Насосное оборудование АЭС учебное пособие для студентов высших учебных заведений

Министерство образования и науки Российской Федерации Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Обнинский институт атомной энергетики

А.С. Шелегов, С.Т. Лескин, В.И. Слободчук

НАСОСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ АЭС Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений

Москва 2011

УДК 621.311.25(075) ББК 31.47я7 Ш 43 Шелегов А.С., Лескин С.Т., Слободчук В.И. Насосное оборудование АЭС: Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011. – 348с. Изложены основные принципы проектирования насосного оборудования различного типа с учетом специфики работы их на АЭС. Рассмотрены особенности работы насосов в конкретных тепловых схемах АЭС с ВВЭР-1000. Приведены технические данные по насосам различных систем. Особое внимание уделено роли насосного оборудования в осуществлении технологического процесса. Приведены сведения о конструкции собственно насоса и его отдельных узлов. Рассмотрены вопросы эксплуатации насосов на АЭС. Для студентов вузов инженерно-физических и энергетических специальностей. Подготовлено в рамках Программы создания и развития университета НИЯУ МИФИ. Рецензент канд. техн. наук, доц. В.С. Харитонов

ISBN 975-5-7262-1499-3

© Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2011

2

ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ ............................................................................................... 9 ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................... 10 ГЛАВА 1. ЕДИНИЦЫ, СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ, ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГИДРАВЛИКИ .................................. 12 1.1. Основные свойства жидкостей ......................................................... 12 1.2. Основные уравнения статики и кинематики ................................... 21 1.3. Уравнение постоянства расхода ....................................................... 23 1.4. Режимы движения жидкости ............................................................ 25 1.5. Потери напора, коэффициент гидравлического трения ................. 27 ГЛАВА 2. НАСОС: ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ .............................................................. 31 2.1. Классификация насосов..................................................................... 31 2.2. Основные параметры насоса ............................................................. 38 2.3. Принцип действия лопастных насосов ............................................ 43 2.4. Характеристика центробежного насоса ........................................... 48 2.5. Характеристика насоса при изменении вязкости жидкости .......... 50 2.6. Влияние геометрических и режимных параметров на характеристику насоса .................................................................. 52 ГЛАВА 3. РАБОТА НАСОСА В СЕТИ ...................................................... 54 3.1. Характеристика гидравлической сети .............................................. 54 3.2. Работа насоса на сеть ......................................................................... 62 3.3. Влияние характеристики сети на работу насоса ............................. 64 3.4. Сложение характеристик элементов сети ........................................ 66 3.5. Выбор рабочей точки насоса и построение характеристики сети .......................................................................... 69 3.6. Регулирование режима работы насоса ............................................. 70 3.6.1. Регулирование изменением характеристики сети ........................ 71 3.6.2. Регулирование изменением характеристики насоса за счет изменения чисел оборотов мотора .................................... 71 3.6.3. Бесступенчатое регулирование ...................................................... 72 3.7. Последовательная и параллельная работа насосов на сеть ............ 74 3.7.1. Параллельное подключение насосов............................................. 74 3.7.2. Последовательное подключение насосов ..................................... 78 3.8. Влияние формы характеристик насоса на эксплуатацию системы ................................................................. 80 ГЛАВА 4. КАВИТАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В НАСОСАХ ...................... 81 4.1. Кавитация: основные понятия, причины возникновения и ее последствия ................................................................................. 81 4.2. Кавитационные явления в центробежных насосах ......................... 82 3

