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

запорный вентиль с щелью в золотнике. Перед вентилем установлены холодильник натрия, термопара и расходомер. Содержание примесей в натрии определяют по температуре, при которой происходит забивание щели в золотнике примесями (прекращается циркуляция натрия через индикатор оксидов, о чем судят по показаниям электромагнитного расходомера). Холодная ловушка и индикатор оксидов устанавливаются на байпасных трубопроводах. Циркуляция натрия через них при работе стенда осуществляется за счет напора испытываемого насоса. Расход натрия, пропускаемого на очистку, зависит от общего количества натрия в стенде и должен быть таким, чтобы скорость его прохождения через ловушку была около 2 мм/с. Помимо метода очистки с помощью холодных ловушек могут использоваться и другие методы

[16].

Система охлаждения 14 стенда обеспечивает поддержание температуры натрия в основном контуре на требуемом уровне, а также охлаждение натрия перед холодными ловушками и индикаторами оксидов, электромагнитных насосов, арматуры, узлов уплотнения испытываемого насоса, электропривода насоса, системы смазки подшипников ГЦН. Учитывая опасные последствия взаимодействия натрия с водой (как при попадании воды в контур стенда из-за возникновения течи в охлаждающих устройствах, так и в случае вытекания натрия из контура при разуплотнении стенда), ее применение в качестве охлаждающей среды на стенде недопустимо [17]. Целесообразно в качестве охлаждающей среды в замкнутых системах охлаждения применять эвтектический сплав натрий — калий или кремнийорганическую жидкость (полиэтилсилоксановая ПЭС-13) — силикон [18]. Отвод тепла от эвтектики по соображениям безопасности осуществляется в теплообменнике 2, охлаждаемом воздухом, а силикон можно охлаждать водяным холодильником, вынесенным из помещения стенда. Система охлаждения эвтектикой выполняется герметичной, с расширительной емкостью, соединения трубопроводов — сварными. В разомкнутых системах охлаждения в качестве охлаждающей среды применяется воздух. Использование воздушной разомкнутой системы охлаждения существенно упрощает конструкцию стенда и его обслуживание. Но охлаждаемые воздухом холодильники требуют более развитых со стороны воздуха поверхностей охлаждения по сравнению с холодильниками, охлаждаемыми жидкостью, что усложняет конструкцию и увеличивает габаритные размеры оборудования.

Воздушный холодильник должен иметь электронагреватели для разогрева перед заполнением натрием. Теплообменник устанавливается на байпасе основного циркуляционного контура, и натрий подается в него напором испытываемого насоса. Воздух в холодильнике нагнетается вентилятором, расход воздуха регулируется шибером.

312

При эксплуатации воздушного холодильника требуется контролировать расход натрия через него, так как имеется опасность застывания в нем натрия или забивания трубок оксидами.

Система вакуумирования 4 служит для откачки воздуха из стенда для проверки его на герметичность и перед заполнением инертным газом. Опыт показывает, что герметичность стенда для испытания насосов считается достаточной, если при остаточном давлении 1 Па натекание не будет превышать 133 Па за 12 ч. Перед заполнением инертным газом стенд должен быть откачан до остаточного давления не более 13,3 Па.

В качестве инертного газа для заполнения рабочих объемов может применяться аргон или азот особой чистоты с содержанием влаги не более 0,03 г/м3. Этими же газами осуществляется передавливание натрия из транспортных емкостей и из емкостей накопления.

Система предварительного разогрева предназначена для разогрева застывшего натрия в транспортных емкостях, емкостях накопления, оборудования и коммуникаций стенда перед их заполнением натрием, поддержания натрия в контуре в расплавленном состоянии при кратковременной остановке испытываемого насоса. Наиболее удобно систему разогрева выполнить в виде различного рода омических или индукционных электронагревателей. Для обогрева сосудов удобно использовать шахтные электропечи сопротивления либо навешенные на легком каркасе проволочные электронагреватели. Обогрев различного рода трубопроводов и арматуры осуществляется проволочными электронагревателями, накладными (на крупные трубопроводы, арматуру) либо намотанными (на мелкие трубопроводы). Для электроизоляции на проволоку надевают керамические бусы. Поверх электронагревателей накладывается теплоизоляция из минеральной ваты.

