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

Рис. 4.24 Зависимость протечек q через закрытый клапан при максимальном перепаде уровней

(∆Hмакс=9,5 м) от зазора δ между иглой и корпусом-седлом

регулятора и диаметра иглы

Рис 1.25 Зависимость подачи Q через клапан при различных перепадах Н от высоты его подъема h

Рис. 4.23 Конструкция бака слива протечек с поплавковым регулятором разгруженного типа:

1 – выходной патрубок; 2 – игла; 3 – корпус-седло; 4 – входной патрубок; 5 – соединительные тяги; 6 – поплавок; 7 – уровнемер

161

перекроет проходное сечение отверстия регулятора и не прекратится снижение уровня. При отсутствии протечек из бака насоса игла клапана находится в нижнем положении. При увеличении протечек уровень натрия в баке слива протечек поднимается вместе с поплавком, в результате чего и увеличивается проходное сечение регулятора до тех пор, пока количество натрия, поступающего в бак протечек, не станет равным количеству натрия, вытекающего из него. Эта система весьма успешно в течение длительного времени функционирует на насосах реактора БН-350. Некоторые характеристики поплавкового регулятора приведены на рис. 4.24 и 4.25.

4 . 4 . 4 . СИСТЕМА РАЗОГРЕВА Насосы для перекачивания жидкого металла снабжены системой электрообогрева для

предварительного разогрева их корпусов перед заполнением, а также для поддержания необходимой температуры металла внутри насоса. Температура внутри бака натриевых насовов должна быть 150—200° С. При выборе и разработке типа электрообогрева в первую очередь необходимо использовать готовые тепловые электрические нагреватели (ТЭН). Достаточно надежно зарекомендовали себя и традиционные электроспирали из нихрома (нагреватели сопротивления) [8, гл. 2]. Целесообразно иметь 100%-ное резервирование электрообогрева. Опыт эксплуатации показал также, что полезно иметь нагреватели и на крышке насоса. Эти нагреватели позволяют перед пуском насоса расплавить натрий, застывший в щелях между холодильником и валом насоса при его стоянке.

4 . 5 . СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

В качестве привода ГЦН преимущественно используется электродвигатель. В реакторах ВВЭР и РБМК для привода насосов, имеющих постоянную частоту вращения, применяются асинхронные электродвигатели. Насосы первого и второго контуров для реакторов на быстрых нейтронах в силу особенностей теплотехнической схемы установки должны иметь плавное или ступенчатое регулирование частоты вращения.

Известны следующие приводы ГЦН с регулируемой частотой вращения, применяемые в настоящее время в отечественной и зарубежной практике:

асинхронный электродвигатель с изменением частоты вращения при помощи электромагнитных муфт, гидромуфт и зубчатых редукторов;

двигатель постоянного тока с регулированием напряжения в цепи якоря; асинхронный двигатель с фазным ротором и жидкостным реостатом в цепи ротора;

162

двухскоростной асинхронный электродвигатель; синхронный электродвигатель со статическим преобразователем частоты (вентильный привод);

асинхронный электродвигатель с фазным ротором, работающим в системе асинхронно-вентильного каскада (АВК).

Наиболее перспективными из перечисленных способов считаются последние три, и именно они применяются в настоящее время на современных установках [9, 10].

Привод насоса с двухскоростным асинхронным электродвигателем выгодно отличается из-за его простоты. Снижение частоты вращения происходит ступенчато за счет подключения обмотки с большим числом полюсов. Обмотка для малой скорости может быть выполнена независимо от обмотки для большой скорости и подключаться к автономной сети аварийного источника. На рис. 4.26 приведена схема включения двухскоростного электродвигателя.

Достоинства данного привода следующие: относительная простота конструкции; простота схемы управления;

возможность питания обмотки малой частоты вращения от автономного источника, что увеличивает надежность привода;

возможность использования генераторного торможения для уменьшения времени перехода с большей частоты на меньшую;

отсутствие систем регулирования частоты вращения, требующих дополнительного помещения и снижающих надежность электропривода.

К недостаткам следует отнести:

ступенчатое регулирование частоты, что сокращает диапазон возможных режимов установки в целом;

большие пусковые токи, ограничивающие число пусков электродвигателя; более низкие энергетические показатели, чем у односкоростного электродвигателя.

