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

к корпусу статора шпильками и гайками через пакеты тарельчатых пружин, устраняющих влияние на перегородку тепловых расширений.

Перегородка статора, изготовленная из нихрома (толщиной 0,4 мм), на концах приварена роликовой сваркой к внутренним обечайкам крышки и экрана. Электроизоляция перегородки от железа статора выполнена из ткани стеклянного волокна, наклеенной на расточку статора бакелитовым лаком.

Ротор электродвигателя выполнен цельнокованым из нержавеющей магнитной стали. Он имеет короткозамкнутую обмотку из стержней, припаянных по концам к замыкающим кольцам, которые напрессованы на ротор через промежуточные кольца из немагнитной стали Стержни в пазах ротора фиксируются бандажами, исключающими возможность перемещения стержней в радиальном направлении под действием центробежных сил. Короткозамкнутая обмотка защищена нихромовой рубашкой, приваренной роликовой сваркой к бандажам и к ротору.

Электродвигатель имеет фазные выводы, служащие для подвода электропитания к обмотке статора и представляющие собой токоведущие стержни, пропущенные через проходной фарфоровый изолятор. Конструкция вывода позволяет осуществить передачу электроэнергии от внешнего источника к статору без нарушения требования по плотности, предъявляемого к статорной полости.

В ГЦН предусмотрены две самостоятельные системы охлаждения. Система автономного контура предназначена для охлаждения и смазки подшипников и снятия тепла от ротора и статора электродвигателя теплоносителем, который при работе ГЦН перекачивается вспомогательным колесом через холодильник, я при остановке ГЦН на горячем теплоносителе вспомогательным электронасосом. Обратный клапан при работе вспомогательного насоса автоматически закрывается, и теплоноситель автономного контура циркулирует с помощью рабочего колеса вспомогательного насоса.

Из холодильника теплоноситель поступает в верхнюю полость ГЦН на всасывание вспомогательного колеса, проходит верхний осевой и радиальный подшипник, роторную полость, нижний подшипник, сверление в корпусе экрана и по сливной трубке через обратный клапан поступает на охлаждение в холодильник.

Система промежуточного контура обеспечивает подачу воды по напорной трубе в коллектор, из которого распределяется по трем параллельным потокам: через холодильник автономного контура 9 кг/с, через холодильник статора 3 кг/с. через экран статора 0.5 кг/с Для охлаждения воздуха в воздухоохладителе имеется отдельная трасса с расходом 0,5 кг/с. Кроме того, предусмотрено охлаждение обмотки статора воздухом

171

включаются два герметичных АЦН, которые используются при нормальном расхолаживании и имеют подачу, равную примерно 15% рабочей. Выемная часть ГЦН по компоновке имеет много общего с ГЦН I блока НВАЭС: неконсольное расположение рабочего колеса, трехопорный вал, всасывающий и напорный патрубки, размещенные в горизонтальной плоскости, воздушное охлаждение лобовых частей обмотки статора и т. п. Несколько усложненной получилась система охлаждения ГЦН — введен второй (автономный) контур со своим вспомогательным колесом, насаженным на нижний конец вала. За основным рабочим колесом установлен направляющий аппарат.

Для II блока БАЭС были созданы более мощные герметичные насосы — четыре на один блок (по два на каждый барабансепаратор). При остановке одного из четырех ГЦН, например, с левой стороны автоматически останавливается один из насосов правой стороны, и реактор переходит на 50%-ную мощность. Вспомогательные насосы в системе отсутствуют.

Насосы атомной станции теплоснабжения ACT-500. Они используются для подачи запирающей воды в приводы СУЗ и создания циркуляции в системе очистки первого контура. Поминальные параметры: подача 90 м3/ч, напор 100 м, мощность 52 кВт, напряжение питающей сети 380 В, масса в сухом состоянии 900 кг.

