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

перемещаться по оси и поджиматься к роторному элементу 13 пружинами 10. Ограничитель удерживает этот элемент от вращения. Для устранения перетечек воды

Рис. 3.37. Уплотнение вала насоса ГЦН-317 реактора ВВЭР-440:

по зазору между корпусом и статорным элементом установлена резиновая прокладка 9. Статорный элемент состоит из корпуса 11, в который вставлено кольцо из силицированного графита, удерживающееся в корпусе установочным кольцом 16. Уплотнение кольца из силицированного графита в корпусе осуществляется резиновым кольцом. Опорные торцовые поверхности кольца и корпуса взаимно притираются. Роторный элемент состоит из корпуса 14, на наружной поверхности которого установлена сетка, выполняющая функцию фильтра. В корпус вставлено кольцо из силицированного графита, которое удерживается от выпадения при сборке и разборке установочным кольцом. Уплотнение кольца из силицированного графита в корпусе осуществляется резиновым кольцом.

Стыковочные торцовые поверхности корпуса взаимно притираются. На торцовой поверхности кольца выполнены по окружности четыре канавки с четырьмя отверстиями,

102

выходящими на наружную цилиндрическую поверхность. При подаче запирающей воды в уплотнение она проходит через жиклеры в канавки на торцовой поверхности кольца и отжимает статорный элемент уплотнения на ширину рабочего зазора (10 мкм), обеспечивая смачивание рабочих поверхностей и протечку запирающей воды через зазор. Отжатие статорного элемента происходит при давлении 1,5—2 МПа. Разделительная ступень уплотнения 4, так же как и гидростатические ступени, состоит из статорного и роторного элементов, уплотнительного кольца и пружин. Различие состоит в том, что статорный элемент разделительной ступени находится в непосредственном контакте с роторным элементом. Для обеспечения смачивания трущихся поверхностей рабочий поясок кольца выполнен в виде эллипса. При такой конструкции уплотнения при перепаде давления до 2 МПа протечка запирающей воды в контур не превышает 200 л/ч. Концевая ступень уплотнения 8 также состоит из корпуса, статорного и роторного элементов, пружин и уплотняющего кольца. На всех режимах работы уплотнения статорный элемент находится в непосредственном контакте с роторным элементом уплотнения. При нормальной работе насоса (Т = 250° С, ρ = 14 МПа) и давлении гидроиспытаний (ρ = 19,5 МПа) протечка через концевую ступень не превышает 50 л/ч.

Комбинированным можно считать и первоначальный вариант уплотнения ГЦН реактора РБМК (рис. 3.31), в котором концевое торцовое уплотнение 8 использовано для создания подпора на сливе из основного уплотнения с плавающими кольцами. Все эти конструкции, естественно, сочетают в себе достоинства и недостатки входящих в них типов уплотнений, и выбор определенной комбинации в каждом случае обусловлен конкретной задачей, которая ставилась перед проектантами.

3 . 2 . 5 . УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА ГЦН ДЛЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА Назначение уплотнения в насосах для жидкого металла сводится к герметизации

газового объема. При избыточном давлении инертного газа уплотнение должно предотвратить утечки газа в окружающее помещение, а при разрежении в газовом объеме

— исключить натекание атмосферного воздуха в полость насоса. Оно должно обеспечить вакуумирование контура перед заполнением его жидким металлом. На рис. 3.38 показано возможное место расположения уплотнения вала в насосе. Из рисунка видно, что можно уплотнять и непосредственно металл. Известно, что сальниковые и манжетные уплотнения при соприкосновении с металлом при температуре 350° С быстро выходят из строя. Исключение составляют медные и никелевые шнуры, когда их используют в качестве уплотняющей набивки, но и они обеспечивают только кратковременную работу

103

вследствие повышенного износа при трении о вращающийся вал [8, гл. 2]. Поэтому чаще применяется уплотнение с застывшим слоем металла вокруг вала — так называемое «замерзающее» уплотнение.

На рис. 3.39 приведены конструкция замерзающего уплотнения и распределение «замороженного» металла в зазоре. Между вращающимся валом 6 и корпусом замерзающего уплотнения 1 образуется застывший слой металла 4, надежно герметизирующий внутреннюю полость насоса и препятствующий вытеканию

Рис. 3.38. Схема расположения уплотнения вала в насосах для жидкого металла при уплотнении по газу (а) и по металлу (б, в):

Рис. 3.39. Схема замерзающего расположения уплотнения :

104

1 – втулка корпуса; 2 – накидная гайка; 3 – холодильник; 4 – слой металла; 5 – жидкий металл; 6 – вал

металла из него. За счет мощности трения и тепла, предаваемого по валу, вокруг него создается весьма тонкая пленка жидкого металла, которая в виде «чулка» выдавливается вдоль вала наружу, где застывает и разрушается.

Протечки металла вследствие этого незначительны. Для уменьшения температурных напряжений полость охлаждения выполнена в отдельном узле — холодильнике 3, который с помощью накидной гайки 2 натягивается на внешнюю коническую поверхность втулки 1, что улучшает теплопередачу по сравнению с теплопередачей при посадке на цилиндрическую поверхность. Выбор длины охлаждаемого участка 1 зависит от перепада давления на уплотнении. Приближенно минимальную длину охлаждаемого участка можно определить из выражения

где δ радиальный зазор между втулкой и валом; ∆ρ – перепад давления на уплотнении вала при вращении вала; τ – напряжение среза застывшего металла.

