Насосы С11АЭ,11МТ,11ТС / 11-МТ / 2.Ксерокопии книг / 03.Книга.ГЦН_АЭС

ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

К настоящему времени накоплен значительный опыт проектирования, строительства и эксплуатации АЭС с различными типами реакторов, который требует обобщения и анализа как необходимого этапа в обеспечении дальнейшего совершенствования вновь создаваемых АЭС, повышения их технико-экономических показателей.

Эффективность работы АЭС определяется, в первую очередь, оптимальностью конструкционных решений технологического оборудования и надежностью (безотказностью) его работы. Поэтому задача совершенствования оборудования АЭС всегда будет актуальной.

В предлагаемой читателю книге сделана попытка проанализировать и обобщить опыт создания главных циркуляционных насосов для АЭС и сформулировать некоторые рекомендации, которые представляются авторам существенными. Приведены также описания конструкций и экспериментальной отработки насосов и их основных узлов в стендовых условиях, результаты эксплуатации ГЦН в условиях АЭС, изложены соображения о перспективе дальнейшего совершенствования их конструкций. Особое внимание уделено инженерным вопросам конструирования, обеспечивающим надежность насосного агрегата. Используя имеющуюся информацию и личный опыт, авторы ставят цель довести до читателя представления об оптимальных решениях основных узлов и сформулировать соответствующие рекомендации, которые могли бы помочь конструктору в практической деятельности. Излагаемый материал в значительной степени может быть использован при создании насосов не только для АЭС, но и для других отраслей промышленности. В книге не приводятся известные методы гидравлических и прочностных расчетов, поскольку они достаточно хорошо освещены в литературе [1, 2] и др. В тех случаях, когда обращение к теории лопастных машин было необходимо для последовательного изложения материала, это делалось в весьма сжатой форме.

Авторы признательны заслуженному деятелю науки и техники РСФСР д-ру техн. наук профессору Н.М. Синеву, д-ру техн. наук профессору В.А. Марцинковскому, канд. техн. наук В.С. Чеховичу, канд. техн. наук П.Н. Вороне и другим, сделавшим ряд ценных указаний при просмотре работы, и благодарят всех за высказанные замечания.

Авторы выражают благодарность также инженеру В. И. Калентьеву за помощь в оформлении рукописи книги и подготовке материалов к печати.

Одним из инициаторов написания данной книги был канд. техн. наук, лауреат Ленинской премии СССР, доцент Е. Н. Черномордик, много и плодотворно работавший в этой области. Неожиданная кончина не позволила ему принять участие в завершении

3

задуманного. Авторы постарались сохранить и развить идеи, высказанные им при рассмотрении плана-проспекта книги и ее отдельных глав.

Авторы, естественно, не претендуют на исчерпывающий охват темы и заранее благодарят читателей за все замечания, которые могут способствовать улучшению книги.

Авторы

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

Первое издание книги вызвало значительный интерес специалистов. Следствием этого и явилась необходимость во втором издании.

По результатам обсуждения замечаний во второе издание были внесены некоторые уточнения и дополнения. Наибольшим изменениям подверглись гл. 3 и 6. Значительное место отведено вопросам кавитации, поскольку кавитационный режим работы циркуляторов в первом контуре при определенных условиях может приводить к нежелательным и даже недопустимым результатам работы реактора.

В книгу включена также информация по некоторым вопросам проектирования и расчета ГЦН АЭС по материалам публикаций последних лет.

Известно, что общие проблемы безопасности АЭС требуют тщательного анализа и учета конструктивных особенностей ГЦН, всестороннего исследования поведения их в аварийных ситуациях. Для этого необходимо детальное знание конструкций ГЦН, их ресурсных возможностей. Не вызывает сомнения и утверждение, что систематическая работа по повышению надежности ГЦН является одним из основных условий повышения технико-экономической эффективности АЭС.

Все это предполагает обобщение накопленного опыта. Авторы считают своим долгом внести и свою лепту в эту проблему.

При подготовке рукописи неожиданно скончался один из авторов д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой АЭС Горьковского политехнического института В. М. Будов, что несколько отразилось на реализации задуманного.

