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

чими точками поршневого насоса при одиночной и параллельной работе с центробежным насосом.

Очевидно, что QB>QBI, т.е. изменение подачи принимает на себя только центробежный насос, а поршневой насос работает с постоянной подачей Оц, вследствие чего, параллельная работа центробежного и поршневого насосов возможна только правее характеристики насоса II.

При пуске поршневых и центробежных насосов на параллельную работу рекомендуется присоединять центробежный насос к уже работающему поршневому насосу, так как включение поршневого насоса при работающем центробежном насосе вызывает пульсацию потока жидкости в последнем.

2.4. Неустойчивая работа насосов

Для обеспечения нормальной работы насосных установок необходимо обеспечить устойчивую работу системы "насос — сеть".

При определенных условиях работа насоса является неустойчивой: резко изменяется подача насоса при значительных колебаниях напора, увеличивается шум и вибрация насосного агрегата. Такая неустойчивая работа насоса называется помпажем. Помпаж происходит у насосов, имеющих напорную характеристику Н =f (О) с западающей левой ветвью (тихоходные центробежные насосы) или с седлообразной (осевые насосы) характеристикой (см. табл. 1.2). Такие характеристики называются неустойчивыми.

Для объяснения причины помпажа рассмотрим один пример (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Устойчивость работы насоса в системе

Из источника водоснабжения насос 1 по трубопроводу 3 подает воду в емкость 5, откуда она поступает к потребителю. При установившемся режиме работы системы с рабочей точкой А насос имеет подачу 0А и напор На- При уменьшении потребления воды через слив 4 в переходном режиме в емкос-

ти J повысится уровень, и подача достигнет QB. Дальнейшее уменьшение потребления воды через трубу 4 приведет к повышению уровня воды в емкости, при котором напор насоса не обеспечит подъем уровня в емкости, в результате чего произойдет срыв подачи. Из рис. 2.10 видно, что при этом характеристика левее точки В выше характеристики Q— Н. Если в напорном трубопроводе имеется обратный клапан 2, то насос работает при О = 0, а при отсутствии обратного клапана — при Q < 0. В обоих случаях уровень воды в емкости будет понижаться, так как через трубу 4 вода вытекает. После того, как уровень понизится до отметки, соответствующей напору Но, насос вновь будет подавать воду в емкость, увеличивая подачу до Ов (рабочая точка В). Уровень в емкости поднимется, и явление повторится.

При стабильном уровне в емкости помпаж может наступить при снижении частоты вращения насоса, так как при этом характеристика сети Нс будет пересекать новую напорную характеристику в двух точках.

Режимы, расположенные между точками С и В неустойчивы в связи с возможностью возникновения помпажа. При этих режимах характеристика сети пересекает характеристику насоса также в двух точках, поэтому границей устойчивых режимов является рабочая точка С.

Характерным примером неустойчивой работы осевых и диагональных насосов является их работа в циркуляционных системах охлаждения конденсаторов турбин.

Осевые и диагональные насосы с ns= 350 -s- 1500 имеют характеристику с седлообразной левой частью. Рассмотрим устойчивость режима работы насо-

не будет возвращаться к исходному, и, как показано стрелками, будет отклоняться от него до тех пор, пока не достигнет точки А пересечения характеристик Н и Нс. Если же уменьшим расход на АО, то создавшийся перепад АН вызовет уменьшение скорости движения жидкости, это приведет к смещению режима в точку Aj. Отсюда видно, что режим А\ неустойчив и произвольно смещается в точку А или Aj

Очевидно, что критерий устойчивости связан с наклоном касательных к кривым Н и Нс. Режим будет устойчив при условии, что в данной точке пересечения характеристик насоса Н и Нс соблюдается условие

дН дНс

9Q < дО

Рассмотрим случай, когда система обладает еще и емкостью (рис. 2.11, б). Такие системы циркуляционного водоснабжения действуют на некоторых АЭС с реакторами РБМК-1000, в которых циркуляционный насос подает воду в промежуточный напорный бассейн, откуда под статическим напором вода поступает в конденсаторы турбин.

Пусть расход 0Е попадает в зону перегиба характеристики (точка Е). Допустим, подача насоса незначительно увеличилась. Это приведет к росту уровня в резервуаре и подьему линии Яс. Подача увеличится еще более, а это, в свою очередь, приведет к дальнейшему росту уровня в резервуаре. Так будет продолжаться до тех пор, пока характеристика Яс не достигнет точки А. Здесь О > 0Е и уровень в резервуаре продолжает расти, кривая Нс поднимается, но отрывается от характеристики насоса, и режим перескакивает из точки А в точку В, где Q< 0Е. Теперь уровень в резервуаре понизится, и режимная точка будет передвигаться по характеристике насоса, пока не достигнет точки С. Здесь опять происходит срыв режима, и он переходит в точку D, в которой О > Qe, ЧТО вызывает рост уровня в резервуаре и движение режимной точки от точки D к точке А. После этого процесс будет повторяться. Таким образом , режимная точка непрерывно движется по замкнутой кривой A BCD, охватывающей точку Е, уровень в резервуаре — от V// до УВ, а подачу — от QB до 0D.

