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

смазываемые нодой. Для пар трения первой группы подшипников применяются хорошо исследованные материалы, используемые в общем машиностроении. Проводить какиелибо дополнительные испытания материалов трущихся пар таких подшипников, как правило, нет необходимости. Подшипники второй группы применяются, в первую очередь, в герметичных бессальниковых ГЦН. Из-за сложного комплекса требований и тяжелых условий работы подшипниковых узлов в герметичных ГЦН необходимы предварительные экспериментальные исследования специально создаваемых или подбираемых из имеющихся материалов пар трепня. Методика этих экспериментальных исследований изложена в [5]. Она предусматривает следующие испытания:

физико-механические лабораторные материалов; материалов на трение и износ на лабораторных установках (на образцах); стендовые узлов трения;

натурные, которые и лежат в основе комплексной отработки пар трения для гидродинамических подшипников герметичных ГЦН [6].

На первом этапе испытаний изучается коррозионная стойкость металлических материалов в заданных условиях и проводятся теплостатические испытания неметаллических материалов.

Коррозионная стойкость материалов исследуется на образцах. При проведении автоклавных испытаний необходимо иметь в виду, что коррозионная стойкость ряда металлов и сплавов зависит от характера их напряженного состояния. Поэтому в некоторых случаях в помещаемых в автоклав образцах с помощью специальных приспособлений следует создать напряженное состояние, соответствующее эксплуатационным условиям. Наиболее точно эксплуатационные условия можно воспроизвести на автоклавных установках, оборудованных системой прокачки воды.

Кроме испытаний в погруженном состоянии проводятся испытания по определению стойкости материалов пары трения к щелевой коррозии, возможной при длительной стоянке ГЦН из-за малого зазора в подшипниках. Испытания на щелевую коррозию проводятся в специальном приспособлении при атмосферном давлении и температуре 70—80° С, что соответствует наиболее неблагоприятным условиям.

При теплостатических испытаниях неметаллических материалов, которые проводятся в таких же автоклавах, что и коррозионные испытания, исследуется влияние длительного воздействия рабочих условий (температура, давление) на структуру и физикомеханические свойства. Изучается изменение во времени твердости, размеров, прочности на сжатие, конструкционной прочности. Кроме того, па всех образцах определяется

282

изменение массы и линейных размеров, химического состава поверхностного слоя, а также оцениваются видимые поверхностные структурные изменения.

Основным критерием оценки результатов коррозионных и теплостатических испытаний является сравнение с данными аналогичных испытаний материалов, работоспособность которых в требуемых условиях подтверждена длительной эксплуатацией ранее созданных ГЦН.

Материалы, отобранные на первом этапе, проходят испытания на трение и износ па лабораторных установках (второй этап). При этом определяются коэффициент трения и скорость износа в зависимости от нагрузки и температуры. Эти испытания проводятся на плоских образцах в специальных машинах трения, позволяющих создать необходимые условия по температуре смазывающей воды.

На третьем этапе испытаний исследуется на специальных стендах работоспособность выбранных материалов пары трения при рабочих условиях в конкретной конструкции подшипникового узла. Следовательно, правильнее будет рассматривать этот этап не как проверку материалов трущейся пары, а как отработку конструкции гидродинамического подшипника.

Четвертый этап — испытание подшипников в составе натурного ГЦН (при его стендовых испытаниях) — является завершающей проверкой и подшипниковых материалов, и конструкции подшипников в целом.

Особо следует рассмотреть вопрос проверки влияния режимов дезактивации на работоспособность выбранных материалов пары трения. Процесс дезактивации заключается в воздействии на поверхность оборудования растворов определенных химических веществ, растворяющих не только насосные загрязнения, но и снимающих некоторый поверхностный слой металлических деталей, имеющий наведенную активность [7]. Если дезактивирующий раствор будет контактировать с материалами подшипников, то не исключена возможность ухудшения работоспособности подшипников из-за изменения физико-химических свойств и структурного состояния поверхностного слоя. Поэтому стойкость материалов пары трения к действию дезактивирующих растворов должна проверяться в достаточно длительных ресурсных испытаниях после проведения дезактивации ГЦН по принятой технологии. Эти испытания могут быть выполнены на стенде, сооруженном для обкатки опытного образца насоса при спецификационных режимах и дооборудованном системами приготовления, введения и слива дезактивирующих растворов.

