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

Нижний подшипник 9 — дроссельный гидростатический, работает на натрии; верхний — шариковый, воспринимает осевые и радиальные усилия. Расстояние между подшипниками равно 5,8 м. В насосе имеется механическое торцовое уплотнение вала с использованием в качестве смазывающей и запирающей жидкости масло, прокачиваемое специальным шестеренчатым насосом. Детали насоса изготовлены из стали 304. Поверхности трения наплавлены колмоноем.

Всасывание натрия осуществляется прямо из трубопровода. Перед входом в рабочее колесо установлены четыре направляющих ребра. Теплоноситель из рабочего колеса, пройдя направляющий аппарат, попадает в сферический сборник, откуда поступает в реактор. Из этого же сборника проводится подача натрия на ГСП, который имеет относительно большие габаритные размеры и приспособлен для работы па низких частотах вращения. Проходящий через него натрий собирается в верхней полости бака и по специальной трубе слива протечек отводится на всасывание насоса. Сливная линия работает полным сечением, чем исключается захват газа. Применению такой схемы слива протечек способствовали два обстоятельства: низкое сопротивление всасывающего тракта, поскольку насос установлен на «горячей» ветке контура, и наличие системы регулирования частоты вращения ГЦН.

Насосы второго контура идентичны насосам первого.

Насосы реактора «Enrico Fermi Atomic Power Plant» (EFAPP, США.) Устройство насоса первого контура показано на рис. 5.38. Этот насос погружного типа со всасыванием непосредственно из собственного бака. Биологическая защита, вал вместе с подшипниками, рабочим колесом, направляющим аппаратом и обратным клапаном могут быть извлечены из контура без резки трубопроводов и слива натрия. Длина вала около 6 м. Он вращается в двух радиальных гидростатических подшипниках. один из которых 6 работает под уровнем натрия, второй 4 — выше уровня. Рабочие поверхности подшипников наплавлены стеллитом. Подача теплоносителя на гидростатические подшипники осуществляется с напора насоса по специальным трубам, слив - в бак насоса. Осевую нагрузку от собственной массы и гидравлических усилий воспринимает осевой подшипник электродвигателя 2. Соединение вала насоса с валом электродвигателя -

жесткое [14, 15].

Верхняя часть вала длиной 1,4 м имеет спиральную винтовую нарезку для предотвращения попадания пара натрия в уплотнение. Газовая полость насоса герметизируется механическим УВГ, которое установлено в пространстве между биологической защитой 3 и электродвигателем 2. Расположение уплотнения ниже подшипника электродвигателя исключает вероятность попадания большого количества масла в натрий

222

в аварийной ситуации. Неподвижное кольцо уплотнения изготовлено из бронзы, подвижное — из стали марки ЭС-5781. Работает уплотнение на фторуглеродистом масле «Fluorolube МО-10». Приводом служит электродвигатель с фазным ротором. Для аварийного расхолаживания предусмотрен вспомогательный электродвигатель малой мощности. Детали насоса изготовлены в основном из стали 304.

Насосы реактора «Experimental Breeder Reactor ( EBR II США). Два насоса первого контура (рис. 5.39) расположены на крышке реактора с «холодной» стороны контура циркуляции [15]. Натрий всасывается рабочим колесом через специальный конфузор из общего коллектора. За рабочим колесом расположен направляющий аппарат и далее кольцевой коллектор, откуда натрий по четырем трубам поступает в напорный патрубок. Патрубок соединен с напорным трубопроводом специальным устройством (рис. 5.40), которое автоматически соединяет при монтаже и разъединяет при демонтаже насос с напорным трубопроводом. Это устройство также компенсирует за счет сильфона несоосность насоса и напорного трубопровода при установке. Соединительное устройство имеет протечку натрия не более 0,2% подачи насоса.

