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

запирающей воды установлен обратный клапан 5, препятствующий выходу воды из уплотнения в питающую систему при снижении давления в ней. В системе питания уплотнения предусмотрена также дренажная линия, обеспечивающая периодическую (один раз в два месяца) продувку внутренней полости уплотнения для удаления накапливающихся загрязнений, не улавливаемых фильтрами. На дренажной линии в корпусе уплотнения установлен дроссель 7, ограничивающий расход воды при продувке.

В пусковых, переходных и аварийных режимах питание уплотнений осуществляется от аккумулирующих баллонов 2 вместимостью 0,4 м3 и рабочим давлением 10 МПа. Баллоны подпитываются одним из плунжерных насосов 4 с подачей 1—4 м3/ч давлением нагнетания 10 МПа, который автоматически включается и отключается по мере изменения давления в них. Если подача одного насоса недостаточна или он не включается, так же автоматически вводится в работу второй.

Рис. 4.7. Схема системы запирающей воды модернизированных насосов реактор РБМК-1000:

141

Система запирающей воды выполнена общей на все насосы и требует подачи воды не более 0,05 м3/ч на один ГЦН при давлении 8—10 МПа. Такая высокая (по сравнению с уплотнением плавающими кольцами) герметичность торцового уплотнения позволяет следующее:

отказаться от постоянно работающих питательных насосов большой мощности, вместо которых периодически работает плунжерный насос мощностью всего 10 кВт;

снять нагрузку с аварийного дизель-генератора при обесточивании блока; высвободить помещения, занимаемые питательными насосами и аварийной газовой

системой; проводить гидроиспытания ГЦН пробным давлением 15 МПа после монтажа и в

процессе эксплуатации от системы питания уплотнения; исключить сложные громоздкие элементы регулирования давления запирающей воды.

Давление в уплотнении поддерживается в пределах 8—10 МПа независимо от изменений давления в контуре;

ликвидировать АГС, так как из-за малых утечек запаса воды в баллоне достаточно для запирания уплотнений в период 3-минутного обесточивания установки. И, главное, уплотнение сохраняет работоспособность в условиях длительного отсутствия запирающей воды при наличии подачи охлаждающей воды в холодильник уплотнения. Таким образом, характерная особенность и одно из принципиальных отличий уплотнения вала модернизированного насоса реактора РБМК — его весьма слабая зависимость от системы обслуживания. Аварии в системе запирающей воды практически не приведут к выходу из строя уплотнения, а следовательно, и всего насоса.

Для подтверждения сказанного рассмотрим возможные нерегламентные ситуации в системе запирающей воды этого ГЦН.

1. Прекращение подачи запирающей воды или снижение ее давления ниже давления в КМПЦ приведет к тому, что обратный клапан, стоящий на входе в уплотнение, отсечет его от системы запирающей воды, а перепускной клапан, встроенный в корпус уплотнения, сообщит его внутреннюю полость с основным контуром. Таким образом, уплотнение автоматически перейдет в режим работы на контурной воде. Протечки воды из контура в количестве не более 0,01 м3/ч легко охлаждаются встроенными в корпус уплотнения холодильниками, а их организованный слив не представляется технически сложной задачей. При этом необходимо подчеркнуть, что работу на контурной воде допускают только уплотнения с малыми протечками, к которым относится гидродинамическое уплотнение.

142

2.Прекращение подачи охлаждающей воды при сохранении подачи запирающей воды может привести к перегреву уплотнения. Перегрев можно исключить, приоткрыв дренаж из уплотнения и поддерживая такойрасход запирающей воды через него, при котором температура в уплотнении не превышает 80° С. Время работы уплотнения в этом режиме не ограничено.

3.Обрыв трубопровода запирающей воды приведет к уже описанному режиму работы уплотнения на контурной воде.

4.Обрыв трубопровода дренажной линии, возможно, не исключит выход запирающей воды в помещение насосной. Однако утечка воды при этом будет ограничена дросселем, установленным на дренажной линии в корпусе уплотнения, и не превысит 0,5 м3/ч. В этом режиме ГЦН также может работать длительное время. Заметим, что этой ситуации можно избежать, если организовать дренирование запирающей воды в основной контур внутри насоса, не выводя трубопроводы наружу.

5.Одновременное прекращение подачи запирающей и охлаждающей воды на длительное время — единственная ситуация в системе, которая может привести к выходу из строя уплотнения вследствие его перегрева. При перегреве происходит разрушение резиновых элементов уплотнения вследствие деструкции резины и прорыв горячей воды и пара из КМПЦ в помещение насосной. Однако это возможно только при условии, что перерыв в подаче охлаждающей и запирающей воды исчисляется несколькими десятками минут или даже часов, поскольку разогрев уплотнения происходит постепенно, а резина, даже потеряв свою эластичность, способна выполнять функцию уплотнения в течение довольно длительного времени.

Учитывая малую вероятность того, что в течение такого длительного срока не будет восстановлена подача запирающей или охлаждающей воды, следует считать подобную ситуацию практически нереальной. Тем не менее применение резин с повышенной термостойкостью является весьма желательным для уплотнений данного типа.

