Насосы С11АЭ,11МТ,11ТС / 11-ТС / 2.Ксерокопии книг / 04.Насосное оборудование АС (постранично)

К лопастным насосам относятся центробежные, диагональные и осевые, отличающиеся друг от друга по направлению потока жидкости на выходе из рабочего колеса (рис. 1.4).

Лопастные насосы также подразделяются по потоку жидкости за рабочим колесом (с полуспиральным, спиральным,

нии, химическом производстве и т.д. Насосы, используемые в ядерной энергетике, можно приблизительно

разделить на следующие девять групп: 1) главные циркуляционные насосы (ГЦН), предназначенные для создания циркуляции теплоносителя; 2) питательные насосы — для подачи питательной воды из деаэраторов в парогенераторы или барабаны-сепараторы; 3) конденсатные насосы — для подачи конденсата из конденсаторов турбин через подогреватели низкого давления в деаэраторы; 4) насосы циркуляционного водоснабжения для охлаждения конденсаторов турбин; 5) насосы технического водоснабжения главного корпуса; 6) насосы систем безопасности; 7) насосы маслоснабжения систем турбоагрегатов; 8) насосы спецводоочистки и химводоочистки; 9) насосы вспомогательных систем.

Кроме ГЦН, питательных, конденсатных насосов и насосов систем безопасности, специально разработанных для АЭС, применяются насосы общепромышленного назначения.

По мощности и габаритным размерам лопастные насосы подразделяются на следующие:

малые — мощностью в номинальном режиме до 100 кВт; средние — мощностью в номинальном режиме свыше 100 до 400 кВт и с

внутренним диаметром входного патрубка до 400 мм; крупные — мощностью в номинальном режиме свыше 400 кВт или с

внутренним диаметром входного патрубка свыше 400 мм.

Вихревые насосы являются разновидностью лопастных насосов. Применяются они, как правило, в тех случаях, когда необходимо подавать жидкость с малыми подачами и большими напорами. Коэффициент быстроходности этих насосов ns < 40.

Вихревой насос (рис. 1.3, б) состоит из рабочего колеса 1 с радиальными лопастями, установленного в цилиндрическом корпусе. В боковых и периферийных стенках корпуса имеется концентричный канал 2, соединяющий всасывающее и нагнетательное отверстия, между которыми имеется перемычка 4. Жидкость через всасывающий патрубок 5 поступает к рабочему колесу и прогоняется по каналу 2 к нагнетательному патрубку 3. Вихревые насосы применяются в системах, требующих большого напора при малом расходе жидкости.

В вихревых насосах жидкость протекает по периферийной части рабочего колеса с наибольшей скоростью. Поэтому вероятность возникновения кавитации в вихревом колесе достаточно велика. Практика подтверждает склонность этого колеса к кавитации.

С целью повышения давления на входе в вихревое рабочее колесо устанавливается предвключенное рабочее колесо центробежного типа. Такой насос называется центробежно-вихревым.

Применение предвютюченного центробежного колеса позволяет существенно повысить скорость на входе в вихревое колесо и получить высокий напор вихревого колеса и насоса в целом.

Коэффициент полезного действия центробежно-вихревого насоса выше, чем КПД вихревого насоса за счет более высокого КПД центробежного колеса и составляет соответственно 55 и 50%.

Коэффициент быстроходности вихревых и центробежно-вихревых насосов ns = Ю-т-25. Поэтому, область применения указанных насосов по подаче и давлению (напору) близка к области применения объемных насосов (поршневых, роторных и др.).

Сравнение технических характеристик насосов показывает, что при равных подачах вихревые и центробежно-вихревые насосы развивают более высокий напор, чем центробежные.

Водокольцевой вакуумный насос на АЭС применяется в основном для отсасывания воздуха из конденсаторов турбин (зарядка сифона в системе циркуляционного водоснабжения).

На рис. 1.7 представлена конструкция водокольцевого насоса, поясняющая принцип его действия.

В цилиндрическом корпусе /, снабженном крышками 2 и 3, расположена эксцентрично (эксцентриситет в) крыльчатка 4 с лопастями 5. При вращении крыльчатки вода, частично заполняющая корпус, сбрасывается к ее периферии, образуя кольцевой объем. При этом в центральной части насоса поверхность втулки крыльчатки, внутренняя поверхность водяного кольца и поверхности смежных лопастей образуют объемы V, зависящие от их положения. Очевидно, объем V, отмеченный на рисунке, передвигаясь от верхнего положения к нижнему, постепенно увеличивается, вследствие чего возникает всасывание воздуха через патрубок 6 и приемное серповидное отверстие 7.

При движении из нижних положений вверх происходит уменьшение объема воздуха и вытеснение его через напорное отверстие 8 и патрубок 9. Всасывание и подача воздуха могут происходить только при условии наличия в корпусе достаточного количества воды. Вследствие того, что вода в небольших количествах выносится потоком воздуха, ее убыль необходимо восполнять.

Вакуум, создаваемый водокольцевым насосом при полном закрытии всасывающей трубы, составляет не более 92%.

Подача, м3/с, водокольцевого насоса определяется по формуле

где Di и Г>г — внутренний и внешний диаметры крыльчатки; а — минимальное погружение лопасти в водяное кольцо; z —количество лопастей; / — длина лопасти, равная {Dj ~ А)/2; S— толщина лопасти; b — ширина лопасти; п — частота вращения вала; г)0 — объемный КПД (до 96 %).

Коэффициент полезного действия водокольцевых насосов не превышает 50 %.

