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

Электродвигатель располагается на специальной станине. Внутри станины к нижнему торцу двигателя через фрикционное устройство и редуктор с передаточным числом 3:1 крепится вспомогательный электродвигатель 4 индукционного типа (понимотор). Насос и основной электродвигатель соединяются между собой при помощи кардана 7. Кардан с обеих сторон имеет муфты переменной жесткости.

На валу насоса устанавливается маховик, увеличивающий до 8 с время выбега насоса при его аварийном обесточивании.

Поскольку возможны перекосы элементов насоса первого контура из-за разности температур по его высоте, была предусмотрена специальная полость вокруг вала, в которой уровень натрия держится постоянным на всех режимах работы. Дополнительно со стороны активной зоны реактора около каждого насоса располагается тепловой экран, выполненный в виде сектора. Для питания верхнего подшипникового узла и УВГ имеется циркуляционная масляная система. Масло подается двумя параллельно включенными насосами (для обеспечения резерва в случае выхода из строя одного из них). Проточная часть насоса первого контура состоит из колеса с двухсторонним всасыванием, подводящих улиток, радиального диффузора и напорной камеры. Материал деталей — нержавеющая сталь 316. Проточная часть выполнена таким образом, что при извлечении выемной части насоса в баке остается напорный коллектор. Уплотнение между напорным коллектором и радиальным диффузором происходит с помощью поршневых колец из карбида вольфрама. Ответным элементом служит стеллитовая втулка, закрепленная в корпусе напорной камеры. Натрий из напорной камеры отводится по четырем трубам, направляющим поток к отдельно расположенному обратному клапану. Рабочее колесо насоса второго контура — диагонального типа, литое. Верхний покрывной диск для удобства контроля профиля лопаток и качества отливки выполнен разъемным. Съемная часть крепится к подвижной болтами.

Вал насоса первого контура сварен из трех частей. Для его облегчения и уменьшения теплопередачи к верхнему подшипниковому узлу средняя часть вала выполнена полой. Длина вала насоса первого контура — около 4,5 м, второго контура — около 2.5 м. Валы после сварки термообработке не подвергаются. В нижней части на вал напрессовывается втулка гидростатического подшипника, наплавленная стеллитом в среде аргона. Диаметр наплавленной втулки насоса первого контура после шлифовки 300 мм, насоса второго контура 230 мм.

Нижняя опора в насосах — ГСП дроссельного типа (см. рис. 3.22) с подводом натрия от напорного коллектора. В связи с небольшим количеством рабочих камер в подшипнике он работает на низкой частоте вращения как гидродинамический (за счет образования

232

Рис. 5.47 Схема насоса второго контура реактора PFR:

233

натриевого клина между валом и подшипником). Внутренняя поверхность подшипника наплавлена стеллитом. Зазор между втулкой вала и обечайкой равен 0,3 мм на сторону. Диаметр дросселя 4.6 мм. Всего в конструкции 16 сменных дросселей: по восемь в два ряда. На входе в напорную камеру подшипника стоит сетчатый фильтр. Биологическая защита представляет собой бетонную пробку толщиной 1,5 м. Для исключения обратного потока через остановленный насос на нагнетании каждого имеется обратный клапан — обыкновенная задвижка с ручным приводом, которым пользуются в аварийных ситуациях. Тормозная камера предохраняет седло клапана от гидравлических даров. Ручной привод действует по принципу «винта и гайки». В данном случае винтом служит шток клапана. Сам клапан помещен внутрь металлического корпуса, в который натрий попадает через специальные отверстия, закрытые металлической сеткой. Внутри корпуса клапана имеется сепарационное устройство. Принцип действия такого сепаратора состоит в следующем. За счет специальных направляющих лопаток осуществляется закрутка потока вокруг центральной оси. Газ собирается в центре, откуда с помощью специальной трубы отводится в газовую подушку реактора. Для уменьшения гидравлического сопротивления используется несколько таких сепараторов, работающих параллельно.

Выемная часть насоса имеет ремонтное уплотнение, которое отсекает газовую полость насоса от окружающей среды при устранении неисправностей, а также замене уплотнения или верхнего подшипника. Кроме того, оно отсекает верхнюю часть насоса при попадании масла. Конструкция ремонтного уплотнения насоса реактора PFR показана на рис. 3.25.

Конструкционная схема насоса второго контура этого реактора имеет много общих элементов с насосом первого контура (рис. 5.47).

Основные данные по некоторым отечественным и зарубежным Центробежным насосам для воды и жидкого металла приведены в Приложениях 1—4.