Насос (рис. 5.6) представляет собой вертикальный агрегат с верхним расположением электродвигателя. Проточная часть включает в себя литое рабочее колесо 4 с приварным покрывным диском, направляющий аппарат 6, конфузор 3 и гидрокамеру 7. Радиальный лопаточный аппарат направляет воду от рабочего колеса в гидрокамеру. Конфузор 3 является продолжением всасывающего патрубка 1 гидрокамеры. На конфузоре установлены разрезные уплотняющие кольца 2 для уменьшения перетечек воды из гидрокамеры на вход насоса. Направляющий аппарат и конфузор крепятся шпильками и гайками к корпусу электродвигателя.

Гидрокамера имеет конфузорный всасывающий патрубок 1 и напорный патрубок 29. Выемная часть крепится к гидрокамере шпильками 8. Уплотнение разъема между корпусом и гидрокамерой осуществляется усиковым сварным швом 25.

Электродвигатель — асинхронный, работает на 3-фазном переменном токе. Статор 21 установлен в корпусе 24 и герметически отделен от полости ротора перегородкой статора 20, опирающейся на расточку пакета магнитопровода. Торцы статорной перегородки приварены к корпусу электродвигателя, в который вварены металлокерамические электровводы 10, закрытые коробкой зажимов.

Корпус статора и электровводы выдерживают давление первого контура в случае разрушения перегородки статора.

173

Ротор 22 электродвигателя цельный, с короткозамкнутой обмоткой, которая закрыта гильзой, напрессованной на вал ротора. На верхнем конце ротора расположено вспомогательное колесо 12, выполняющее функцию пяты в осевом подшипнике и одновременно обеспечивающее циркуляцию воды в автономном контуре и создающее напор для разгрузки подшипников от осевой силы. Ротор вращается в двух радиальных подшипниках 9 и 13. Разъем между корпусом и крышкой 11 уплотняется медной прокладкой 17. Газ из-под верхней крышки удаляется через штуцер 14.

Смазка и охлаждение подшипников, а также охлаждение ротора и статора осуществляются водой автономного контура, которая циркулирует по винтовой нарезке холодильника 19. По системе отверстий 18 в корпусе статора вода автономного контура попадает под верхнюю крышку на всасывание вспомогательного колеса, затем через верхний подшипник 13 направляется в зазор между ротором и статором и через нижний подшипник 9 и отверстия 23 возвращается в холодильник.

Полость под верхней крышкой соединена со входом рабочего колеса сверлением 16 в роторе. За счет напора рабочего колеса создается перепад давления между полостью под верхней крышкой и входом рабочего колеса, обеспечивающий удаление газа из-под крышки.

Автономный контур подпитывается напором с рабочего колеса 4 через сверления 5 в направляющем аппарате и зазор в лабиринтном уплотнении 27 ротора. Охлаждение остановленного насоса осуществляется за счет естественной циркуляции воды в автономном контуре.

ДЛЯ уменьшения конвективного теплообмена между перекачиваемым теплоносителем и водой автономного контура в направляющем аппарате и в отверстии ротора установлены гидрозатворы 26, 28 и дроссель 15.

Описанные конструкции отечественных герметичных ГЦН для ЯЭУ и АЭС обладают высокой надежностью и большой длительностью работы без ремонта или замены.

Герметичные насосы фирмы «Westinghouse Electric» (США). Эта фирма — одна из первых зарубежных фирм, организовавшая проектирование и поставку герметичных насосов нескольких типоразмеров для первых контуров стационарных и судовых ЯЭУ. Установленные мощности этих ГЦН колеблются от 35 до 1550 кВт. Для насосов данной фирмы характерны высокая частота вращения (1800—3000 об/мин) и повышенное (440 В) напряжение питающего тока, принятое в американских стандартах. В качестве типовой конструкции можно рассматривать герметичный насос С-150 (рис. 5.7), рассчитанный на подачу 36 м3/ч и напор 84 м. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором мощностью 12,5 кВт питается переменным током 440 В, 25 А и 60 Гц.