Объемные насосы. Работа объемного насоса выполняется путем всасывания и вытеснения жидкостей за счет циклического изменения объема в рабочих полостях при движении поршней, диафрагм, пластин, зубцов и т. д. [70]. На действующих в настоящее время АЭС из объемных насосов наибольшее распространение получили поршневые и роторные насосы.

В поршневом насосе (рис. 1.8, а) одностороннего действия в цилиндре 1 установлен поршень 2, двигающийся возвратно-поступательно от приводного механизма. При движении поршня вправо клапан открывается, и жидкость всасывается из всасывающей магистрали 4, а при движении влево клапан J закрывается, клапан 5 открывается, и за счет уменьшения объема рабочей полости жидкость вытесняется в напорную магистраль 6.

Периодичность движения поршня обуславливает неравномерность подачи жидкости. Для уменьшения неравномерности подачи применяются двух- и многоцилиндровые поршневые насосы. Кроме того, для привода поршней затруднено применение высокооборотных двигателей без редукторов.

Роторные насосы работают по принципу вытеснения жидкости из свободного объема между роторными элементами: зубчатыми колесами (рис. 1.8, б), винтами, пластинами (рис. 1.8, в) и т. д.

В качестве приводов насосов АЭС в настоящее время применяются электродвигатели асинхронного типа и паровая турбина (привод питательного насоса ПТА 3750-75 с бустерным насосом БН 3800-20).

1.3. Основные параметры насосов

Работа насоса характеризуется следующими параметрами: напором, подачей, мощностью, коэффициентом полезного действия, частотой вращения и кавитационным запасом (рис. 1.9) [17, 21, 29, 67].

Напор Н или давление р насоса — разность удельных энергий жидкости между всасывающим и напорным патрубками насоса, выражаемая в метрах столба жидкости или в паскалях, (1 Па = 0,102 мм вод. ст.)

где рп и рв — абсолютные давления на выходе и входе насоса, Па;

vн и "ов — скорости жидкости на выходе и входе насоса, м/с; zH и zB — высоты точек измерения от плоскости сравнения, м; р — плотность жидкости, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2.

В практике чаще применяется понятие напора насоса Н=p/pg. На осно-

Подача насоса О — объем (масса) жидкости, подаваемой насосом в единицу времени. Единицей подачи является 1 м3/с, м3/ч, л/с, л/мин; а массовой подачи Ом — 1 кг/с, т/ч. Для измерения объемной подачи применяются

подачи — экстремальные значения подач насоса, устанавливаемые по условиям эксплуатации в данной системе.

Мощность насоса N— это мощность, передаваемая от электродвигателя или турбины к валу насоса.

Полезная мощность насоса измеряется обычно в киловаттах: Nn = pg(2tf/1000, где О — подача насоса, м3/с; Н — напор насоса, м.

Мощность насоса N больше полезной Nn на -значение потерь в насосе. Эти потери оцениваются коэффициентом полезного действия насоса г|, ко-

отдельных видов энергии в насосе: г|—г|г г ^ т]мех, где rir — гидравлический КПД насоса — отношение полезной мощности к сумме мощностей полезной и гидравлических потерь в насосе; г)^ — объемный КПД насоса — отношение полезной мощности к сумме мощностей полезной и объемных потерь через зазоры и уплотнения вала насоса; т|мех — механический КПД — отношение полезной мощности к сумме мощностей полезной и потерь от трения в подшипниках, уплотнениях и вращающихся частей о жидкость (дисковые потери).

Значения КПД современных лопастных насосов — 0,6 — 0,92.

Кавитация. Допустимая высота всасывания. Кавитация в насосах объясняется образованием разрывов сплошности в тех местах, где давление снижается до давления насыщенного пара при данной температуре, при этом происходит быстрое вскипание жидкости с образованием пузырьков пара, которые после перехода в зону повышенного давления и исчерпания кинетической энергии быстро сокращаются [15].

Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается гидравлическим ударом и звуковым импульсом. Если кавитационные пузырьки замыкаются вблизи обтекаемого тела, то много-

щейся с угловой скоростью ю, проявляются центробежные силы и силы Кориолиса, приводящие к изменению момента количества движения массы жидкости [18, 29].

Рис. 1.11. Схема центробежного насоса

Взаимодействие лопасти с потоком жидкости происходит на площади, ограниченной на входе диаметром В; и шириной bh а на выходе — D2 и Ь2. Жидкость выходит из рабочего колеса с абсолютной скоростью % , равной геометрической сумме относительной скорости w2 и окружной скорости и2:

V2=W2 + U2.

Скорости v2 , w2 и и2 образуют треугольник скоростей на выходе из рабочего колеса. Относительная скорость w2 направлена по касательной к лопатке, а окружная скорость и2 направлена по касательной к окружности с диаметром В2 в сторону вращения рабочего колеса.

Абсолютную скорость можно разложить на две взаимно перпендикулярные составляющие: vul — окружную составляющую абсолютной скорости и •ум2 — меридиональную скорость, являющуюся проекцией абсолютной скорости на плоскость, проходящую через ось рабочего колеса и выходную

кромку лопасти.

Примем обозначения углов: а2 — угол между векторами скоростей v2 и и2; р2 _ угол между вектором скорости w2 и отрицательным направлением скорости и2. Буквенные обозначения скоростей и углов на входе в рабочее колесо аналогичны обозначениям для выходного сечения.

Для вывода основного уравнения лопастных насосов используем уравнение момента количества движения: М = QM(vu2R2 +vulRl), где Ом —массовый