4.3. Основные параметры, характеризующие кавитацию ..................... 84 4.4. Влияние термофизических параметров: температуры, наличия газовой фазы ........................................................................ 87 ГЛАВА 5. КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ....................................................... 89 5.1. Рабочее колесо ................................................................................... 89 5.2. Направляющий аппарат ..................................................................... 89 5.3. Вал насоса ........................................................................................... 90 5.4. Соединительные муфты .................................................................... 91 5.4.1. Втулочно-пальцевая муфта ............................................................ 91 5.4.2. Зубчатая муфта ................................................................................ 92 5.4.3. Упругая муфта ................................................................................. 92 5.5. Уплотнения валов .............................................................................. 93 5.5.1. Сальниковое уплотнение ................................................................ 93 5.5.2. Манжетные уплотнения ................................................................. 93 5.5.3. Торцевые уплотнения ..................................................................... 94 5.5.4. Щелевые и динамические уплотнения .......................................... 95 ГЛАВА 6. ГЛАВНЫЙ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ НАСОС ГЦН-195М ........ 96 6.1. Общие сведения ................................................................................. 96 6.1.1. Назначение ...................................................................................... 96 6.1.2. Конструктивная схема ГЦН с механическим уплотнением вала ........................................................................... 97 6.1.3. Технические характеристики ....................................................... 101 6.1.4. Характеристики насоса................................................................. 104 6.2. Общее устройство главного циркуляционного насоса ГЦН-195М ............................................................................ 105 6.2.1. Улитка ............................................................................................ 105 6.2.2. Нижняя проставка ......................................................................... 108 6.2.3. Опорные шаровые устройства ..................................................... 108 6.2.4. Верхняя проставка ........................................................................ 110 6.2.5. Биологическая защита .................................................................. 110 6.2.6. Торсионная муфта ......................................................................... 111 6.2.7. Материалы ..................................................................................... 113 6.3. Устройство выемной части ГЦН-195М ......................................... 113 6.3.1. Корпус выемной части ................................................................. 114 6.3.2. Вал .................................................................................................. 116 6.3.3. Блок торцевых уплотнений вала.................................................. 117 6.3.4. Корпус уплотнения ....................................................................... 118 6.3.5. Опорно-упорный подшипник ...................................................... 121 6.3.6. Нижний подшипник скольжения................................................. 124 6.3.7. Тепловой барьер ............................................................................ 126 6.3.8. Тепловой экран.............................................................................. 127 4

6.3.9. Антиреверсное устройство........................................................... 127 6.3.10. Электромагнитное разгрузочное устройство ........................... 128 6.3.11. Рабочее колесо ............................................................................ 129 6.4. Устройство составных частей ВЦЭН-315 ..................................... 130 6.5. Конструкция электродвигателя ГЦН (ВАЗ 215/109-6АМО5)...... 133 6.5.1. Статор двигателя ........................................................................... 133 6.5.2. Обмотка статора ............................................................................ 135 6.5.3. Сердечник ротора.......................................................................... 135 6.5.4. Обмотка ротора ............................................................................. 135 6.5.5. Воздухоохладители ....................................................................... 136 6.5.6. Верхняя крестовина ...................................................................... 136 6.5.7. Нижняя крестовина ....................................................................... 138 6.5.8. Направляющие подшипники........................................................ 139 6.5.9. Подпятник...................................................................................... 139 6.5.10. Радиальные уплотнения ............................................................. 142 6.5.11. Электронагреватели .................................................................... 142 6.5.12. Контроль температуры ............................................................... 142 ГЛАВА 7. КОНДЕНСАТНЫЕ НАСОСЫ ................................................. 144 7.1. Конденсатный насос 1-й ступени ................................................... 144 7.1.1. Общее описание конструкции ..................................................... 144 7.1.2. Устройство и работа насоса ......................................................... 145 7.1.3. Верхний опорно-упорный подшипник ....................................... 146 7.1.4. Нижний опорный подшипник ...................................................... 147 7.1.5. Разгрузочный барабан .................................................................. 147 7.1.6. Уплотнение ротора КЭН-1 ........................................................... 148 7.1.7. Характеристики КЭН-1 ................................................................ 149 7.1.8. Технические данные КЭН-1 ......................................................... 150 7.2. Конденсатный насос 2-й ступени ................................................... 151 7.2.1. Общее описание конструкции ..................................................... 151 7.2.2. Устройство и работа насоса ......................................................... 152 7.2.3. Опорные подшипники насоса ...................................................... 154 7.2.4. Концевые уплотнения ................................................................... 155 7.2.5. Характеристики КЭН-2 ................................................................ 155 7.2.6. Технические данные КЭН-2 ......................................................... 156 7.3. Общие вопросы эксплуатации конденсационной установки ....... 157 7.3.1. Схема обвязки КЭН-1 ................................................................... 157 7.3.2. Схема обвязки КЭН-2 ................................................................... 158 7.3.3. Пуск конденсационной установки в работу ............................... 158 7.3.4. Работа конденсатных насосов в номинальных режимах ........... 161 7.3.5. Возможные нарушения в работе конденсатных насосов .......... 162 ГЛАВА 8. ТУРБОПИТАТЕЛЬНЫЙ НАСОС ........................................... 167 8.1. Назначение ....................................................................................... 167 5