Основная цель проведения испытаний опытного насосного агрегата на натрии — проверка его работоспособности в эксплуатационных условиях. В процессе этих испытаний в первую очередь выявляется, не возникает ли в отдельных частях насоса каких-либо температурных деформаций, приводящих к нарушению работоспособности насоса или изменению его характеристик. Это может произойти по причине изменения зазоров из-за разности температур или температурных коэффициентов линейного расширения материалов сопрягающихся деталей. В беззазорных соединениях по этим же причинам могут возникнуть недопустимые напряжения. Наиболее вероятно возникновение таких явлений в переходных режимах, связанных со сравнительно быстрым и неравномерным изменением температур. В остановленном насосе вследстие неравномерного прогрева может произойти изгиб вала, и появится опасность защемления

313

Рис. 7.22. Гидравлические характеристики насоса первого контура реактора БН-600 (n = 970 об/мин; D2 = 920 мм):

испытания на воде; испытания на натрии

его в подшипниках. Возможность возникновения такой опасности должна быть исключена.

Как показывает опыт, проверка характеристики насоса на натрии не вносит скольконибудь существенных уточнений в результаты ранее проведенных испытаний на воде (рис. 7.22). Заслуживает внимания только некоторый рост КПД насоса при работе на натрии, что объясняется меньшей вязкостью натрия.

Достаточно полное представление о работах, выполняемых при испытаниях опытного образца на натрии, дают материалы об испытаниях натурного образца циркуляционного насоса реактора SNR-300 на натриевом стенде АРВ в Бенсберге (ФРГ) [19. 20]. Основные характеристики насоса приведены ниже:

314

Испытания проводились в два этапа. На первом этапе предусматривали следующие работы:

определение основных характеристик (напора. КПД. мощности в зависимости от объемной подачи);

определение протечек по газу в механическом торцовом уплотнении; проверка работы ГСП при небольшой частоте вращения (5—10% номинальной);

проверка поведения ГЦН при термоударах; определение кавитационных характеристик;

изучение динамики привода, включая характеристики выбега; измерение вибрации.

Из-за некоторых особенностей испытательного стенда насосу не удалось придать строго вертикальное положение, и во избежание повреждения ГСП частоту вращения вала поддерживали выше 300 об/мин. Верхний предел частоты вращения был равен 700 об/мин, а на номинальную частоту (960 об/мин) ГЦН выводили лишь кратковременно.

На этом этапе испытаний ГЦН отработал в общей сложности 1750 ч, общее число пусков — остановок составило 192. Гидравлические испытания велись при трех значениях температуры натрия — 580, 350, 200° С. Определение потерь на трение вала в натрии приводилось при трех уровнях натрия в баке ГЦН. В процессе испытаний выяснилось, что перетечки натрия по внутреннему зазору между выемной частью и корпусом насоса в 3— 4 раза выше, чем ожидалось по результатам испытаний на воде. Произошло это в результате увеличения зазора из-за различных температурных расширений материалов. Ко второму этапу испытаний это явление было устранено за счет установки уплотнительных колец.

Надежность уплотнения вала по газу испытывали с помощью течеискателя подачей гелия в газовую полость ГЦН. Для проверки работоспособности ГСП кроме работы на разных частотах вращения была проведена проверка при минимальной частоте вращения (50 об/мин) с одновременным отклонением насоса от вертикального положения.

Проверялись также возможность и полнота дренирования натрия из ГЦН.

По окончании первого этапа была проведена доработка стенда, а ГЦН оснащен дополнительными средствами измерений, в частности зазора в ГСП и температуры

315

отдельных элементов конструкции. На втором этапе испытаний программа предусматривала проверку надежности и ремонтопригодности насосного агрегата в целом, определения гидравлических и кавитационных характеристик, испытания на термический удар, работу на малой частоте вращения, измерение протечек газа, изучение динамики ГЦН и его характеристик при выбеге. Кроме того, проводились измерение вибраций и распределение температур.

Общая наработка в процессе первого и второго этапов испытаний составила 6000 ч. Испытания проводились в течение 1 года 8 мес (включая 5 мес на переделку стенда).

Ремонтопригодность ГЦН проверялась трехкратной переборкой. При проведении испытаний на термоудары в насосе 50 раз имитировался переходный режим снижения температуры с 560 до 460° С со скоростью 4,5° С/с. Отдельные испытания на термоудары на специальном стенде прошел ГСП с твердосплавным покрытием (проведено 750 циклов полного термического удара).

