организованных протечек воды, отвода свободного слива воды подаваемой на уплотнение и воды отмывки бора, а также каналы с гнездами под установку выносных байпасных дросселей первой и второй основных ступеней. Для удержания вращающихся элементов уплотнения при сборке вне насоса предназначена втулка.

Основные ступени уплотнения торцевого типа, одинаковы по конструкции и представляют собой узел, состоящий из корпуса, в который устанавливается не вращающийся элемент уплотнения (статор) и установленного на втулке вращающегося элемента уплотнения (ротора). Статор уплотнения имеет возможность осевого перемещения и предварительно поджимается к ротору пружинами. От проворота статор удерживается тремя радиальными штифтами. Для устранения перетечек воды по зазору между корпусом и статором устанавливаются резиновое и фторопластовое кольца. Для устранения перетечек воды по зазору между корпусом блока уплотнения и корпусом ступени уплотнения, а также между роторными элементами устанавливаются резиновые кольца.

Статор уплотнения (также как и ротор) состоит из металлического корпуса, в который вставлено кольцо из антифрикционного материала, удерживаемое в корпусе от выпадения при сборке установочным кольцом, а от проворачивания - двумя шпонками. Уплотнение кольца из антифрикционного материала в корпусе осуществляется резиновым кольцом.

Разделительная и верхняя концевая ступени конструктивно устроены аналогично основным ступеням. На всех режимах работы уплотнения статор находится в непосредственном контакте с ротором уплотнения. При нормальной работе протечка запирающей воды через концевую ступень не превышает 0,05 м³/час.

Для исключения отложения кристаллов бора предусматривается "отмывка" концевой ступени. Для этого над верхней концевой ступенью организована полость, в которую подается дистиллят на смывку бора. Дистиллят, смешиваясь с возможной протечкой (0,05 м³/час) борированой воды концевой ступени, отводится на свободный слив.

Нужно отметить, что уплотнение вала ГЦНА-1391, выполненное на торцевых ступенях аналогично ГЦН-195М, обладает высокой эксплуатационной надежностью, что подтверждает опыт эксплуатации этих ГЦН-195М. Установка дроссельных шайб основных ступеней вне блока уплотнения упростила и ускорила пусконаладочные и ремонтные работы по ГЦН-195М.

Радиально-осевой подшипник (РОП).

Радиально-осевое усилие, действующее на вал насоса, воспринимается радиально-осевым подшипником (РОП). Конструктивно узел радиально-осевого подшипника выполнен аналогично узлу главного упорного подшипника ГЦНА-195М (рычажная балансирная система типа "Кингсбери"), с заменой пары трения в связи с применением водяной смазки вместо масла.

РОП состоит из корпуса, верхнего и нижнего упорных колец, радиального подшипника верхнего, упорного гребня, верхней и нижней торцевых ступеней уплотнения, встроенного лабиринтно-винтового насоса, обеспечивающего циркуляцию воды в контуре радиально-осевого подшипника, обечайки. Сверху на корпус РОП устанавливается пусковой электромагнит.

Осевое усилие, действующее на вал насоса, через гребень передается на упорные колодки, опирающиеся на рычажную балансирную систему, обеспечивающую равномерное распределение нагрузки между ними и далее на корпус насоса. Рабочие поверхности упорных колодок и накладки гребня выполнены из антифрикционного материала и имеют такую форму поверхности, которая обеспечивает их смачивание и охлаждение рабочей жидкостью.

Рычажная система с упорными колодками и обоймой собрана в упорное кольцо. В корпусе осевого подшипника установлено два упорных кольца: верхнее, воспринимающее осевые силы действующие вверх, и нижнее - при обратном действии осевых сил.

Работу упорного подшипника с рычажной уравнительной системой "Кингсбери" можно объяснить следующим образом (рис. 12): диск 3 пяты опирается на восемь колодок 2, установленных на верхние уравновешивающие рычаги 1, которые, в свою очередь, двумя заплечиками держатся на заплечиках нижних уравновешивающих рычагов 6. Последние цилиндрическими выступами, расположенными радиально по середине, опираются на плоскость обоймы 7. Таким образом, упорные колодки в комплекте с верхними и нижними рычагами представляют собой замкнутую по кругу рычажную систему.

