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

температуры без нарушения соосности подшипников. Выше гидростатического подшипника расположен холодильник 7 вала, обеспечивающий необходимые температурные условия для работы ремонтного и торцового уплотнений. Вода с нагнетания насоса, очищенная мультигидроциклоном, подается в кольцевую полость Б и далее через дроссели В в несущие камеры А. Из несущих камер вода сливается через верхний и нижний зазоры по специальным отверстиям в корпусе ГСП и в рабочем колесе на всасывание. Верхний подшипниковый блок 10 воспринимает осевые и радиальные

Рис. 5.17. Конструкция насоса установки АСТ-500:

А — несущая камера; Б — кольцевая полость; В — дроссель; 1 — корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — направляющий аппарат; 4 — вал; 5 — гидростатический подшипник; 6 — выемная часть; 7 — холодильник; 8 — ремонтное уплотнение; 9 — торцовое уплотнение вала; 10 — блок подшипниковый; 11 — станина электродвигателя; 12 — муфта; 13 — электродвигатель; 14 — прокладка; 15 — сухарь

191

нагрузки вала насоса. Циркуляция масла через дуплексированный радиально-осевой подшипник B366340Л осуществляется лабиринтным насосом.

Проточная часть состоит из цельнолитого центробежного рабочего колеса 2 закрытого типа с лопатками двойной кривизны из стали 12Х18Н10ТЛ и направляющего аппарата 3 из стали 20X13.

Механическое ремонтное уплотнение 8 подробно описано в гл. 3 (см. рис. 3.45). Корпус 1 насоса формирует проточную часть и выполнен в виде полусферы сварной

конструкции из углеродистой стали 20. Только посадочные поверхности в месте главного разъема защищены двухслойной антикоррозионной наплавкой. Корпус имеет опорные лапы, которыми он крепится к фундаментной плите. В средней части лап предусмотрены пазы для установки сухарей, фиксирующих корпус в заданных координатах.

Масса агрегата с электродвигателем 8970 кг, масса собственного насоса 3900 кг.

Все элементы корпуса насоса, за исключением упомянутых выше, выполнены из углеродистой стали 20.

Главный циркуляционный насос АЭС с реактором ВВЭР-440. Насос марки ГЦН-317 (рис. 5.18) создан на смену герметичным ГЦН-310 (рис. 5.4) и представляет собой вертикальный центробежный одноступенчатый агрегат с механическим уплотнением вала, консольно расположенным рабочим колесом и выносным электродвигателем. Основной несущей конструкцией ГЦН является сварная опорная рама, опирающаяся на три шаровые опоры, что позволяет насосу перемещаться, следуя за температурным расширением трубопроводов первого контура. На опорную раму установлен сварной корпус 3 гидравлической части с теплоизоляционной обшивкой, в которой помещается собственно насос.

Выемная часть содержит вал 6, рабочее колесо 1, направляющий аппарат 2, нажимной фланец 4, блок уплотнений 10, радиально-оcевой подшипник 7, электромагнитное разгрузочное устройство 8, вспомогательное колесо 12. Уплотнение разъема между корпусом 3 и нажимным фланцем 4 обеспечивается плоской прокладкой.

К нажимному фланцу крепится направляющий аппарат, имеющий разъем в нижней части, вследствие чего обеспечивается съем рабочего колеса без демонтажа аппарата. В верхней части направляющего аппарата уложены пластины теплового барьера 13, служащего для предохранения подшипника 5 от теплоизлучения.

Рабочее колесо закреплено на валу насоса гайкой на конусах и шлицах. Вал насоса вращается в двух радиальных подшипниках скольжения. Нижний подшипник смазывается и охлаждается водой автономного контура, циркуляция которой во время работы ГЦН обеспечивается вспомогательным колесом 12, а во время стоянки — вспомогательным

192

насосом. Расположение вспомогательного колеса под нижним подшипником служит дополнительным барьером, затрудняющим попадание горячей воды в нижний радиальный подшипник. Верхний радиальный подшипник скомпонован в одном корпусе с осевым, воспринимающим усилия, возникающие из-за разности давления основного контура и окружающей среды. Смазка и охлаждение радиально-осевого подшипника 7 производятся маслом, которое подается по трубопроводам специальной масляной системы.