Так происходит помпаж в осевом или диагональном насосе, когда система обладает еще и емкостью. Помпаж представляет собой одну из форм автоколебаний, чрезвычайно неблагоприятных для работы насоса и всей системы.

Период колебаний при помпаже зависит от характеристик Я и Яс и объема резервуара.

Чтобы избежать явления помпажа, нежелательно работать на восходящей части напорной характеристики насоса.

Помпаж насоса может наступать также в системах, где по разным причинам (засорение трубок конденсаторов турбин, срыв сифона в них и др.) изменяется крутизна характеристики сети Нс или геометрический напор.

2.5. Принципиальные тепловые схемы АЭС

Эксплуатирующиеся в настоящее время атомные электростанции России базируются на реакторах на тепловых нейтронах двух типов: РБМК (реакторе большой мощности канальном) и ВВЭР (водо-водяном энергетическом реакторе). Эксплуатируется также реактор на быстрых нейтронах типа БН.

Реактор каждого типа и его мощность определяют принципиальную тепловую схему, в составе которой имеются насосы, предназначенные выполнять конкретные технологические функции.

Реакторы типа ВВЭР являются наиболее освоенными, отличаются компактностью, простотой схемы, малым количеством конструкционных материалов в активной зоне, высокими технико-экономическими показателями, сравнительно низкой стоимостью [4].

Основу энергоблока с реактором ВВЭР-1000 составляют реакторная и паротурбинная установки. Тепловая схема АЭС с реактором ВВЭР-1000 двухконтурная: к первому контуру относятся реакторная установка и ее внешние системы, ко второму — паротурбинная установка (рис. 2.12).

ры кипения, соответствующей давлению насыщения. Насыщенный пар подается на цилиндр высокого давления 5 паротурбинной установки.

Реакторная установка имеет ряд вспомогательных систем, обеспечивающих нормальную работу и аварийные режимы первого контура АЭС. Система компенсации давления 35 предназначена для создания давления в главном контуре при пуске и для ограничения отклонений давления в допустимых пределах при изменениях температурных режимов циркуляционных петель.

Компенсация осуществляется паровой подушкой, которая создается за счет нагрева воды блоками электронагревателей, расположенных в нижней части корпуса.

Вода первого контура требует непрерывной байпасной очистки от примесей. Система байпасной очистки теплоносителя ВВЭР-1000 рассчитана на отбор до 100 т/ч продувочной воды из неотключаемой части главного циркуляционного трубопровода. После охлаждения в теплообменниках 27 и дросселирования давления до 2 МПа вода поступает в систему спецводоочистки 26, подогреватель 24 и деаэратор подпитки 25, куда подаются по трубопроводам 28 также организованные протечки ГЦН. Из деаэратора подпиточные насосы 23 (ЦН60-180) высокого давления закачивают очищенную воду через регенеративный теплообменник 27 в «холодную» нитку циркуляционной петли. Часть очищенной воды без подогрева подается по трубопроводу 28 на запирание уплотнений ГЦН.

Регулирование мощности реактора осуществляется двумя независимыми системами — механической (поглощающие стержни СУЗ) и химической (борное регулирование). Борное регулирование производится путем изменения концентрации борной кислоты (Н3В03). Для осуществления борного регулирования (изменения концентрации борной кислоты) используется система байпасной очистки воды.

Для обеспечения радиационной безопасности реакторная установка оборудована следующими основными системами безопасности: системой аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ), системой аварийного расхолаживания и длительного отвода остаточного тепловыделения, защитой от превышения давления и системой локализации аварии (CJIA).

Система САОЗ состоит из трех подсистем: пассивного впрыска 34, активного впрыска воды низкого давления и активного впрыска воды высокого давления, в состав которых входят соответственно насосы 31 (ЦНР 800-230 или ДХ 750-240) и 29 (ЦН 150-110), выполняющие защитные функции при различных масштабах аварии и на различных этапах ее развития. Параллельно с насосом 29 вклгючен поршневой насос ПТ-6/160С.