Проверялась также работоспособность ГЦН в кавитационном режиме. Для этого около 150 ч насос проработал в условиях кавитации, в том числе 30 ч при снижении напора более чем на 3%.

Программы испытаний отечественных ГЦН на натрии близки к рассмотренной [6, 7, гл. 4]. Дополнительно исследуется ГЦН как возможный источник насыщения циркуляционного контура углеродом (в связи с наличием масла в подшипниках и уплотнении вала), а также его поведение в различных нерегламентных ситуациях.

Перечислим задачи (объединив их в группы), которые должны быть решены к моменту завершения испытаний насосного агрегата:

1.Испытания (из-за отсутствия достаточного опыта) на первом этапе как на воде, так

ина натрии, а именно:

снятие гидравлической характеристики; кавитационные испытания; испытания в пусковых и переходных режимах; оценка радиальных сил.

2. Испытания только на воде, включающие в себя: проверку механической работоспособности агрегата;

снятие электромеханических характеристик электродвигателя; определение осевой гидравлической силы; оценку захвата газа на линии слива протечек;

проверку работоспособности штатных обслуживающих систем; отработку технологического оборудования для монтажа и демонтажа насоса.

316

3. Испытания только на натрии, т. е.:

проверка работоспособности элементов агрегата при заданных температурах; исследования, связанные с проникновением паров масла из насоса в контур; ресурсные испытания.

Как видно, почти половина задач решается при испытаниях на воде.

Накопленный к настоящему времени опыт показывает, что результаты экспериментов на воде и натрии идентичны, и нет необходимости проводить полномасштабные натриевые испытания для последующих поколений ГЦН.

Целесообразность стендовых испытаний для решения задач третьей группы также не очевидна. Проблемы, связанные с проникновением паров масла из ГЦН в контур, после тщательного изучения на одном из насосов в дальнейшем могут быть учтены именно расчетными методами для других ГЦН. Ресурсные испытания достаточно представительно могут быть проведены только непосредственно на реакторе. Остается лишь одна задача: проверка агрегата при имитации рабочих температурных условий.

Отечественный опыт и зарубежные публикации [6, гл. 2| указывают, что отказ от испытаний при заданных температурных режимах недопустим, поскольку деформация элементов конструкции при воздействии высоких температур представляет наибольшую опасность для насоса. При этих испытаниях проверяются:

механическая работоспособность вращающихся частей в натрии при рабочем и минимально допустимом уровнях заливки;

поведение элементов конструкции и распределение температур при максимально допустимом уровне заливки и остановленном насосе;

готовность ГЦН к работе после «горячего резерва»; работоспособность радиально-осевого подшипника, уплотнения вала, а также

состояние КИП при снижении или полном прекращении подачи масла и рабочем уровне натрия в насосе;

технология монтажа и демонтажа выемной части.

Все перечисленные работы вполне могут быть проведены на технологическом стенде, который обеспечивал бы необходимый объем натрия, возможность изменения температуры в требуемых пределах и минимальную циркуляцию натрия для обеспечения работы ГСП на штатных параметрах, поскольку нет технической необходимости проводить эти испытания на номинальной подаче.

Исходя из этих соображений при создании ГЦН для реактора БОР-6О в целях удешевления отработки опытных образцов на натрии испытывалась ходовая часть насоса второго контура со специальным (нештатным) рабочим колесом с уменьшенной подачей.

317

Рабочее колесо было выполнено таким образом, что создавало штатные гидродинамические силы, обеспечивало штатное питание гидростатического подшипника и небольшой расход по внешней циркуляционной петле; это позволило существенно упростить испытательный стенд и удешевить испытания. Такой метод испытаний был применен также при создании ГЦН реакторов БН-600 и БН-800.

7 . 3 . ПРИЕМОСДАТОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СЕРИЙНЫХ ГЦН

7 . 3 . 1 . ИСПЫТАНИЯ ВОДЯНЫХ НАСОСОВ Приемо-сдаточные испытания проводятся в целях проверки качества изготовления и

сборки серийных ГЦН и соответствия их характеристики требованиям технических условий на поставку. Методика и объем испытаний определяются программой приемосдаточных испытаний, разрабатываемой проектантом ГЦН.