Для снижения осевых нагрузок и обеспечения запуска электродвигателя при полном давлении в первом контуре в верхней части корпуса радиально-осевого подшипника установлено электромагнитное разгрузочное устройство 8. Обеспечение соосности верхнего и нижнего радиальных подшипников достигается совместной расточкой корпусов радиально-осевого подшипника и корпуса уплотнения с последующей фиксацией их радиальными штифтами.

Блок уплотнения 10 состоит из двух основных ступеней гидростатического типа, а также разделительной и концевой ступеней торцового типа (подробнее см. п.3.2.3).

Электродвигатель установлен на специальной подставке, опирающейся на нажимной фланец насоса. Подшипники электродвигателя питаются от масляной системы ГЦН. Вращение ротора электродвигателя передается валу насоса через зубчатую муфту.

Для предотвращения перемещения корпуса ГЦН в случае разрыва трубопроводов первого контура на нем предусмотрены опорные поверхности для передачи сил на специальные упоры, размещенные в боксе.

Лабиринтное кольцо, разделяющее полость нагнетания с полостью всасывания, выполнено самоустанавливающимся. Рабочее колесо, центробежное, закрытого типа, с лопатками двоякой кривизны, выполнено литым. Ступица рабочего колеса имеет центрирующие конуса, что обеспечивает беззазорную посадку рабочего колеса на вал независимо от температуры окружающей среды. Рабочее колесо крепится на валу при помощи эвольвентных шлицев, а в осевом направлении — гайкой-обтекателем.

Направляющий аппарат выполнен литым с приваренным диском. Рабочие каналы образованы профилированными лопатками. Направляющий аппарат крепится на нижней части нажимного фланца. Для разделения полости всасывания и сборной камеры (полость нагнетания) установлен переходник, который крепится к диску направляющего аппарата.

Нажимной фланец с элементами уплотнения главного разъема служит крышкой корпуса насоса, герметичность которого достигается уплотнением плоской прокладки. Затяжка главного разъема осуществляется гайками через пакеты тарельчатых пружин, обеспечивающих уплотнения при переходных тепловых режимах.

194

Рис. 5.19. Общий вид насоса для АЭС

«Loviisa»:

Рис. 5.20. Схема шарнирной опоры:

1 — ролики; 2 — демпферные пружины; 3 — опора; 4 — шарнир; 5 — кольцо oграничительное; 6 — кольца крепежные; 7 — кронштейн

Главный циркуляционный насос для АЭС «Loviisa».Насос разработан финскими фирмами для АЭС с реактором ВВЭР-440 взамен герметичных ГЦН и имеет некоторые специфические особенности, которые отличают его конструкцию от аналогичных конструкций ГЦН других АЭС.

Насос (рис. 5.19) состоит из корпуса, выемной части (диагонального рабочего колеса с четырьмя лопатками и диффузора с семью лопатками), асинхронного приводного электродвигателя 10 с короткозамкнутыми обмотками ротора мощностью 1300 кВт на напряжение 6 кВ. Корпус 1 имеет боковой всасывающий и нижний напорный патрубки. Такой подвод потока позволил упростить привязку трубопроводов к корпусу насоса, уменьшить массогабаритные показатели корпуса и получить минимально возможные размеры по главному разъему. Кроме того, при этом облегчаются условия работы

195

уплотнения вала, поскольку контурная ступень уплотнения непосредственно связана с всасывающей полостью насоса.