175

Частота вращения ротора электродвигателя 3480 об/мин. Прочно-плотный корпус насоса и улитка выполнены из нержавеющей стали. Ротор электродвигателя вращается в двух графитовых гидродинамических радиальных подшипниках 1 и 11. Рабочее колесо насоса разгружено от осевых гидравлических сил, а масса вращающихся частей воспринимается пятой 17 с рабочей поверхностью из графита. Упорные колодки пяты и шейки вала радиальных подшипников направлены стеллитом. Корпус уплотняется в улитке с помощью круглого кольца из нержавеющей стали и, дополнительно, тороидальным уплотнением. Кроме того, предусмотрено место для резиновой прокладки, используемой при стендовых испытаниях. Всасывающим и напорным патрубками ГЦН приваривается к циркуляционным трубопроводам КМПЦ. Ротор, статорная перегородка и подшипники электродвигателя охлаждаются водой, циркулирующей по замкнутому контуру с помощью импеллера 7, расположенного на роторе. Контур охлаждения защищен от попадания горячей воды с напора рабочего колеса лабиринтным уплотнением.

Насосы фирмы «Westinghouse Electric» характеризуются высокой надежностью и компактностью конструкции [3, гл. 2] .

Герметичные электронасосы разрабатываются и некоторыми западноевропейскими фирмами, в частности фирмой Великобритании «Hayward Tyler» [3; 4, гл. 2]. Продольный разрез одного из таких насосов представлен на рис. 5.8. Его конструкция отличается от предыдущих тем, что имеет двигатель с «мокрым» статором и рабочее колесо диагональной формы. Переход от центробежного рабочего колеса к диагональному связан с существенным увеличением подачи при заданном напоре. Корпус насоса состоит из трех частей 7, 11 и 17, прочно-плотно соединенных друг с другом. В промежуточном корпусе 11 предусмотрен по торцу экран для защиты от эрозионного воздействия теплоносителя. Как правило, ГЦН данной фирмы имеют длинную и узкую горловину между рабочим колесом и радиальным подшипником 9, что объясняется необходимостью эффективного снижения температуры теплоносителя, поступающего в виде протечек в полость статора. Из рис. 5.8 видно, что ГЦН может монтироваться двигателем вниз, если того требует компоновка ЯЭУ.

Благодаря отсутствию металлической перегородки КПД двигателя несколько выше, чем КПД других герметичных ГЦН, но все же меньше КПД обычных двигателей.

Этой фирмой разработан для АЭС электрической мощностью 1000 МВт герметичный насос с подачей 14 000 м3/ч и мощностью 3500 кВт. Однако он не был использован в реальной ЯЭУ

177

Рис. 5.8. Герметичный насос фирмы «Hayward Tyler»:

Общие сведения по технологии изготовления статора и ротора. Статор. Для того чтобы вода не попадала в сухой статор, в зазор между ротором и статором вставляется тонкая (0,5 мм) металлическая немагнитная перегородка, герметично соединяемая с корпусом статора. Очевидно, что по условиям прочности такая тонкая перегородка не может выдержать внутреннее давление, действующее в полости насоса. Прочность перегородки обеспечивается тем, что она опирается на пакет железа статора, т. е. силу от

178

давления воспринимает пакет железа cтатора. Основным требованием, которому должна удовлетворять конструкция сухого статора, является обеспечение надежной работы перегородки во всех эксплуатационных режимах насоса. Для этого необходимо, чтобы действующие на нее силы от внутреннего давления и температурных расширений не приводили к образованию остаточных деформаций, т. е. чтобы перегородка всегда работала в области упругих деформаций. Пакет железа статора, набранный из большого числа тонких листов, не должен расслаиваться под действием усилий от внутреннего давления, так как в противном случае в образовавшиеся зазоры между листами будет выдавливаться перегородка, что приведет к ее разрушению.

Различают два типа конструкции статора: жесткий и с компенсаторами.