8.2. Критерии проектирования .............................................................. 167 8.3. Описание технологических схем ТПН........................................... 168 8.3.1. Схема питательной воды ТПН ..................................................... 169 8.3.2. Схема уплотнений ПН и БН......................................................... 169 8.3.3. Схема подачи пара на приводную турбину ................................ 170 8.3.4. Схема откачки конденсата и циркводоснабжения ТПН ............ 171 8.3.5. Схема уплотнений приводной турбины ...................................... 172 8.3.6. Схема отсоса воздуха из конденсатора ТПН .............................. 173 8.3.7. Система маслоснабжения ТПН.................................................... 173 8.3.8. Система регулирования и защиты ТПН ...................................... 175 8.3.9. Смежные системы ......................................................................... 180 8.4. Основное оборудование .................................................................. 182 8.4.1. Приводная турбина К-10-5/3400 .................................................. 182 8.4.2. Конденсационная установка и вспомогательное оборудование ................................................................................. 191 8.4.3. Питательный насос ....................................................................... 199 8.4.4. Бустерный насос............................................................................ 207 ГЛАВА 9. НАСОСЫ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ ................................. 212 9.1. Насосы системы аварийного и планового расхолаживания......... 212 9.1.1 Назначение системы ...................................................................... 212 9.1.2. Критерии и требования, предъявляемые к системе ................... 212 9.1.3. Принципы построения системы .................................................. 213 9.1.4. Взаимосвязь с другими системами .............................................. 215 9.1.5. Насос ЦНР-800-230 ....................................................................... 216 9.1.6. Характеристики насоса ЦНР-800-230 ......................................... 218 9.2. Спринклерная система..................................................................... 220 9.2.1 Назначение системы ...................................................................... 220 9.2.2. Состав оборудования системы..................................................... 221 9.2.3. Принцип работы системы ............................................................ 222 9.2.4. Конструкция насосов .................................................................... 223 9.2.5. Характеристики насосов .............................................................. 227 9.3. Система аварийного ввода бора ..................................................... 229 9.3.1. Назначение системы ..................................................................... 229 9.3.2. Группа аварийного ввода бора .................................................... 230 9.3.3. Группа аварийного впрыска бора ................................................ 236 ГЛАВА 10. НАСОСЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ..................... 242 10.1. Система организованных протечек .............................................. 242 10.1.1. Назначение и общее устройство ................................................ 242 10.1.2. Краткое описание технологической схемы .............................. 243 10.1.3. Конструкция насоса .................................................................... 245 10.1.4. Технические характеристики ..................................................... 246 10.1.5. Эксплуатация системы ............................................................... 247 6

10.2. Система промконтура .................................................................... 249 10.2.1. Назначение и общее устройство ................................................ 249 10.2.2. Состав системы ........................................................................... 251 10.2.3. Конструкция насоса .................................................................... 252 10.2.4. Технические характеристики ..................................................... 254 10.2.5. Эксплуатация системы ............................................................... 254 10.3. Система маслоснабжения ГЦН ..................................................... 256 10.3.1. Техническое описание ................................................................ 256 10.3.2. Описание оборудования ............................................................. 258 10.3.3. Конструкция маслонасосов ........................................................ 259 10.3.4. Технические характеристики маслонасосов ............................. 262 10.3.5. Эксплуатация системы ............................................................... 262 10.4. Система продувки ПГ .................................................................... 264 10.4.1. Назначение системы ................................................................... 264 10.4.2. Описание технологической схемы ............................................ 266 10.4.3. Конструкция насосов .................................................................. 266 10.4.4. Технические характеристики насосов ....................................... 270 10.4.5. Эксплуатация системы ............................................................... 271 10.5. Система спецканализации РО ....................................................... 272 10.5.1. Назначение системы ................................................................... 272 10.5.2. Описание системы спецканализации РО .................................. 272 10.5.3. Конструкция насосов .................................................................. 274 10.5.4. Технические характеристики насосов ....................................... 277 10.5.5. Эксплуатация системы ............................................................... 279 10.6. Система маслоснабжения РО ........................................................ 281 10.6.1. Назначение системы маслоснабжения ...................................... 281 10.6.2. Описание оборудования системы маслоснабжения РО .......... 282 10.6.3. Конструкция насосов .................................................................. 284 10.6.4. Технические характеристики маслонасосов ............................. 285 10.6.5. Эксплуатация системы ............................................................... 286 10.7. Система боросодержащей воды и борного концентрата ............ 288 10.7.1. Назначение системы ................................................................... 288 10.7.2. Описание оборудования ............................................................. 291 10.7.3. Конструкция насосов .................................................................. 291 10.7.4. Технические характеристики насосов ....................................... 293 10.7.5. Эксплуатация системы ............................................................... 294 10.8. Система дистиллята ....................................................................... 295 10.8.1. Назначение системы ................................................................... 295 10.8.2. Описание оборудования ............................................................. 296 10.8.3. Конструкция насосов .................................................................. 297 10.8.4. Технические характеристики ..................................................... 298 10.8.5. Эксплуатация системы ............................................................... 298 7