Авторы

4

ВВЕДЕНИЕ

За короткий период становления ядерная энергетика претерпела весьма значительные изменения:

- единичная электрическая мощность блоков АЭС возросла до 1000—1500 МВт;

-стабилизировались основные схемные и конструкционные решения АЭС с водоводяными и кипящими реакторами, получившими наибольшее распространение, что позволило приступить к решению проблемы стандартизации АЭС этого типа;

-конкретизированы основные условия обеспечения безопасности АЭС и вытекающие из них технические требования к различным видам оборудования;

-достигнута высокая надежность работы основного оборудования и АЭС в целом;

-определены перспективные типы ядерных энергетических установок (ЯЭУ) для АЭС, атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ), атомных станций теплоснабжения (ACT) с учетом реальных оценок запасов ядерного топлива, условий его использования и переработки.

Современный уровень развития ядерной энергетики и необходимость дальнейшего совершенствования АЭС определяют потребность в систематическом анализе и обобщении опыта создания и эксплуатации АЭС в целом и отдельных видов их оборудования. Именно такого типа исследования позволяют обеспечить дальнейшее совершенствование АЭС, повышение их технико-экономических показателей, надежности

ибезопасности, а также выявить и обосновать наиболее перспективные направления совершенствования конструкций основного оборудования. Это в полной мере относится к насосным агрегатам реакторных установок. Независимо от типа используемых реакторов

исхемных особенностей ядерных установок одним из обязательных для ЯЭУ видов оборудования являются насосы. На рис. В.1— В.3 показаны принципиальные тепловые схемы АЭС с реакторными установками различного типа, которые наглядно подтверждают сказанное.

Насосы обеспечивают циркуляцию теплоносителя через реактор (первый контур), парогенераторы (второй контур) и во вспомогательных контурах. Надежность эксплуатации реактора, его работоспособность в нормальных, переходных и аварийных режимах» работоспособность вспомогательного охлаждаемого оборудования непосредственно зависят от наличия циркуляции теплоносителя и других охлаждающих сред, т. е. от работоспособности насосов соответствующих контуров. Этим объясняется то внимание, которое уделяется проектантами вопросам надежной работа циркуляционных средств, и в первую очередь насосам первого контура (насосы первого контура часто называют главными циркуляционными насосами – ГЦН).

5

всасывание

Рис. В.4. Общий вид насосного агрегата реактора РБМК-1000 (без обслуживающих систем):

1 – площадка обслуживания; 2 – электродвигатель; 3 – маховик; 4 – соединительная муфта; 5 – станина электродвигателя; 6 – фундаментная рама; 7 – бак насоса

7

При создании насосов для АЭС руководствуются общей теорией центробежных и осевых насосов, теорией подшипниковых опор, опытом создания и эксплуатации насосов различного типа и назначения. Специфические условия работы насосов в ядерных установках, повышенные требования к их ресурсной надежности, ограничения по доступности для контроля, обслуживания и ремонта обусловили рождение новой подотрасли энергетического машиностроения – насосостроения. Насосы для АЭС отличаются значительными особенностями конструкционно-компоновочных схем и оригинальностью ряда ответственных узлов, таких, как подшипниковые опоры, уплотнения, внутренние контуры циркуляции, средства контроля и т. п. Специфические требования, предъявляемые к этим насосам, привели к необходимости более детального изучения процессов, характерных для соответствующих узлов насоса, что в целом резко расширило наши представления об условиях и факторах, определяющих эффективность работы и ресурс как отдельных узлов, так и агрегата в целом.

выход

перекачиваемой

жидкости

вход

перекачиваемой

жидкости

Рис. В.5. Типовая структурная схема ГЦН:

8

ГЦН современных АЭС рассчитаны на потребление большой мощности (1500-6000 кВт). Суммарная их мощность составляет 1-3% электрической мощности реакторного блока. Например, на АЭС с реакторами РБМК-1000 мощность двигателей ГЦН одного блока равна 27000 кВт, а суммарная мощность ГЦН реактора ВВЭР-1000 – около 25000 кВт. Суммарная мощность насосов первого контура реактора БН-600 равна 10500 кВт, а насосов второго контура – 4500 кВт.