Привод насоса с синхронным электродвигателем и статическим преобразователем частоты (вентильный электропривод) состоит из статического преобразователя частоты с

Рис. 4.26. Схема включения асинхронного двухскоростного электродвигателя:

163

естественной коммутацией, синхронного неявнополюсного электродвигателя и возбудителя с системой управления (рис. 4.27). Синхронный двигатель более надежен по сравнению с асинхронным и обладает высоким пусковым моментом и малыми пусковыми токами, чем обеспечивается пуск ГЦН из турбинного режима. Недостатками данного электропривода являются: наличие бесконтактного возбудителя, увеличивающего высоту двигателя;

сложность переключения двигателя на сеть и обратно на преобразователь из-за наличия поля двигателя;

необходимость установки разделительного трансформатора для уменьшения искажений, вносимых в цепь; необходимость дополнительного помещения для преобразователя частоты.

На рис. 4.28 приведена структурная схема АВК, состоящего из асинхронного электродвигателя с фазным ротором, управляемого роторного выпрямителя и управляемого инвертора. Наличие управляемого роторного выпрямителя обеспечивает возможность рекуперативного торможения двигателя, а также позволяет снизить габаритную мощность инвертора и, следовательно, всего электротехнического оборудования. По технико-экономическим показателям АВК обладает следующими достоинствами по сравнению с другими приводами: высоким КПД;

использованием аппаратуры на напряжение не выше 1000 В; малыми искажениями напряжения, вносимыми в сеть; изменением частоты вращения без размыкания токовых цепей; возможностью работы в аварийных режимах на сопротивлениях в цепи ротора.

К недостаткам данного привода относятся: сложность изготовления двигателя с фазным ротором; большое количество оборудования;

необходимость периодической замены щеток электродвигателя.

Таким образом, регулируемый электропривод сложнее, более дорогостоящ, требует большей площади для размещения оборудования и менее надежен, чем привод с фиксированной частотой вращения.

Оценивая характеристики регулируемых приводов, необходимо отметить, что в режиме малой частоты вращения все они имеют низкие энергетические показатели вследствие неполного использования мощности электрооборудования, что особенно заметно в длительных режимах расхолаживания или перегрузки активной зоны реактора. В этих случаях целесообразно использовать специальный электродвигатель — « понимотор», установленный на главном электродвигателе и связанный с насосом через редуктор. Мощность «пони-мотора» в 5—10 раз меньше мощности (в указанных режимах) регулируемых приводов и почти в 2 раза — двухскоростных электродвигателей.

164

Г л ав а 5

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ НЕКОТОРЫХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ГЦН

5 . 1 . НАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ВОДЫ

5 . 1 . 1 . Г Е Р М Е Т И Ч Н Ы Е Н А С О С Ы

Главные циркуляционные насосы ЦЭН-138 Нововоронежской АЭС (НВАЭС). По массогабаритным характеристикам эти насосы (рис. 5.1) можно отнести к наиболее крупным насосам данного типа. ГЦН состоит из прочно-плотного корпуса 7 с двухзаходной спиральной улиткой 5 и выемной части 2. Корпус на сварке крепится к напорному 4 и всасывающему 8 патрубкам. Выемная часть уплотнена в корпусе самоуплотняющейся клиновой никелевой прокладкой 3.

Рис. 5.1. Конструкция центробежного электронасоса 1 блока Нововоронежской АЭС:

1— пята упорная; 2 — выемная часть; 3 — прокладка; 4 — напорный патрубок; 5— улитка; 6 — рабочее колесо; 7 — корпус; 8 — всасывающий патрубок

166

Рабочее колесо 6 двухстороннего всасывания с коэффициентом быстроходности ns, равным 165, крепится на нижнем конце ротора электродвигателя, ротор вращается в трех радиальных подшипниках скольжения. Пары трения в подшипниках — пластмасса К-4 (втулка в корпусе) по бескобальтовой наплавке ЦН-12. Осевая нагрузка воспринимается двухсторонним осевым подшипником 1. Для отвода тепла от подшипников, статорной нихромовой перегородки (толщина 0,4 мм) и ротора предусмотрен контур охлаждения

(см. рис. 4.2, а).

В режиме расхолаживания реактора ГЦН работает с частотой вращения 375 об/мин, которая обеспечивается второй обмоткой электродвигателя, питаемой от автономного источника. Насосный агрегат вместе с постаментом на четырех роликовых опорах свободно перемещается по фундаментной плите в любом направлении усилием не более 10 кН. Подвижное крепление ГЦН позволяет отказаться от температурных компенсаторов на циркуляционных трубопроводах и благодаря этому оптимально скомпоновать последние. Насосный агрегат представляет собой достаточно сложную конструкцию, оснащенную вспомогательными системами, необходимыми для охлаждения некоторых его узлов, что в целом снижает КПД и надежность агрегата, увеличивает его стоимость.