Системы, обслуживающие гидростатические торцовые уплотнения, представляют собой нечто среднее между системами, питающими уплотнения с плавающими кольцами

игидродинамические торцовые уплотнения. Это обусловлено тем, что протечки через гидростатические уплотнения (0,5—1,5 м3/ч), хотя и малы по сравнению с протечками через плавающие кольца, все же не могут быть достаточно охлаждены встроенными холодильниками в случае перехода уплотнения на контурную воду. Поэтому система должна гарантировать бесперебойную подачу запирающей воды, для чего необходимо иметь соответствующее резервирование оборудования и надежную аварийную систему.

143

10 поступает в реактор 11, затем проходит холодильники 4, 5 и фильтры 6. Очищенная вода подается насосами 2 на дополнительные фильтры 1 и затем в систему запирающей воды ГЦН. Регулирующая арматура 12 поддерживает превышение давления запирающей воды над давлением контура в пределах 0,05— 0,1 МПа. Если температура запирающей воды после фильтров 6 выше 50° С, то включается дополнительный холодильник 3. Контролируемые протечки отводятся в деаэратор 8 и после очистки от газов насосами 7 направляются в систему. Насосы 2 имеют надежное питание от аккумуляторных батарей и обеспечивают подачу запирающей воды при обесточивании АЭС. Даже при наличии большого количества в системе регулирующей и запорной арматуры, а также вспомогательного оборудования она подтвердила свою работоспособность и надежность на АЭС [2].

При аварийном 3-минутном обесточивании системы подпиточные насосы 2 работают от аккумуляторных батарей и имеют буферные емкости с запасом холодной воды. В случае обесточивания насосов подачи охлаждающей воды второго контура на холодильники подпиточные насосы 2 продолжают подавать горячую (до 150° С) запирающую воду, вытесняя холодную воду из буферной емкости 6 (рис. 4.8). После восстановления подачи запирающей и охлаждающей воды часть горячей воды буферной емкости охлаждается в холодильнике 8 автономного контура. На рис. 4.10 показан другой возможный вариант схемы подачи запирающей воды к уплотнению с напора ГЦН. Охлажденная в холодильниках 4, 5 вода первого контура поступает на фильтры 7 через

Рис. 4.9. Схема станционной системы запирающей воды ГЦН на АЭС «Loviisa»:

1, 6 — фильтр; 2, 7— насосы; 3—5 — ХОЛОДИЛЬНИКИ; 8 — деаэратор; 9— ГЦН; 1 0— трубопровод первого контура; 11 — реактор; 12 — регулирующая арматура; 13— запорная арматура

Рис. 4.10. Схема станционной системы подачи запирающей, воды с напора ГЦН:

1 — реактор; 2 — ГЦН; 3 — напорный трубопровод; 4, 5, 10, 12 — холодильники; 6 — дроссель; 7 — фильтр; 8 — деаэратор; 9, 11 — насосы

145

понижающий давление дроссель 6. Вода после деаэратора 8, освобожденная от газов, доохлаждается в холодильниках 12 и насосами 9, 11 подается к уплотнению ГЦН. Если температура запирающей воды после холодильников 12 более 50° С, на входе насосов 9 вводятся в действие холодильники (доохладители) 10. Насосы 9 обеспечивают плавное регулирование превышения давления запирающей воды над давлением в первом контуре. Снижение давления на дросселе 6 позволяет использовать фильтры 7 низкого давления. В этой системе применяются высоконапорные подпиточные насосы мощностью до 800 кВт, которые трудно обеспечить надежным питанием. Поэтому для случая 3-минутного обесточивания должна быть предусмотрена специальная система самозапирания, использующая воду с напора ГЦН. Эта система может иметь две разновидности.

Первая, наиболее простая и удобная в эксплуатации, показана на рис. 4.11. Вода первого контура с температурой 300° С при открытой задвижке 9 и закрытом обратном клапане 5 поступает в уплотнение с напора ГЦН через холодильник 4 и фильтр 7 [3].

Вторая система более сложна, имеет в своем составе дополнительный подпиточный насос (рис. 4.8) и целесообразна при повышенном сопротивлении оборудования и трубопроводов системы. Если функционирует подпиточный насос и открыта задвижка 1, вода первого контура (300° С) охлаждается в холодильнике 2 до 100—120° С, проходит очистку на фильтре 4, доохлаждается на холодильниках 5 и 8 до 50° С и поступает в

Рис. 4.11. Схема системы аварийного запирания уплотнения вала ГЦН фирмы

«Andritz» (Австрия):

1 — замыкающее уплотнение; 2 — концевое уплотнение; 3 — основное уплотнение; 4 — холодильник; 5,6,8 — обратные клапана; 7 — фильтр; 9 — регулирующая задвижка

146

камеру 12, обеспечивая нормальную работу уплотнения. Попадание неочищенной воды первого контура в систему предотвращается обратным клапаном 7. Система обеспечивает работу ГЦН в аварийных ситуациях, но недостаточно надежна и требует наличия герметичных подпиточных насосов.