Рабочее колесо, гидравлически разгруженное от осевых сил, имеет удлиненную втулку, которая служит шейкой ГСП. Гидростатический подшипник с четырьмя рабочими камерами питается из напорного кольцевого коллектора через сверления. Слив протечек натрия из ГСП происходит через отверстия в рабочем колесе на всасывание насоса. ГСП имеет достаточную несущую способность, чтобы обеспечить работу насоса на номинальной частоте вращения, а наличие всего четырех камер создает благоприятные условия для образования жидкостной пленки и при минимальной частоте вращения, когда напор насоса мал. Для увеличения износостойкости рабочих поверхностей ГСП они наплавлены колмоноем. Основная часть насоса, соприкасающаяся с натрием, выполнена из стали 304. Вал 14 насоса соединяется с ротором электродвигателя посредством жесткой муфты и вращается на трех опорах. В электродвигателе размещены два подшипника качения. Верхний (шариковый) подшипник 3 является радиально-осевым, нижний в (роликовый) — радиальным.

Внасосе обычное механическое уплотнение отсутствует, так как используется герметичный электродвигатель. Уплотнение лабиринтного типа, разделяющее полости насоса и электродвигателя, ограничивает проникновение пара натрия в привод. Уплотнение расположено выше защитной пробки, состоящей из слоя стальной дроби 13 высотой 810 мм, теплоизоляции 12 высотой 200 мм и слоя бетона 10 высотой 830 мм.

Вкачестве насоса второго контура на реакторе EBR II применен электромагнитный насос переменного тока с подачей 1475 м3/ч, напором 43,5 м, мощностью 371 кВт и КПД 40%.

223

Насосы реактора «Fast Flux Test Faciliti» (FFTF, США) [16—19]. Насос первого контура с рабочим колесом 12 одностороннего всасывания выполнен погружным и установлен на «холодной» ветке циркуляционного контура трехпетлевой компоновки (рис. 5.41). Вал насоса 6 длиной 7,3 м вращается в двух подшипниках: нижнем гидростатическом и верхнем подшипнике 1 качения. Насос соединяется с приводным электродвигателем с помощью эластичной муфты. Уплотнение выполнено торцовым, двойным с масляным гидрозатвором. За исключением верхнего подшипникового узла насос изготовлен из стали 304.

Насосы первого и второго контуров идентичны по конструкции, кроме проточной части. У насоса второго контура рабочее колесо двухстороннего всасывания. Приводом насоса является электродвигатель с фазным ротором. Частота вращения регулируется жидкостным реостатом.

Насосы реактора «Rapsodie» (Франция) [20, 21]. Насосы первого контура центробежные, одноступенчатые, заглубленного типа (рис. 5.42), установлены на «холодной» ветке циркуляционного контура петлевой компоновки. Вал насоса 10 вращается в двух подшипниках: нижнем (узел 11) — ГСП, верхнем (узел 1) — двойном роликовом радиально-осевом. В качестве привода применен асинхронный электродвигатель 13 в герметичном исполнении. Всасывание натрия организовано сверху благодаря перевернутому рабочему колесу 2. Пройдя рабочее колесо, натрий попадает в направляющий аппарат 3 и далее в напорный патрубок. В насос первого контура встроен обратный клапан, который представляет собой поплавок с запирающим диском. Питание ГСП осуществляется по сверлению в валу с напора рабочего колеса через три отверстия диаметром 12 мм и отверстие в обтекателе рабочего колеса. Чтобы избежать засорения дросселей, в обтекатель встроен сетчатый фильтр. В самом ГСП имеются дроссели диаметром 7 мм. Поверхность подшипника наплавлена колмоноем. Уплотнение вала двойное торцовое, с масляным гидрозатвором. Охлаждается уплотнение маслом, циркулирующим в замкнутом объеме с помощью лабиринтного насоса, установленного на валу насоса. Масло охлаждается водой в холодильнике, вынесенном из корпуса насоса. Неподвижное кольцо пары трения стальное со стеллитовой наплавкой, подвижное кольцо графитовое. Ремонт верхних узлов осуществляется без разгерметизации контура. Для этой цели служит ремонтное уплотнение (узел 1), состоящее из диска, герметично насаженного на вал, и запрессованного в него резинового кольца. При отворачивании гайки, крепящей верхний роликовый подшипник, вал насоса скользит вниз и садится резиновым кольцом на бурт в корпусе насоса. Конструкция верхнего подшипникового узла позволяет при ремонте демонтировать подшипник и уплотнение единым блоком.