234

Г л ав а 6

ПРОТОЧНАЯ ЧАСТЬ НАСОСОВ

Проточная часть насосов состоит из трех основных элементов: всасывающего подвода, рабочего колеса и отвода. В том случае когда конструкционные особенности этих элементов совпадают с традиционными решениями, хорошо изученными в обычном насосостроении, то методы их расчета в зависимости от параметров и типа теплоносителя ничем не отличаются от изложенных в [1, 2]. Однако для насосов АЭС часто по условиям их компоновки приходится отступать в тех или иных элементах от отработанных форм. В таком случае необходимо учитывать влияние этих отклонений на гидравлические характеристики проточной части.

При выборе размеров проточной части для ГЦН АЭС в основном необходимо учитывать следующие факторы:

отступления в конструкции подвода и отвода от традиционных решений; существенно боQльшиезазоры в лабиринтных уплотнениях рабочего колеса; относительно боQльшиерадиальные и осевые силы.

6 . 1 . ПОДВОДЯЩИЕ УСТРОЙСТВА

Каналы, подводящие поток к лопастному колесу, оказывают значительное влияние на работу ГЦН. Основная задача при расчете подводов сводится к обеспечению минимальных потерь в проточной части патрубка и к снижению неблагоприятного влияния патрубка на работу колеса, т. е. к получению равномерного поля скоростей на входе в колесо. Известно, что невыполнение этого условия значительно ухудшает работу насоса, что выражается в снижении подачи, напора, КПД и уменьшении всасывающей способности колеса.

Конструкция подвода должна обеспечить: минимальное гидравлическое сопротивление подвода;

осесимметричный (с возможно более равномерным распределением скоростей) поток в выходном сечении подвода;

минимальную закрутку потока; стабильность параметров потока на выходе из подвода.

Простейшей конструкционной формой подвода является прямолинейный конфузор (рис. 6.1). Такая форма возможна только при консольном расположении рабочего колеса. Конфузор обеспечивает получение более устойчивого потока при изменении режимов и предотвращает возможность образования вихрей и обратных токов. Повышение скорости в конфузоре на 15—20% обеспечивает более устойчивый поток на входе в колесо. Кон-

235

фузорный подвод характерен для большинства ГЦН АЭС. Вместе с тем за последние годы были спроектированы и испытаны для ГЦН формы подводов, отличающихся от классических. Ниже приведено описание конструкций и результаты испытаний некоторых подводов, геометрия которых обусловлена местом расположения ГЦН в контуре. Конструкции подводов рассмотрены в порядке увеличения коэффициентов быстроходности насосов. Как известно, с увеличением коэффициента быстроходности увеличивается влияние неравномерности потока на работу насоса (вследствие увеличения скоростей, уменьшения длины каналов и числа лопаток рабочего колеса). Поэтому у быстроходных ГЦН следует особое значение придавать оптимальности формы подвода.

Подвод для центробежного насоса с коэффициентом быстроходности ns = 65. В

этом случае перед .входом в насос необходимо осуществить поворот потока с расширением (рис. 6.2). Всасывающий патрубок состоит из диффузора 1, колена 3 постоянного сечения с направляющими лопатками 2 и небольшого прямолинейного участка 4 перед насосом. В таком варианте подвода последовательно проводятся сначала торможение, а затем изменение направления потока на 90°. Подобная конструкция эффективна тем, что имеет небольшие гидравлические потери и относительно симметричное и равномерное поле скоростей в выходном сечении (на входе в рабочее колесо).

236

Рис. 6.4 Варианты испытанных подводов для ГЦН реактора БОР-60

Рис 6.3. Подводящий патрубок ГЦН реактора БОР-60 (ns=80):

1 - всасывающий патрубок; 2 - напорные трубы; 3 - бак

Рис. 6.5 Всасывающий подвод ГЦН с ns=320

Подвод для центробежного насоса с коэффициентом быстроходности ns=80

выполнен в виде бака, внутри которого установлены четыре напорных трубопровода (рис. 6.3). Модель подвода (в масштабе 1:5) была испытана на воде при двух положениях напорных трубопроводов (рис. 6.4). Наилучшее распределение скоростей потока получено при установке напорных трубопроводов по схеме 2. Распределение скоростей потока на выходе из подвода равномерное (Сmax/Сmin ≈ 1,04), закрутка потока незначительна

(закрутка оценивалась визуально при помощи шелковых нитей).