Жесткий статор характерен тем, что представляет собой систему, не имеющую какихлибо компенсационных звеньев в осевом направлении. В такой системе из-за того, что корпус статора имеет значительно большую жесткость, чем перегородка, деформация последней будет равна деформации корпуса во всех режимах, а напряжения от разности температурных деформаций в осевом направлении целиком будут восприниматься перегородкой.

Статор с компенсаторами выполняется в виде гибких диафрагм, позволяющих компенсировать разность температурных деформаций в осевом направлении, а также иметь различную осевую деформацию корпуса и перегородки. Это создает более легкие условия работы перегородки, хотя конструкция статора получается сложнее.

Пакет железа статора выполняется шихтованным, т. е. набирается из отдельных штампованных листов толщиной 0,35—0,5 мм, изготовляемых из различных марок электротехнических сталей. Паз статора делается закрытым, чтобы обеспечить целостность перегородки. Высота перемычки выбирается из условий прочности и зависит от диаметра расточки и действующего давления. Для насосов малой мощности (с небольшим диаметром расточки) возможно применение открытых пазов.

Поверхность листов железа перед сборкой в пакет изолируется путем нанесения тонкого фосфатного слоя или тонкого слоя бакелитового лака. Листы железа статора вырубаются в комбинированном штампе из карт, которые вырезаются из поставляемых металлургическим заводом больших листов трансформаторного железа. Как правило, эти листы имеют разную толщину в направлении прокатки. Следовательно, и вырубленный лист железа статора будет иметь разную толщину. Это приведет к тому, что при сборке пакета статора образуется «веерность», т. е. разная длина пакета по образующим. Веерность не позволяет равномерно сжимать пакет в осевом направлении, что приводит к расслоению пакета под действием сил давления, передаваемых от перегородки.

179

Поэтому пакет необходимо набирать так, чтобы получить минимальную веерность. Дли этого листы в пакет набираются таким образом, чтобы по одной образующей соприкасались листы с разной толщиной. Листы, набранные в пакет, спрессовываются с удельным давлением до 3,5—6 МПа. Для обеспечения монолитности пакета рекомендуется осуществлять пропитку его бакелитовым лаком в вакууме с последующей полимеризацией.

Катушки обмотки статора должны укладываться в паз железа с возможно меньшим воздушным зазором, так как его наличие ухудшает условия теплоотвода от обмотки. Для обеспечения этого пазовая часть катушки предварительно формуется в специальных пресс-формах. Выполняются катушки из обмоточного провода прямоугольного сечения. При закрытом типе паза обмотка выполняется методом протяжки, поэтому лобовая часть первоначально формуется после укладки всех катушек в пакет железа статора. Соединение катушек осуществляется перемычками с помощью пайки. Нагрев мест пайки выполняется специальными индукторами с помощью токов высокой частоты, что позволяет нагреть место пайки без повреждения близлежащей изоляции.

Для электроизоляции обмотки необходимо применять возможно более теплостойкие материалы (стеклоленту. стеклотекстолит, кремнийорганические лаки или компаунды).

Для обеспечения ровной (без уступов) поверхности расточки статора, что создает благоприятные условия для работы перегородки, рекомендуется проводить шлифовку после окончательной сборки пакета. Расточка пакета статора перед установкой в него перегородки обклеивается тонкой (0,1—0,2 мм) электроизоляцией для исключения непосредственного контакта перегородки с листами железа, что делается с целью снижения электрических потерь в железе статора и предотвращения возможного прожигания перегородки от образования искры в месте плохого контакта.

Подвод тока к обмотке осуществляется через гермовводы. На рис. 5.9 приведен один из типов гермоввода, у которого токопроводящий стержень соединен с керамическим изолятором герметичной пайкой через гильзу из специального материала, а стальная втулка приварена к корпусу статора.

Статорная перегородка выполняется из материала, который должен быть немагнитным, иметь высокое удельное сопротивление, высокую коррозийную стойкость, улучшенные механические свойства, быть пластичным и хорошо поддаваться сварке. В отечественной практике для изготовления перегородки используется сталь ЭИ-435.

180