225

Рис. 5.42 Конструкция насоса реактора

«Rapsodie»

1 — обратный клапан; 2 — рабочее колесо; 3 — направляющий аппарат; 4 — улитка; 5 — успокоительное кольцо; 6 — горизонтальные успокоители; 7 — внутренний антивихревой цилиндр; 8 — вертикальный успокоительный цилиндр; 9 — уровнемер; 10— вал; 11, 17— биологическая защита; 12 — роликовый подшипник; 13 — электродвигатель; 14 — механическая муфта; 15 — уплотнение вала; 16 — уплотняющее кольцо

226

Насос второго контура представляет собой аналогичную конструкцию, за исключением того, что по условиям работы в нем отсутствуют биологическая защита и обратный клапан.

Насосы реактора «Phenix» (Франция) [20, 21]. Каждый из трех насосов первого контура представляет собой вертикальный, одноступенчатый, центробежный, погружной, со свободным уровнем натрия агрегат (рис. 5.43). За прототип по конструкционным решениям и компоновке был взят насос реактора «Rapsodie». Всасывание теплоносителя организовано сверху. Пройдя рабочее колесо 6, теплоноситель попадает в направляющий аппарат и далее в напорную камеру, где встроен обратный клапан. Вся длина насоса от двигателя до напорного патрубка составляет 17 мм, длина вала 12 равна 5 м. Вал насоса вращается на двух опорах. Верхней опорой является двойной роликовый подшипник, нижней — дроссельный гидростатический подшипник 8, питаемый с напора колеса. Диаметр ГСП равен 320 мм, радиальный зазор 0,5 мм. При испытании на воде жесткость подшипника оказалась достаточной для того, чтобы ограничить перемещения вала в диапазоне 20% радиального зазора. Испытания насоса на частоте вращения около 650 об/мин показали хорошую работоспособность ГСП.

Герметичность насоса по отношению к внешней среде обеспечивается уплотнением вала по газу. Уплотнение — механическое, двойное торцовое, с масляным гидрозатвором. Ремонт верхних узлов насоса проводится без разгерметизации контура при закрытом рабочем уплотнении.

Биологической защитой 15 является пробка, заполненная чугунной дробью. На верхнем фланце защитной пробки имеется двойная прокладка, которая герметизирует активный газ в полости насоса от атмосферы. Прокладка изготовлена из термостойких сортов резины. Внизу защитной пробки предусмотрен слой изоляции 13, уменьшающий приток тепла в направлении верхних узлов насоса.

Насос с напорным трубопроводом соединяется с помощью шарнирной муфты, которая исключает перекос и перемещение насоса относительно напорной трубы. Вместе с тем конструкция соединения создает достаточно высокую степень герметичности. В насосе имеется инерционный маховик, позволяющий подавать в активную зону необходимое количество натрия во время трехминутного перерыва в электропитании всей установки. При более длительном перерыве маховик обеспечивает плавное снижение частоты вращения до 100 об/мин. после чего автоматически включается вспомогательный электродвигатель, питающийся от аккумуляторов. Главный привод насоса — асинхронный двигатель, снабженный статическим преобразователем частоты, плавно регулирующим частоту вращения насоса в диапазоне от 250 до 975 об/мин. Двигатель

228

охлаждается теплообменником «вода — воздух» по замкнутому циклу. В качестве вспомогательного привода служит электродвигатель постоянного тока с питанием от аккумуляторов, имеющих выпрямитель, подсоединенный к вспомогательной сети низкого напряжения. В случае полного обесточивания сети аккумулятор может питать энергией вспомогательный двигатель в течение 1 ч. В насосе предусмотрен тормоз, который воздействует на обод маховика и тем самым исключает работу насоса в режиме турбины, если обратный клапан не срабатывает.

Насосы второго контура встроены в компенсационные баки каждой из трех петель. Конструкция насосов идентична конструкции насоса первого контура, но без биологической защиты, инерционного маховика и обратного клапана.