Отработка конструкции гидродинамического подшипника герметичного ГЦН заключается в проверке работоспособности выбранных материалов пары трения в

283

конкретной конструкции подшипника при реальных режимах по температуре, давлению, подаче смазывающей воды, нагрузкам и частоте вращения. Необходимо, чтобы испытательный стенд для отработки конструкции подшипников имитировал условия их размещения и крепления в натурной конструкции ГЦН, а также позволял исследовать влияние на работоспособность подшипников несоосности и перекосов, вызываемых неточностью изготовления узлов и деталей насоса. На рис. 7.12 представлена схема испытательного стенда для отработки радиального и осевого подшипников герметичного ГЦН с вертикальным расположением вала, отвечающая указанным требованиям. В герметичный насос вместо штатного нижнего радиального подшипника ставится испытываемый радиальный подшипник 1, а на конец вала ротора вместо рабочего колеса крепится вращающаяся часть испытываемого осевого подшипника 3. Невращающаяся часть осевого подшипника крепится на конце качающегося рычага 5, через который с помощью груза можно создавать требуемое усилие на осевом подшипнике.

Насос с испытываемыми подшипниками соединяется с автоклавом 4, образуя единую герметичную полость. Автоклав снабжен электронагревателем. С помощью стендового насоса создается циркуляция через испытываемые подшипники заданного количества воды определенной температуры. При сборке насоса за счет прокладок можно создать необходимые перекосы в испытываемых подшипниковых узлах.

В конструкции стенда следует предусмотреть меры, позволяющие существенно уменьшить поперечные силы от одностороннего магнитного притяжения и неравномерного распределения давления на ротор двигателя. Для этого нужно увеличить зазор между ротором и статором в двигателе и, по возможности, уменьшить тс допустимые погрешности размеров деталей стенда, которые приводят к образованию эксцентриситета.

Рис. 7.12. Стенд для испытаний подшипников при температуре до 300° С:

1, 3 — радиальный и осевой подшипники соответственно; 2 — ротор насоса и электродвигателя; 4 — автоклав; 5 — рычаг

284

Описанный метод позволяет создавать на испытываемом радиальном подшипнике не только статические, но и динамические нагрузки от дисбаланса. Для этого на консольном конце ротора можно закрепить дополнительный груз в виде плоского диска с определенным смещением его центра массы. При необходимости стенд можно расположить с некоторым углом наклона оси ротора или же создать аналогичный стенд с горизонтальным расположением ротора.

Отработка гидродинамических подшипников ГЦН с механическим уплотнением вала. Одной из распространенных схем современных ГЦН с контролируемыми протечками является схема с верхним вынесенным гидродинамическим радиально-осевым подшипником и принудительной смазкой. Такой же подшипниковый блок имеется и у циркуляционных насосов реакторов с жидкометаллическим теплоносителем. Высокие требования по долговечности и надежности, предъявляемые к циркуляционным насосам АЭС, требуют тщательной отработки режима смазки и проверки работоспособности подшипников. Эту отработку можно проводить на стенде, конструкция которого приведена на рис. 7.13. В вертикально расположенном корпусе 5 размешены опоры вращающегося вала. Верхняя опора 8 является испытываемым блоком радиально-осевого подшипника. Нижняя опора — технологическая. На нижнем конце вала закреплено нагрузочное устройство, с помощью которого создаются необходимые нагрузки на осевой подшипник.

Нагрузочное устройство, позволяющее имитировать осевые усилия до 700 кН, состоит из вращающегося диска 1, на который через неподвижные колодки 2 передается осевое усилие от гидроцилиндров, поршни 4 которых давят на невращающийся диск 3. Радиальное усилие создается с помощью пневмоцилиндра, поршень 7 которого давит на невращающуюся обойму надетого на вал роликоподшипника 6. В качестве приводного двигателя 10, соединенного с валом через упругую муфту, целесообразно использовать электродвигатель постоянного тока, позволяющий наиболее просто изменять частоту вращения.