1 - верхний уравновешивающий рычаг; 2 - колодка; 3 - диск пяты;

4 - центр упора колодки; 5 - геометрическая ось симметрии колодки;

6 - нижний уравновешивающий рычаг; 7 - обойма опорная.

Рис. 12. Принцип работы РОП ГЦНА-1391 с рычажной уравнительной системой типа "Кингсбери"

Если некоторые из упорных колодок по каким-либо причинам выйдут из контакта с пятой, то остальные колодки через рычажную систему будут перемещать их до тех пор, пока осевые усилия, действующие на все колодки, не станут одинаковыми. Данная система распределения нагрузки между колодками хотя и представляется сложной при изготовлении, зато обеспечивает равномерность осевой нагрузки по всем колодкам.

Радиальное усилие воспринимается верхним радиальным подшипником. Верхний радиальный подшипник представляет собой корпус, выполненный из поковки стали аустенитного класса с запрессованными втулками из графитофторопластовой прессмассы. Ответной парой трения являются втулки вала, имеющие поверхностный термообработанный слой, напрессованные на съемную втулку, которая установлена на цилиндрической поверхности гребня. Корпус радиального подшипника с прессмассой центрируются в корпусе РОП по наружной поверхности.

Смазка и охлаждение радиально-осевого подшипника производится водой контура охлаждения, подпитываемого дистиллятом от систем АЭС. Циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется встроенным лабиринтно – винтовым насосом. Полость радиально-осевого подшипника уплотняется двумя торцевыми уплотнениями, конструктивно аналогичными ступеням уплотнения вала.

Пусковой электромагнит.

В насосе ГЦН-195М установленный на опорно-упорном подшипнике (ГУП) электромагнит был предназначен для постоянной разгрузки вала и подшипника от осевого усилия при давлении 1 контура более 110 кгс/см². Инструкции по эксплуатации ГЦН-195М разрешают работу ГЦН при давлении более 110 кгс/см² не более 5 часов при неработающем электромагнитном разгрузочном устройстве.

В конструкции ГЦН-1391 установленный на радиально-осевом подшипнике (РОП) электромагнит изменил свое назначение – он стал пусковым. Пусковой электромагнит служит для частичной разгрузки осевой силы при пуске насосного агрегата при давлении в первом контуре свыше 6,86 МПа (70 кгс/см²). Пусковой электромагнит состоит из обоймы и корпуса с катушкой. Корпус электромагнита цельнокованый, изготавливается из углеродистой стали и устанавливается на фланец корпуса РОП. В корпус электромагнита укладывается катушка. Катушка изолирована от корпуса кремнеорганической изоляцией. По внутреннему диаметру корпуса электромагнита закреплено храповое колесо антиреверсного устройства.

Электромагнит питается выпрямленным током напряжением 220 В. Питание подводится к клеммнику, установленному на корпусе электромагнита. В клеммнике параллельно обмотке подключен диод для защиты обмотки от перенапряжения в период отключения электромагнита. Время работы электромагнита в пусковом режиме 8 сек., непрерывной работы 60 сек., не более.

Антиреверсное устройство.

Антиреверсное устройство, служащее для предотвращения проворачивания вала насоса при противотоке теплоносителя, состоит из храпового венца, установленного в корпус пускового электромагнита, обоймы, имеющей пазы для установки упоров, закрепленных на оси. Антиреверсные устройства ГЦНА-1391 и ГЦН-195М по конструкции практически аналогичны.

После пуска насоса более тяжелая часть упора под действием центробежной силы поворачивается вокруг оси, выходит из зацепления с зубцами храпового венца и не препятствует вращению вала насоса в прямом направлении. При остановке же насоса центробежная сила перестает действовать на упоры и они под воздействием пружин входят в зацепление с зубцами храпового венца, надежно предохраняя насос от проворачивания вала при противотоке теплоносителя.