Насосы реактора «Super Phenix 1» (Франция). Общая компоновочная схема насоса первого контура (рис. 5. 44) принята аналогичной насосу первого контура реактора «Phenix», но проточная часть выполнена с некоторыми отличиями:

гидростатический натриевый подшипник расположен ниже рабочего колеса; диаметр нижнего лабиринта (около 1000 мм) выбран таким, чтобы значительно

уменьшить осевую силу, не меняя ее направления (вниз); обратный клапан выполнен в виде кольцевой обечайки (обтюратора) на выходе из

рабочего колеса.

В целях уменьшения массы вращающихся частей и нагрузки на верхний подшипник вал 3 насоса выполнен полым с толщиной стенки в средней части до 20 мм при диаметре 600 мм. Расстояние между опорами 10 м. Гидростатический подшипник — камерный дроссельный, без сливных канавок между камерами. Поэтому при меньшей, чем у ГСП насоса реактора «Phenix» грузоподъемности (из-за выравнивания давления в рабочих камерах за счет перетечек), в ГСП насоса реактора «Super Phenix» уменьшена опасность заедания при контакте вала и корпуса (больший гидродинамический эффект из-за отсутствия канавок), он более технологичен. Верхний подшипник и уплотнение по конструкции такие же, как в насосе реактора «Phenix». Диаметры увеличены, но линейные скорости в уплотнении (около 10 м/с) сохранены в связи с уменьшением частоты вращения.

Интересной представляется схема компенсации температурных расширении насоса. Насос подвешен подвижно на упругом кольце, а компенсация смещений в нижней части происходит на цилиндро-сферической опорной поверхности напорного патрубка. Преимущества такого решения:

компактность и простота; минимальная поверхность покрытия наплавкой;

229

максимальная демонтируемость системы; минимальные протечки натрия между напором и всасыванием.

Новые проектные решения, используемые в насосе реактора «Super Phenix 1», позволили преодолеть некоторые технологические трудности, возникшие в связи с увеличением габаритных размеров насоса.

Насос второго контура (рис. 5. 45) расположен в верхней точке петли в буферной емкости 4, верхний фланец которой служит опорой насоса. Корпус насоса и вращающиеся части такие же, как и у насоса первого контура, но отсутствует биологическая защита и имеется теплоизоляция, которая предназначена для защиты подшипника качения и уплотнения 3. Хотя рабочее колесо 6 и вал 5 меньших размеров, ГСП сохранен таким же, как и в насосах первого контура.

Материал, применяемый для изготовления насосов первого и второго контуров,— нержавеющая сталь.

В [22] рассмотрены пути усовершенствования ГЦН для АЭС «Super Phenix 2» мощностью 1500 МВт. Усилия проектантов были направлены ни увеличение их ресурса, снижение стоимости, оптимизацию размеров и системы привода, облегчение монтажных работ, особое внимание уделено элементам крепления ГЦН. Приведены сравнительные характеристики ГЦН SPX1 и SPX2.

Насосы реактора «Prototip Fast Reactor» (PFR, Великобритания) [23]. Насосы первого и второго контуров центробежные, одноступенчатые, заглубленные, колодцевого типа со свободным уровнем натрия в баке (рис. 5.46, 5.47). Вал насоса первого контура установлен в двух подшипниках (нижний — гидростатический, верхний — масляный подшипник скольжения). Осевые силы воспринимаются радиально-осевой масляной пятой. Герметичность по валу (по отношению к внешней среде) обеспечивается торцовым уплотнением. Конструкция верхней части насоса позволяет при ремонте демонтировать подшипник и уплотнение единым блоком. Герметичность по разъему между баком и выемной частью осуществляется с помощью прокладок из теплостойкой резины.

Привод насосов — от асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с гидромуфтой. Она позволяет регулировать частоту вращения насоса в диапазоне от 100 до 20% номинальной. Изменение частоты вращения с помощью гидромуфты может осуществляться как автоматически, так и вручную. При автоматическом регулировании максимальная скорость изменения частоты вращения берется от задающего устройства или из системы регулирования установки. На случай увеличения момента сопротивления выше максимально допустимого значения па валу насоса предусмотрен стержень, который срезается во избежание поломки насоса.

230