Стенд оборудован циркуляционной системой смазки, обеспечивающей возможность подачи в испытываемые подшипники масла при определенном давлении, температуре и в требуемом количестве. Параметры подаваемого масла и количество его можно варьировать. Создаваемое осевое усилие определяется по значению давления в пневмоцилиндре. В процессе испытания измеряются распределение давления масла в гидродинамическом масляном клине (по всем колодкам осевого подшипника и в радиальном подшипнике), температура масла и поверхностного слоя металла в подшипниках, расход масла и его температура на входе и выходе из подшипников.

285

вращение вала в обратную сторону, даже если подшипник нереверсивный. Только после всего перечисленного объема испытаний можно дать заключение о пригодности подшипника для установки в насос.

Отработка конструкции гидростатических подшипников. В процессе экспериментальных исследований ГСП при необходимости проверяется влияние на их характеристики определяющих размеров (например, диаметров дросселей), а также возможных геометрических погрешностей изготовления и монтажа. На характеристики радиальных ГСП оказывают влияние отклонения от заданной формы рабочих поверхностей вала и подшипника (конусность и эллиптичность), а также взаимный перекос осей подшипников и вала.

На характеристики осевых ГСП влияют неплоскостность и непараллельность рабочих поверхностей пяты и подпятника.

Стенд для отработки ГСП должен иметь нагрузочное приспособление, с помощью которого на исследуемом подшипнике можно создавать необходимую нагрузку. Следует предусмотреть возможность изменения направления действия нагрузки на подшипник, чтобы выявить анизотропность нагрузочных характеристик подшипника, т. е. зависимость их от направления действия нагрузок. Отработку можно проводить на холодной воде. На рис. 7.14 показано испытательное устройство для экспериментальных исследований радиального ГСП. Оно представляет собой вал 3, вращающийся на двух опорах качения 4 и 10. На вал насажена втулка 2 ГСП. Корпус 7 ГСП с коллектором нагнетания и двумя крышками, образующими полости слива, может перемещаться в вертикальной плоскости как параллельно оси вала, так и с перекосом и опирается по концам на два устройства 1 для перемещения корпуса и измерения нагрузки. Вал испытательного устройства приводится во вращение электродвигателем постоянного тока. Герметизация камер подшипников качения от сливных камер ГСП осуществляется с помощью торцовых уплотнений 5 и 8. Испытательное устройство снабжено приспособлениями бокового центрирования корпуса (в горизонтальной плоскости) с индикаторами. В конструкции испытательного устройства предусмотрена возможность измерения давлений в нагнетательном коллекторе, сливных камерах и в рабочих камерах ГСП, а также установлены индикаторы для измерения перемещения корпуса ГСП относительно постамента (при испытаниях с вращением вала) и относительно вала (при испытаниях с неподвижным валом).

Стенд позволяет проводить следующие испытания:

исследование характеристик ГСП, имеющих различные конструкции и размеры нала от 200 до 500 мм при невращающемся вале и параллельном смещении втулки ГСП;

287

холодильником 16. Все трубопроводы к испытательному устройству подключаются с помощью гибких дюритовых шлангов.

Для обеспечения большей точности давление воды во всех точках на ГСП измеряется образцовыми манометрами, перепад давления на сужающих устройствах — ртутными дифманометрами, нагрузка на подшипниках — динамометрами с погрешностью ±0,5% измеряемого усилия.

Необходимо подчеркнуть, что достоверность и точность определения нагрузочных характеристик ГСП зависят от точности измерения эксцентриситета в ГСП. При принятом методе измерения эксцентриситета при вращении вала с помощью индикаторов, закрепленных на постаменте, на величину измеряемого эксцентриситета оказывает влияние деформация испытательного устройства от действующих нагрузок. Поэтому необходимо при проектировании устройства принять меры по увеличению его жесткости, а перед началом испытаний экспериментально установить погрешность в определении эксцентриситета, вносимую деформацией испытательного устройства. Это можно сделать, сравнивая величины перемещения корпуса, измеряемые по индикаторам, закрепленным на постаменте и непосредственно на корпусе.