Создание насосного агрегата для АЭС в соответствии с установившимися требованиями к характеристикам и надежности является сложной инженерной задачей. Ее решение может быть обеспечено конструкторскими коллективами, располагающими достаточным опытом проектирования энергетических машин и производственноэкспериментальной базой. Созданием ГЦН за рубежом занимаются такие известные фирмы, как «Hayward Tyler» и «Rolls Royse» (Великобритания), «Jeneral Electric» и «Westinghouse Electric Co.», «Byron Jackson Pump Div.» (США), KSB, «Halberg» и «Feodor Burgmann» (ФРГ), «Pompes Guinard» и «Hispano-Suiza» (Франция), «Sulzer» (Швейцария), «Hitachi» (Япония) и др. Сложность ГЦН и высокие технические требования, предъявляемые к ним, обусловливают относительно высокую их стоимость. Например, стоимость комплекта ГЦН (4 шт.) для одного блока АЭС электрической мощностью 1000 МВт составляет 4,4% стоимости оборудования реакторной и турбогенераторной установок в целом [3]. Следует отметить также длительность разработки ГЦН, которая изза большого объема экспериментальных работ достигает 4-6 лет.

За время становления ядерной энергетики конструкция ГЦН претерпела значительные изменения. В первых ЯЭУ при относительно небольших мощностях блоков [100-400 МВт (эл.)] наблюдалась выраженная тенденция использования для реакторов с водой под давлением (ВВЭР) бессальниковых герметичных насосов, а для реакторов с натриевым теплоносителем – электромагнитных насосов различного типа. Последующий опыт сооружения ЯЭУ показал, что при увеличении единичной мощности блока вдвое удельная стоимость снижается на 20-24%. Такое увеличение мощности требует более совершенного оборудования. Поэтому проектанты стали ориентироваться на электромеханические насосы с уплотнением вращающегося вала. Этот переход был продиктован стремлением повысить КПД насосных агрегатов, который в случае использования герметичных насосов заведомо меньше 60%, а также неизбежным усложнением конструкционных решений в герметичных насосах с ростом их мощности. Кроме того, переходные режимы в АЭС, а также необходимость предупреждения недопустимого развития аварийных ситуаций в реакторе при обесточивании и некоторых других неисправностях требовали обеспечения достаточно продолжительного выбега обесточенного насоса. Для герметичных и электромагнитных насосов возможность удовлетворения этого требования практически

9

исключается, в то время как в насосах с уплотнение (в частности, за счет искусственного увеличения момента инерции ротора агрегата).

К настоящему моменту времени конструкционные схемы ГЦН установились, но конкретное исполнение основных узлов (проточной части, радиальных и осевых подшипников, уплотнения вращающегося вала) непрерывно совершенствуется.

Это обусловлено необходимостью повышения ресурсной надежности, безотказности и технико-экономических характеристик АЭС в целом. Поэтому оптимизация конструкции ГЦН продолжает оставаться актуальной задачей.

Можно выделить следующие основные направления, которые будут определять перспективу развития конструкций ГЦН для АЭС:

-увеличение подачи при одновременном снижении удельной потребляемой мощности (рост КПД);

-дальнейшее повышение ресурса, увеличение межремонтного периода;

-совершенствование технологичности конструкции с одновременным улучшением качества изготовления определяющих конструкционных элементов при строжайшем выполнении требований нормативных документов [4-7];

-повышение ремонтопригодности в процессе эксплуатации;

-реализация проектных схем, обеспечивающих повышенную автономность ГЦН при эксплуатации как в нормальных, так и в аварийных режимах.

Следует отметить, что хотя различные типы АЭС имеют свои характерные особенности, однако основные технические требования, лежащие в основе поиска перспективных решений, имеют достаточно общий характер. Этим и объясняется тот интересный факт, что специалисты разных стран приходят к достаточно близким оптимальным конструкционным решениям.

10