На II блоке НВАЭС применен насос ГЦН-309. В связи с форсированием мощности реактора с 210 до 365 МВт несколько изменились параметры теплоносителя, что в определенной мере отразилось на характеристике ГЦН (см. Приложение 1). Некоторые изменения были внесены и в конструкцию ГЦН. Они коснулись в основном проточной части: консольно расположенное центробежное рабочее колесо одностороннего всасывания и двухзаходная спиральная улитка размещены в штампосварном прочноплотном корпусе. Выемная часть без изменений заимствована из ГЦН I блока.

На III и IV блоках НВАЭС успешно эксплуатируются новые по конструкции насосы ГЦН-310 (рис. 5.2), спроектированные с учетом последних достижений в области создания герметичных ГЦН, а также компоновочных особенностей установки. Подобные насосы установлены также на Кольской АЭС, на АЭС «Kozloduy» в Болгарии, АЭС

«Bruno Loischner» в ГДР и др. [3, гл. 2].

Изменения коснулись параметров насоса (см. Приложение 1) и, в максимальной степени, его конструкции. Насос имеет следующие детали и узлы: штампосварной гидравлический корпус 18; два радиальных подшипника 2 и 11; рабочее колесо 19 одностороннего всасывания с дополнительно присоединенной массой, выполняющей роль маховика; направляющий аппарат 20; цельнотянутую нихромовую перегородку 16 длиной 1600 и диаметром 410 мм с компенсацией линейных расширений; уплотнение главного разъема прямоугольной прокладкой с затяжкой шпильками 4 сопрягаемых фланцев через

167

комплект тарельчатых пружин; новый антифрикционный материал 7В-2А для вкладышей подшипников; выемную часть (электродвигатель с проточной частью), которая может монтироваться в корпус и демонтироваться из него без отсоединения последнего от трубопроводов; подвижную подставку 1 с четырьмя шаровыми опорами (рис. 5.3), на которой установлен весь насосный агрегат вместе с оборудованием вспомогательных систем; эластичную мембрану 3 по периметру корпуса 18, герметично отделяющую помещение первого контура от помещения обслуживания.

Габаритные размеры двигателя несколько увеличены в целях снижения удельной плотности тока и, следовательно, температуры изоляции обмотки.

Рассмотрим электронасос ГЦН-310 вертикального исполнения (рис. 5.4). Ротор 4 насоса вращается в теплоносителе в подшипниках скольжения 3. Подшипники смазываются и охлаждаются теплоносителем автономного контура. Разгрузка ротора от осевых сил осуществляется автоматически в специальной разгрузочной камере 11, находящейся за рабочим колесом, а также в камере за вспомогательным колесом. При работе насоса давление в разгрузочной камере устанавливается таким, при котором ротор находится во взвешенном состоянии. Частичная разгрузка ротора от радиальных сил достигается вертикальным расположением ротора и динамической балансировки его в сборе. Избыточные осевые силы, возникающие вследствие неполной осевой разгрузки, особенно на переходных режимах, воспринимаются осевым подшипником 6.

Вкачестве трущейся пары применяется пластмасса 2П-1000-ЗП (вкладыши), а втулка вала выполняется из хромоникелевого сплава ВЖЛ-2. Термостойкость пластмассы 2П- 1000-ЗП составляет около 280° С,

Вгидравлическую часть ГЦН входят прочный корпус 8 с всасывающим и нагнетательным патрубками и проточная часть, состоящая из рабочего колеса, направляющего аппарата на выходе из колеса и сборной камеры.

Статор электродвигателя (рис. 5.4) включает в себя пакет активного железа, обмотку, корпусные детали и перегородку Пакет активного железа набран из листов (толщина 0.5 мм) электротехнической стали. Поверхности листов покрыты электроизолирующей фосфатной пленкой. Пакет пропитан бакелитовым лаком, спрессован и удерживается при помощи нажимных плит, которые крепятся к корпусу статора болтами.

Обмотка статора однослойная, катушечного типа с концентрическим расположением катушек. Изоляция обмотки выполнена из кремнийорганических изоляционных материалов и пропитана кремнийорганическим компаундом, а лобовые части дополнительно покрыты кремнийорганической эмалью. Обмотка соединяется в схему через фазные шины.

169