Первым защитным действием при выходе параметров реакторной установки за допустимые пределы является срабатывание аварийной защиты, то есть введение в активную зону механических поглотителей. Если аварийная защита сработала из-за ограниченной потери теплоносителя, вызвавшей ава-

рийное снижение уровня в компенсаторе давления 35, то включаются насосы 29 подсистемы активного впрыска высокого давления, подающие борированную воду из баков аварийного запаса в неотюпочаемые части «холодных» ветвей циркуляционных трубопроводов и во входной объем реактора.

При дальнейшем развитии течи, вплоть до разрыва главного циркуляционного трубопровода, давление в первом контуре снижается^ Когда оно становится ниже давления азотной подушки в гидроаккумуляторах 34 (6 МПа), срабатывают быстродействующие обратные клапаны, и вода из двух гидроаккумуляторов выдавливается во входной объем реактора, из остальных двух — в выходной объем. После истечения всей воды из гидроаккумуляторов срабатывают отсечные клапаны, не допускающие поступления азота в реактор и вытеснения им воды из активной зоны.

Одновременно с системой пассивного впрыска включаются насосы 31 системы активного впрыска низкого давления, которые перекачивают в первый контур содержимое баков аварийного запаса борированной воды. При максимальной проектной аварии под герметичной оболочкой реактора повышается давление из-за парообразования воды первого контура. Герметичная защитная оболочка рассчитана на давление 0,5 МПа.

Когда давление под герметичной оболочкой реактора становится больше 0,17 МПа, включаются насосы 30 (ЦНСА 700-140 или ДХ 700-140) спринклерных установок, которые относятся к активным конденсирующим устройствам CJTA.

Пар, заполняющий объем под защитной оболочкой, конденсируется на струях холодной воды спрйнклерных установок, благодаря чему давление в нем не выходит за допустимые пределы, при этом сохраняется целостность защитной оболочки, и радиактивные продукты (пар, вода, газы) не выходят в окружающую среду. Таким образом, спринклерные установки вместе с защитной оболочкой представляют систему локализации аварии с потерей теплоносителя.

После опорожнения емкостей аварийного запаса раствора борной кислоты насосы 31 низкого давления и спринклерные насосы 30 откачивают из приямков 33 стекающие в них протечки циркуляционного контура, воду спрйнклерных установок и конденсат пара. Вода из приямков охлаждается в теплообменниках 32 и опять закачивается в первый контур и на спринклерные установки до полного расхолаживания реактора. Охлажденная вода в брызгальных бассейнах подается насосами техводоснабжения ответственных потребителей в теплообменники 32.

На АЭС с реактором ВВЭР-1000 установлены турбины К 1000-60/1500 или К 1000-65/3000 мощностью 1000 МВт, работающие на насыщенном паре. Турбина К 1000-65/3000 состоит из двух цилиндров: совмещенного 5, в котором расположены однопоточные части высокого и среднего давления с противоположным направлением потоков пара; и двухпоточного 8 низкого давления. После расширения в части высокого давления пар поступает на два промежуточных сепаратора 6 и пароперегреватель 7, на которых подогре-

вается и подается на часть среднего давления и далее — на двухпоточный цилиндр низкого давления.

Для создания необходимого вакуума в выпускных патрубках турбина имеет два конденсатора 10 поверхностного типа, в которых пар охлаждается технической водой, подаваемой циркуляционными насосами 9 (типа ОПВ или ДПВ).

Из конденсаторов конденсатными насосами первого подъема 11 (КсВА 1500-120) конденсат прокачивается через конденсатоочистку 12, а затем конденсатными насосами второго подъема 13 (КсА 1500-240) через регенеративные подогреватели низкого давления 14 подается в деаэратор 17.

Очищенная и деаэрированная вода питательными турбонасосами 21 (ПТА 3750-75 и БН 3800-20) через подогреватели высокого давления 22 подается в парогенераторы 4.

Два питательных турбонасоса энергоблока подают воду в общий напорный коллектор, от которого питаются все четыре парогенератора, поэтому при выходе из строя одного насоса соответственно снижается мощность бло-

и КсВА 630-125). С первого ПНД по ходу конденсата дренажи сливаются в конденсатор. Дренажи подогревателей высокого давления (ПВД) сливаются в деаэратор.

При отключении турбопитательных насосов по различным причинам включаются аварийные электропитательные насосы 20 (ПЭА 150-90), электронасосы 19 (ЦН 150-85), которые подают конденсат из баков 18 в парогенераторы.

Как видно из приведенного краткого описания тепловой схемы АЭС с реактором ВВЭР-1000, надежная, экономичная и безопасная ее работа обеспечивается специальным насосным оборудованием различных типов и различного назначения, с широким диапазоном подач и напоров.