Обе описанные аварийные системы имеют холодильники 2 (рис. 4.8) и 4 (рис. 4.11), которые эксплуатируются при температурном перепаде до 240° С, что снижает их надежность.

Оригинальную схему питания гидростатического уплотнения на утечки не более 0,5 м3/ч, защищенную патентом [4], использует в своих насосах RER фирма KSB на АЭС «Obrigheim». Принцип работы этой системы ясен из рис. 4.12.

На основании имеющихся сведений по отечественным и зарубежным конструкционным схемам систем питания узлов уплотнений вала ГЦН можно предложить наглядную их классификацию (рис. 4.13).

4.3. 3. СИСТЕМА ПИТАНИЯ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ ПОДШИПНИКОВ Рассмотрим ее функции на примере насоса реактора РБМК, где она обеспечивает

подачу воды в ГСП с напора ГЦН в нормальном режиме работы и от внешнего источника в аварийнопусковых режимах (рис. 4.14). В контур питания ГСП с напора ГЦН входят обратный клапан 13, мультигидроциклон 12, трубопровод 11 подачи воды в ГСП с расходомерной шайбой, трубопровод 15 слива из ГСП, трубопровод 14 грязного слива из мультигндроциклона.

Рис. 4.14. Схема питания гидростатического подшипника насоса реактора РБМК:

148

Контур питания ГСП от внешнего источника состоит из трубопровода подачи воды от питательных насосов реактора с задвижкой 2, обратным клапаном 4 и дроссельным устройством 3, эжектора 5 с расходомерной шайбой 6, трубопровода эжектируемой воды с обратным клапаном 7 и задвижкой 8, общего на все насосы коллектора 9 питания ГСП, трубопроводов подачи воды от коллектора питания ГСП к мультигидроциклону каждого насоса с задвижками 10.

Перед пуском первого из восьми ГЦН вода в его ГСП подается от внешнего источника (например, от насосов питания уплотнения вала) через эжектор 5, коллектор ГСП 9, подводящий трубопровод с задвижками 10, мультигидроциклон 12 и трубопровод 11 подачи в ГСП. Из ГСП вода под напором сливается на всасывание ГЦН по трубопроводу слива 15. После пуска второго ГЦН подача воды от насосов питания уплотнения может быть прекращена, так как для подачи воды в ГСП перед запуском остальных насосов внешним источником теперь может служить работающий ГЦН, который одновременно питает собственный гидростатический подшипник через обратный клапан 13, мультигидроциклон 12 и трубопровод 11 подачи в ГСП. Предусмотренный в схеме эжектор (рис. 4.15) представляет собой водоструйный насос, состоящий из рабочего сопла 3, приемной камеры 1, камеры смешения 2 и диффузора 4. Он служит для подогрева воды при подаче ее в ГСП от питательных насосов или от насосов уплотнения вала и рассчитан на обеспечение необходимого расхода на ГСП одного насоса. Подогрев необходим, ибо конструкционные элементы проточной части ГЦН, и прежде всего ГСП, не выдерживают

Рис. 4.15. Конструкция эжектора:

1 — приемная камера; 2 — камера смешения; 3 — сопло; 4 — диффузор

149

значительных температурных градиентов. Трубопровод питательной воды подсоединяется к патрубку рабочего сопла эжектора, а трубопровод контурной воды, идущий от напорного коллектора ГЦН одной из насосных, крепится к патрубку камеры смешения. Питательная вода температурой 165° С выходит из рабочего сопла эжектора с большой скоростью и увлекает за собой горячую (270° С) воду контура. Регулируя расходы по питательному и контурному трубопроводам, можно установить, что температура воды на входе в ГСП всего на 20—30° С ниже, чем возможная температура корпуса ГСП и элементов проточной части (около 270° С).

Мультигидроциклон 12 повторяет конструкцию мультигидроциклона в системе уплотнения вала (рис. 4.6). При перепаде давления 0,2 МПа номинальный расход чистой воды составляет 45 м3/ч.

Все оборудование, арматура и трубопроводы системы питания ГСП выполнены из нержавеющей стали.

4.3.4. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОДШИПНИКОВ Известные материалы, применяемые в нижнем гидродинамическом подшипнике,

питаемом водой первого контура, нетермостойки, поэтому для такого подшипника необходим автономный контур охлаждения в целях поддержания требуемой температуры рабочей среды (не более 100° С). Поскольку в этих ГЦН уже имеется в наличии контур питания уплотнения (рис. 4.8, 4.12), то вполне естественно в него включить и контур охлаждения гидродинамического подшипника, циркуляция воды в котором обеспечивается рабочим колесом ГЦН. Схема проста и надежна, но должна быть обеспечена высокая эффективность автономного холодильника.

Фирма KSB в циркуляционном насосе RSR применила «перевернутую» схему охлаждения гидродинамического подшипника (рис. 4.16). Запирающая вода сначала

Рис. 4.16. Схема охлаждения подшипника насоса фирмы KSB:

150