Программа экспериментальной отработки ГСП зависит от типа испытываемого ГСП и новизны его конструкции. Если в насосе применен ГСП с хорошо изученными характеристиками (с учетом влияния на них погрешностей изготовления и монтажа), то достаточно провести испытания в подтверждение проектных характеристик. Если же в насосе применен какой-либо новый тип ГСП, по которому не проводилось достаточно полных исследований, то следует проводить их по расширенной программе в целях выявлении всех особенностей этого ГСП и оптимизации его характеристик.

Получив для испытываемого ГСП данные но распределению давления в рабочих камерах в зависимости от действующей нагрузки, можно впоследствии (при испытаниях насоса) путем измерения давлений в камерах ГСП экспериментально определить фактические усилия на опорах. Это позволит выявить возможное несоответствие фактических и расчетных усилий и, при необходимости, внести изменения в конструкцию ГЦН. Особенно важно проверить работоспособность ГСП в режимах пуска и на выбеге (при остановке ГЦН). Как правило, необходимый для работы ГСП перепад давления создается основным рабочим колесом ГЦН. Поэтому в период пуска и остановки насоса ГСП имеет переменную грузоподъемность (от нуля при стоящем ГЦН до максимума при достижении номинальной частоты вращения). В то же время величина реакций на опорах определяется как силами, не зависящими от частоты вращения ГЦН (например, составляющие массы ротора), так и силами, зависящими от нее (например,

289

гидродинамические силы, силы от дисбаланса ротора и др.). Вследствие этого в период пуска или остановки имеют место моменты, когда ГСП работают не во взвешенном состоянии, а как обычные подшипники скольжения. На продолжительность этих периодов влияют характеристики разгона и выбега (зависимость частоты вращения ротора от времени), с одной стороны, и характер изменения реакций на опорах в период разгона и выбега, с другой. Эти обстоятельства приводят к необходимости проверки работоспособности ГСП в режимах пуска и остановки только в составе натурного образца ГЦН путем проведения определенного числа пусков и остановок с последующей разборкой ГЦН и проверкой износа ГСП.

7 . 1 . 6 . ОТРАБОТКА УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА

Отработки уплотнения с плавающими кольцами. Перепад давления, срабатываемый в уплотнении циркуляционных насосов, составляет 8 — 16 МПа. Такой перепад давления заставляет предусматривать несколько ступеней уплотнения. Обычно перепад, срабатываемый на одной ступени, выбирается компромиссно исходя из допустимой протечки и допустимой длины вала под уплотнением. Поскольку от перепада давления, срабатываемого на одной ступени, зависят центрирующие силы и силы трения кольца о неподвижный упор, перепад давления на одной ступени рекомендуется принимать равным 1 — 1,5 МПа.

Для исследования работоспособности и получения рабочих характеристик плавающих колец целесообразно иметь два стенда. Один — для испытания единичного кольца, другой

—для испытания натурного блока уплотнения.

Всовокупности на стендах необходимо определить следующие характеристики: работоспособность плавающих колец с различными диаметральными и торцовыми

зазорами при разных перепадах давления:

протечки по радиальным зазорам при различных перепадах давления в зависимости от ширины этого зазора;

протечки по торцовым зазорам при различных перепадах давления в зависимости от ширины этого зазора;

влияние некоторых геометрических размеров уплотняющих поясков на работоспособность уплотнения;

влияние методов фиксирования плавающего кольца от проворачивания на его работоспособность;

работоспособность пакета колец при рабочем давлении запирающей жидкости.

Стенд для испытания единичного кольца (рис. 7.15) представляет собой сборку, в которой имитируется натурный диаметр вала насоса под уплотнением. Вал приводится во

290