Момент М0, необходимый для «срыва» замерзающего уплотнения при трогании вала, с достаточной для практических целей точностью можно определить из

длина затвердевшего слоя металла в уплотнении составляет 2/3 длины уплотнения. При вращении вала за счет дополнительного выделяющегося в уплотнении тепла

граница зоны затвердевания несколько смещается к внешнему краю охлаждаемого участка (к сечению 1-1).

Большим преимуществом замерзающего уплотнения является возможность создать насос с малой консолью вала при практически полном отсутствии протечек металла, что упрощает состав оборудования на установке, в которой применен этот насос.

Надежная работа уплотнения обеспечивается бесперебойной подачей охлаждающей жидкости. Первоначально замораживание металла проводится при остановленном насосе в процессе его заполнения. Если при работе насоса из-за прекращения подачи охлаждающей жидкости замерзающее уплотнение «разморозится», то вновь заморозить его подачей охлаждающей жидкости без остановки насоса, как правило, не удается, так как с протекающим металлом подводится значительное количество тепла. Поэтому в случае «размораживания» уплотнения насос следует остановить и прекратить утечку металла с помощью специального стояночного уплотнения, герметично закрывающего щель при

105

остановленном насосе, и только после этого восстановить замерзающее уплотнение, открыть стояночное уплотнение и включить насос в работу.

Замерзающее уплотнение встречается в насосах для ЯЭУ, например в установке SPE— РЕР (США), но необходимо отметить два его существенных недостатка:

не абсолютная герметичность: во время работы через зазор между валом и втулкой постоянно происходит утечка в виде «чулка» застывшего металла вследствие перепада давления по уплотнению;

надежность уплотнения полностью определяется надежностью системы охлаждения уплотнения.

При проектировании этого уплотнения нужно решать и другие проблемы, а именно: электропривод должен обладать большим пусковым моментом для обеспечения пуска

насоса с замороженным валом; необходимо предотвратить опасность задирания вала при попадании в зазор твердых

оксидов металла или других частиц; при нарушении плотности холодильника уплотнения возможно попадание в контур

охлаждающей жидкости; для охлаждения замерзающего уплотнения в случае использования натриевого или

натрий-калиевого теплоносителя необходимо использовать среду, не взаимодействующую с металлом (вода исключается), а это предполагает уже трехконтурную схему охлаждения.

Во всех насосах со свободным уровнем металла инертный газ уплотняется с помощью торцового уплотнения гидродинамического типа. Простейшая конструкция двойного торцового уплотнения вала по газу (УВГ) с невращающимися аксиальноподвижными узлами показана на рис. 3.40. На валу 5 неподвижно установлен опорный диск 6 (жесткий элемент), с которым соприкасаются уплотнительные кольца 8. Каждое кольцо поджимается несколькими цилиндрическими пружинами 4.

106

заполняется маслом, образующим масляный затвор. Суммарные протечки масла через обе трущиеся поверхности не превышают 30 см3/ч. Подпитка маслом обеспечивается бачком-питателем. Тепло в масляном уплотнении снимается водяным холодильником, встроенным в его корпус. Уплотнение выполнено в виде единого блока, устанавливаемого на вал насоса.

Эксплуатация на объектах этих уплотнений показала их достаточно высокую надежность и долговечность. Тем не менее в этой конструкции обнаружился ряд недостатков. Прежде всего это зависимость ресурса уплотнения от срока службы резиновой манжеты. Кроме того, прочностью манжеты ограничивается максимальное рабочее давление в уплотнении (до 0,25 МПа). Необходимо отметить также возможность раскрытия одной из ступеней, например, вследствие одностороннего перемещения вала насоса (в статике) и соответственно перераспределения усилия сжатия пружин между уплотняющими стыками.

Работоспособность УВГ зависит не только от хорошей совместимости материалов трущейся пары и рационально выбранных размеров для заданных параметров, но и от многих других, так называемых «случайных», факторов. Это, например, недостаточное обеспечение чистоты при сборке, возможные отклонения по допускам и др. Поэтому при изготовлении серийных насосов конструкционные и технологические мероприятия должны быть продуманы таким образом, чтобы исключить влияние этих «случайных» факторов.

Более совершенной конструкцией уплотнения является УВГ безманжетного типа, в котором функцию фигурной манжеты выполняют прокладки круглого сечения из термостойкой резины, а уплотнительные кольца изготовлены из силицированного графита. Такие уплотнения разработаны в последние годы для отечественных натриевых насосов (табл. 3.3) рассмотренных. Можно, правда, отметить вязкостное уплотнение типа VISCOSEAL, повышенное внимание отработке которого уделяет фирма NERАТООМ [46, 47]. На рис. 3.42 показана принципиальная схема вязкостного уплотнения.

Его основными элементом является втулка 2, герметично закрепленная на валу насоса и имеющая две направленные навстречу друг другу винтовые нарезки 3. При вращении вала втулка работает как винтовой насос, поэтому в заполненном жидкостью (маслом) зазоре между втулкой и корпусом 1 возникает перепад давления, препятствующий выходу уплотняемой среды (газа) наружу.

109