Приемо-сдаточные испытания являются важным этапом контроля качества изготовленного изделия. Методика и объем испытаний должны гарантировать выявление при испытаниях всех отступлений от технических условий и всех ненормальностей в работе, которые могут возникнуть вследствие дефектов сборки или установки в ГЦН деталей и узлов с невыявленными в ходе изготовления недопустимыми отклонениями от требований конструкторской документации (отклонения в размерах, несоответствие в марке материала или его механических свойствах и т. п.).

Приемо-сдаточные испытания проводятся на спецификационных режимах. Конструкция испытательного стенда для проведения этих испытаний будет аналогична конструкции стенда для испытаний опытного образца насосного агрегата. Однако не следует исключать возможность проведения приемо-сдаточных испытаний только на холодной воде (с первого серийного образца или после изготовления головной партии насосов). В этом случае «горячие» испытания головной партии можно провести на стенде, предназначавшемся для испытания опытного образца, а на заводе-изготовителе изготовить гораздо более простой и дешевый стенд для испытаний на холодной воде. По принципиальной схеме он похож на стенд для испытаний опытного образца, но отсутствие необходимости создавать в нем высокие давление и температуру значительно упрощает его конструкцию и эксплуатацию. Например, приемо-сдаточные испытания головной партии насосов реактора РБМК были проведены на том же стенде, где проводились испытания опытного образца.

Последующие насосы реактора РБМК испытываются только на «холодном» стенде. Программа испытаний включает в себя:

обкатку на холодной воде при номинальной подаче в течение 10 ч;

318

снятие гидравлических и электромеханических характеристик на холодной воде. Ревизия после испытаний не проводится, за исключением выборочного осмотра

верхнего подшипникового узла у одного насоса от партии. Повторная обкатка после ревизии также не проводится. Все испытания проходят в одном (стендовом) корпусе насоса.

В процессе испытаний монтируется и демонтируется только выемная часть, что значительно проще, чем каждый раз монтировать и демонтировать ГЦН в сборе.

Конструкционные особенности герметичных ГЦН предопределяют необходимость проводить их приемо-сдаточные испытания на спецификационных параметрах воды, поскольку у них температура перекачиваемой воды существенно сказывается на условиях работы систем охлаждения и газоудаления, электропривода, подшипников. Поэтому на холодной воде не представляется возможным проверить качество изготовления ГЦН и соответствие его характеристики техническим требованиям на поставку.

Как правило, программа приемо-сдаточных испытаний герметичных ГЦН предусматривает проведение их испытаний в два этапа. На первом этапе проводятся проверка характеристики насоса и обкатка в течение заданного времени. После этого ГЦН разбирается для ревизии и осмотра состояния всех его узлов. При сдаче герметичных ГЦН с «сухим» статором особое внимание при осмотре после первого этапа испытаний должно уделяться состоянию герметизирующей статорной перегородки. Статор должен быть подвергнут испытаниям на герметичность статорной перегородки с помощью гелиевого течеискателя. Проверяются размеры подшипников для выявления возможного ненормального износа. При удовлетворительных результатах ревизии насос собирается и подвергается контрольной обкатке в «горячем» режиме в целях проверки качества повторной сборки. Если результаты контрольной обкатки положительные, то насос разборке не подвергается и после консервации пакуется для отправки потребителю. Продолжительность обкатки на первом этапе составляет 100—500 ч, а продолжительность контрольных испытаний — до 24 ч.

7 . 3 . 2 . ИСПЫТАНИЯ НАТРИЕВЫХ НАСОСОВ В СССР в течение длительного времени успешно эксплуатируются исследовательские

реакторы на быстрых нейтронах БОР-60, БН-350 и БН-600. Эти реакторы изготавливались как единичные образцы в целях выбора оптимальной конструкции серийного реактора на быстрых нейтронах и отработки вопросов его эксплуатации.

Производство ГЦН для этих реакторов носило также единичный характер. Поэтому методика проведения их испытаний создавалась с учетом имеющихся средств, разработанной технологии изготовления ГЦН и сроков поставки.

319

В табл. 7.1 представлены основные этапы приемо-сдаточных испытаний серийных насосов реакторов БН-350 и БН-600.

Аналогичный порядок приемо-сдаточных испытаний предусмотрен и для насосов реактора БН-800.

320