На рис. 2.13 представлена принципиальная тепловая схема АЭС с реактором ВВЭР-440 и двумя турбинами К-220-440 мощностью каждая по 220 МВт. По назначению и принципу работы реакторной и турбинной установок указанная схема в общем аналогична АЭС с реактором ВВЭР-1000, однако уменьшение мощности отразилось на количестве и мощности основного насосного оборудования. Технические характеристики насосов приведены в соответствующих главах данной книги.

Реактор РБМК-1000 [6, 19, 38]. Тепловая схема энергоблока с реактором РБМК-1000 является одноконтурной (рис. 2.14). Реактор имеет две петли многократной принудительной циркуляции (КМПЦ), расположенные симметрично относительно осевой плоскости реактора. Каждая петля включает в себя два барабана-сепаратора 2 и четыре циркуляционных насоса 27 (ЦВН-8), прокачивающих воду через технологические каналы, в которых

Рис. 2.13. Принципиальная тепловая схема АЭС с реактором ВВЭР-440:

технической воды; 9 — конденсатор турбины; 10 — конденсатный насос;

II — конденсатоочистка; 12 — подогреватель низкого давления; 13 — насос дренажный подогреватель низкого давления (ПНД) второй и третьей ступеней; 14 — насос дренажный ПНД четвертой и пятой ступеней высокого давления; 15 — деаэратор; 16 — насос электропитательный; 17 — насос аварийный электропитательный; 18 — подогреватели высокого давления; 19 — подпиточный насос; 20 — деаэратор подпитки первого контура; 21 — фильтр очистки деаэраторный воды; 22 — теплообменники фильтров первого контура; 23 — насос аварийного расхолаживания (низкого давления); 24 — насос аварийного впрыска бора (высокого давления); 25 — насос спринклерный; 26 — бак аварийного запаса раствора бора; 27—теплообменник аварийного расхолаживания; 28 — приямок сброса воды первого контура; 29 — емкость аварийного запаса раствора бора; 30 — компенсатор объема; 31 — главная запорная задвижка; 32 — главный циркуляционный контур реакторной установки

она нагревается и в барабанах-сепараторах смешивается с питательной водой. Пар от барабанов-сепараторов подается к турбинам [6, 49].

На один энергоблок АЭС с реактором РБМК-1000 устанавливаются две турбоустановки с конденсационными турбинами К-500-65/3000 и генераторами ТВВ-550-2. Турбина мощностью 500 МВт с частотой вращения 3000 об/мин состоит из двухпоточного цилиндра высокого 3 (ЦВД) и четырех двухпоточных цилиндров низкого 6 (ЦНД) давления.

Из двухпоточного ЦНД отработанный пар направляется в конденсатор 8. Для охлаждения пара в конденсаторы турбины циркуляционными насосами 7 подается охлаждающая вода. Конденсатными насосами 9 (КсВА 1500-120) первого подъема конденсат через 100%-ную конденсатоочистку 10 подается на вход насосов 11 (КсА 1500-240) второго подъема. Конденсатные насосы 11 второго подъема через ПНД 12 подают конденсат в деаэраторы 14.

На линии основного конденсата установлено пять поверхностных регенеративных ПНД. Конденсат греющего пара из первого ПНД через сепаратор 4 по ходу конденсата сливается в конденсатор, а из остальных ПНД дренажными насосами 13 (КсВА 500-220) закачивается в тракт основного конденсата.

Питательная вода из деаэраторов подается в коллекторы питательной воды барабанов-сепараторов питательными насосами 16 (ПЭА 1650-75). Конденсированный в промежуточном пароперегревателе 5 пар насосами 18 направляется через смесители 17 в тракт питательной воды.

Ядерная безопасность и надежность реактора обеспечиваются системами контроля, давления и защиты (СУЗ), аварийного охлаждения реактора (САОР).

При нормальном останове блока нагрузка снижается до нуля, и турбина переводится на режим холостого хода. Образующийся за счет остаточного тепловыделения пар через быстродействующее редукционное устройство сбрасывается в конденсатор турбины. Расхолаживание реактора осуществляется при остановленных ГЦН 27 прокачкой воды специальными насосами расхолаживания 28 (ЦНР 500-115). Этот же контур с подключением к нему теплообменника 21, доохлодителей продувки 20 и группы фильтров 19 используется в качестве системы байпасной очистки.

Система аварийного охлаждения реактора состоит из двух подсистем — основной, содержащей гидроаккумулирующий узел 26 и использующей штатные 16 (ПЭА 1650-75) и аварийные 15 (ПЭА 250-75) питательные элек-