Вал 3 насоса жестко соединен с ротором электродвигателя муфтой 7, и таким образом образована единая сборка, вращающаяся в трех подшипниках. Критическая частота вращения вала в 1,25—1,3 раза превышает фактическую частоту вращения. В качестве нижней направляющей опоры в насосе применен гидродинамический подшипник скольжения 4, смазываемый и охлаждаемый водой, циркуляция которой осуществляется по автономному контуру посредством специального вспомогательного импеллера. В электродвигателе расположены два подшипника качения с масляной смазкой, один из которых рассчитан на восприятие и осевой нагрузки, передаваемой от насоса через соединительную муфту с помощью кольцевых шпонок. Монтаж и демонтаж муфты осуществляются за счет предусмотренного в ней продольного разъема. В самой муфте между торцами валов предусмотрен зазор 370 мм, позволяющий проводить без демонтажа электродвигателя замену уплотнения и подшипника ГЦП. Крышка 2 насоса уплотняется с помощью 24 шпилек в корпусе 1 через две спиральновитые прокладки с графитовым наполнителем.

Уплотнение вала имеет три ступени: две гидростатические торцовые, каждая из которых работает при половинном перепаде давления, и верхнее концевое уплотнение, рассчитанное на перепад 0,5 МПа (см. рис. 3.33).

Детали проточной части, соприкасающиеся с теплоносителем, выполнены из аустенитной нержавеющей стали. Заслуживает внимания исполнение наиболее трудоемких узлов ГЦН, изготовление и монтаж которых вызывает определенные трудности. К таким узлам можно отнести литой корпус насоса, который в данном случае имеет сферическую форму.

Электродвигатель оборудован маховиком 9, благодаря чему обеспечивается требуемый темп падения частоты вращения ГЦН после его обесточивания, необходимый для надежного охлаждения реактора во всех эксплуатационных режимах. Под маховиком расположен кольцевой электромагнит, который вместе с устройствами для питания электромагнита и силоизмерительным тензометрическим устройством, определяющим действующую на радиально-осевой подшипник осевую силу, образует систему электромагнитной разгрузки этого подшипника от осевой силы (см. рис. 4.17). Наличие такой системы позволило использовать в электродвигателе ГЦП радиально-осевой подшипник качения с очень компактной встроенной масляной системой вместо обычно применяемых в ГЦН осевых подшипников колодочного типа.

196

Насосный агрегат закреплен подвижно на опоре качения с шарнирными кольцами (рис. 5.20). К корпусу насоса крепятся три кольца 6, совместно с четырьмя шарнирами 4 образующие шарнирную подвеску. К наружному кольцу подвески крепятся три опоры 3, установленные на кронштейны 7. Каждая опора имеет демпферные пружины 2 и ролики 1, на которых и перемещается насос. Кольцо 5 ограничивает перемещение ГЦН при разрыве трубопровода контура МПЦ. Такое крепление ГЦН сравнительно просто по конструкции и позволяет использовать подвесные элементы опор в качестве ограничителей при разрыве трубопровода. Насосы успешно эксплуатируются на I и II блоках АЭС.

Главные циркуляционные насосы для зарубежных реакторов PWR. В США организация серийного выпуска ГНЦ для АЭС с реакторами PWR сосредоточена в трех фирмах: «Westinghouse Electric», «Byron Jackson» и «Bingam — Willament». Фирма

«Westinghouse Electric» — единственная из ядерноэнергетических фирм, которая проектирует и изготовляет весь комплекс оборудования, входящего в состав первого контура, включая и главные циркуляционные насосы [4]. В начале 60-х годов была разработана первая конструкция ГЦН с уплотнением вала, во второй половине 60-х годов фирма освоила производство первого серийного ГЦН усовершенствованной конструкции для АЭС электрической мощностью 230—260 МВт.