Всасывающий трубопровод быстроходного центробежного насоса ns=320 имеет несколько гибов, после которых расположены небольшой прямолинейный участок и конфузор, ускоряющий поток приблизительно на 40% (рис. 6.5). Аэродинамические испытания этого трубопровода показали, что коэффициент неравномерности потока на выходе из конфузора составил примерно 1,1.

Подвод центробежного насоса ns ≈ 350 представляет собой бак 1, внутри которого эксцентрично размещена напорная камера 2 насоса (рис. 6.6). Для обеспечения более плавного поворота потока в подводе предусматривается вытеснитель 3, выполняющий одновременно роль разделяющего ребра. В процессе аэродинамических исследований были измерены поле скоростей на выходе из подвода и его гидравлическое сопротивление. Испытания показали, что неравномерность потока в выходном сечении

237

рациональным подводам насосов различной быстроходности и исключить в перспективе испытания подводов и их доводку, что приведет к сокращению времени на проектирование и испытание ГЦН.

6 . 2 . ОТ ВОД Ы

Назначение каналов отвода потока:

обеспечить осесимметричный поток жидкости на выходе из рабочего колеса, что создает условия для установившегося относительного движения в области колеса;

преобразовать кинетическую энергию потока, выходящего из колеса, в энергию давления без нарушения осевой симметрии потока при выходе из колеса.

Относительный скоростной напор, преобразуемый в отводящих каналах в давление,

Hд /H т = 1 – ρ,

где Hд — динамический напор; Hт — теоретический напор; ρ — коэффициент реакции. Следовательно, чем меньше коэффициент реакции, тем большую долю напора отводящие каналы преобразуют в давление и тем значительнее сказывается их гидравлическое совершенство на КПД насоса.

У ряда ГЦН для АЭС (например, для АЭС с реакторами РБМК) отвод выполняется в виде канального направляющего аппарата, за которым располагается кольцевой сборник с напорным патрубком. Применение таких отводов значительно упрощает конструкцию насоса, но несколько ухудшает гидравлический КПД. В литературе по насосам даются следующие рекомендации по выбору основных размеров таких отводов [1, Введение]:

площадь меридионального сечения кольцевого коллектора должна быть больше площади входа в каналы направляющего аппарата не менее чем в 1,7 раза;

расчет направляющего аппарата следует проводить по пропускной способности, увеличив расчетное сечение на 5—10%;

высота меридионального сечения кольцевого отвода должна быть больше 1/3 диаметра напорного патрубка;

площадь радиального патрубка следует выбирать больше площади коллектора примерно в 1,5 раза.

Однако приведенных рекомендаций недостаточно для практического проектирования. Необходимо привлечь теоретические исследования на основе общей гидромеханики в сочетании с представительными модельными испытаниями.

239

6.3.ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЦН

Впроцессе сдаточных испытаний ГЦН иногда приходится корректировать их напор, воздействуя на геометрию колеса изменением его ширины или диаметра выхода, а также угла выхода лопаток. При работе ГЦН на общий коллектор особенно важна идентичность их характеристик для обеспечения равномерной подачи.

При изменении наружного диаметра колеса расчетное определение характеристики ГЦН после подрезки обычно проводят по методам, изложенным в [1, Введение; 3]. Однако во многих случаях получают различные результаты, которые не всегда сходятся с экспериментальными.

В[1, Введение] рекомендуется определять характеристики насосов после обточки, используя зависимости:

где К — эмпирический коэффициент, зависящий от отношения D'2/D2 и быстроходности насоса ns.

По методу Бержерона [3] характеристики после обточки пересчитываются следующим образом:

В [4] рекомендуется рассчитывать характеристики также по зависимостям (6.2), но при этом обточку рекомендуется проводить не до D'2, а меньше на ∆D = K(D2 – D'2), где К — некоторый коэффициент, зависящий от ns (берется, в диапазоне значений 0,6—0,8). При изменении ширины выхода рабочего колеса для определения характеристик насоса рекомендуются следующие зависимости [1]:

6 . 4 . РАДИАЛЬНЫЕ СИЛЫ

Одной из основных проблем, возникающих при создании ГЦН, является необходимость достаточно точно определять радиальную силу. Без достоверного знания этой силы невозможно правильно выбрать радиальные подшипники и обеспечить их нормальную работу. Как показывает практика эксплуатации ГЦН, в ряде случаев несущая способность радиальных подшипников является недостаточной для восприятия значительных радиальных сил, возникающих в ГЦН. Это приводит к усиленному износу опорных элементов, сокращению срока службы ГЦН. В других случаях радиальные подшипники могут иметь необоснованно большие запасы несущей способности,

240