Промышленное изготовление ГЦН серийной модели с подачей 20 000 м3/ч позволило унифицировать и стандартизировать производство ГЦН первого контура дли реакторов PWR различной электрической мощности (от 500 до 1000 МВт). Это насос вертикального типа, одноступенчатый, состоит из трех основных частей (рис. 5.21): проточной части, блока уплотнений, электродвигателя 7 с короткозамкнутым ротором. Теплоноситель поступает в ГЦН снизу, проходит через рабочее колесо 2, диффузор 3 и отводится через нагнетательный патрубок, расположенный на боковой поверхности корпуса 1. Внутри корпуса, несколько ниже радиального подшипника 5, работающего на водяной смазке, предусмотрен кольцевой теплообменник 4, внутри которого циркулирует охлаждающая вода низкого давления. Теплообменник обеспечивает защиту водяного подшипника и уплотнений при авариях, сопровождающихся прекращением подачи запирающей воды. Агрегат имеет три подшипника: два из них расположены в электродвигателе, третий — в ГЦН между теплообменником и уплотнением вала. Уплотнение вала 6 — трехступенчатое с регулируемыми протечками. Очищенная запирающая вода подается к валу насоса и обеспечивает охлаждение верхней и нижней частей насоса и узла уплотнений. Очистка необходима для нормальной работы нижнего радиального подшипника и уплотнения. Нижнее уплотнение гидростатического типа работает без механического контакта.

197

Нормальная протечка через него составляет 0,19 м3/ч. В этом уплотнении срабатывает почти весь перепад давления — после него давление воды составляет всего 0,35 МПа.

Второе уплотнение также дросселирует воду в количестве 0,19 м/ч. В нем давление воды уменьшается от 0,35 МПа до нескольких метров водяного столба. Это механическое контактное уплотнение обычной конструкции. Концевое уплотнение (также механического типа) имеет весьма небольшую протечку. Протекающая через это уплотнение вода, смазывающая и охлаждающая трущиеся поверхности, сбрасывается под защитную оболочку установки.

Нижний подшипник электродвигателя погружен в масляную ванну с встроенным теплообменником, через который прокачивается охлажденная вода. В подшипнике использована пара трения баббит — сталь.

Верхний осевой подшипник двухстороннего действия (типа Кингсбери) смазывается и охлаждается маслом, подаваемым вспомогательным колесом, являющимся элементом подшипника. Имеется, кроме того, система для подачи в подпятник масла высокого давления во время пуска насоса, с помощью которой ротор перед пуском слегка приподнимается.

Двигатель оборудован антиреверсивным устройством, не допускающим вращения остановленного насоса в обратную сторону.

Это устройство не требует смазки, так как при нормальной работе в нем нет движущихся элементов. В верхней части двигателя расположен маховик.

Конструкция ГЦН позволяет извлечь из корпуса, приваренного к трубопроводам, электродвигатель вместе с проточной частью насоса. Имеется также возможность демонтировать из насоса узел уплотнений без демонтажа электродвигателя. Масса насоса 105 т. Насос предназначен для работы с частотой вращения 1200 об/мин при частоте питающего напряжения 60 Гц.

Кроме таких насосов изготавливаются ГЦН на 1500 об/мин и частоту 50 Гц (рис. 5.22) [4]. Форма корпусов этих ГЦН в значительной степени зависит от механических напряжений, возникающих в стенках корпуса вследствие высоких давлений и больших диаметров корпусов.

Одна из последних конструкций ГЦН (рис. 5.23) была создана в связи с возникшей потребностью увеличения подачи насосов, предназначенных для оснащения реакторов электрической мощностью 1200—1350 МВт при четырехпетлевой компоновке, 900—1000 МВт при трехпетлевой, 600—650 МВт при двухпетлевой [5].

199

Рис. 5.22. Насос кампании «Westinghouse Electric» на частоту 50 Гц:

1 — корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — диффузор; 4 — тепловой барьер; 5 — радиальный подшипник; 6 — блок уплотнения вала; 7 — проставка; 8 — электродвигатель

Рис. 5.23. Конструктивная схема модернизированного насоса кампании «Westinghouse

Electric»:

1 — корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — диффузор; 4 — тепловой барьер; 5 — радиальный подшипник; 6 — блок уплотнения вала; 7 — проставка; 8 — электродвигатель

Следует отметить, что при увеличении подачи ГЦН на 6—12%, напора на 17% и мощности на 19% по сравнению с предыдущей моделью масса насоса была уменьшена до 85 т. Улучшение основных технико-экономических показателей ГЦН было достигнуто за счет введения некоторых конструкционных усовершенствований. Например, повышение

200