10.9. Узел реагентов РО.......................................................................... 300 10.9.1. Общее устройство ....................................................................... 300 10.9.2. Описание оборудования ............................................................. 300 10.9.3. Конструкция насосов .................................................................. 301 10.9.4. Технические характеристики насосов ....................................... 303 10.9.5. Эксплуатация системы ............................................................... 304 ГЛАВА 11. ЭКСПЛУАТАЦИЯ НАСОСОВ НА АЭС ............................. 307 11.1. Схема насосной установки ............................................................ 307 11.1.1. Насосная установка..................................................................... 307 11.1.2. Технологическая схема насосной установки ............................ 309 11.1.3. Вспомогательные системы насосной установки ...................... 310 11.2. Эксплуатационные состояния насосов ........................................ 316 11.2.1. Заполненный насос ..................................................................... 316 11.2.2. Запаривание насоса ..................................................................... 317 11.2.3. Срыв работы насоса .................................................................... 317 11.3. Оперативные состояния насосов .................................................. 319 11.3.1. Насос в ремонте .......................................................................... 319 11.3.2. Насос в резерве............................................................................ 320 11.3.3. Насос в работе ............................................................................. 322 11.3.4. Насос на консервации ................................................................. 322 11.4. Режимы работы насосов ................................................................ 323 11.4.1. Перевод насосов в различные оперативные состояния ........... 323 11.4.2. Вывод насоса из ремонта в резерв ............................................. 324 11.4.3. Включение насоса в работу из резерва ..................................... 328 11.4.4. Отключение насоса из работы в резерв .................................... 329 11.4.5. Вывод насоса из резерва в ремонт ............................................. 330 11.4.6. Постановка насоса на АВР ......................................................... 332 11.4.7. Включение насоса по АВР ......................................................... 333 11.4.8. Снятие насоса с АВР в резерв .................................................... 334 11.5. Оперативный контроль насосов в различных состояниях ......... 335 11.5.1. Насос в ремонте .......................................................................... 335 11.5.2. Контроль правильности вывода насоса в резерв...................... 337 11.5.3. Насос в работе ............................................................................. 338 11.5.4. Насос в режиме АВР ................................................................... 341 11.5.5. Насос, включенный по АВР ....................................................... 342 11.6. Характерные неисправности ......................................................... 343 11.7. Правила ТБ и ПБ при эксплуатации насосов .............................. 345 Список рекомендуемой литературы...................................................... 346

8

ПРЕДИСЛОВИЕ На современном этапе развития атомной энергетики большое внимание уделяется подготовке грамотного персонала АЭС, комплексно понимающего суть происходящих процессов в системах станции. В связи с этим важной задачей специальных дисциплин является научить студента глубоко понимать принципы, на которые опирается изучаемая им специальность. Полученные студентом знания должны помочь молодым специалистам быстрее адаптироваться на рабочем месте и позволить успешно решать сложные инженерные задачи. В данной книге собран и систематизирован материал по насосам АЭС с реактором типа ВВЭР-1000. Большое внимание уделено разъяснению основных принципов работы насосных агрегатов различного типа. Для лучшего понимания вопросов, связанных с эксплуатацией насосов на атомных станциях, учтены лишь главные факторы, определяющие характер процессов. Авторы выражают благодарность специалистам УТП Калининской АЭС.

9

ВВЕДЕНИЕ Независимо от типа реакторов и технологических схем ядерных энергетических установок (ЯЭУ) одним из обязательных видов оборудования являются насосы. Они обеспечивают циркуляцию охлаждающей среды в первом, втором и вспомогательных контурах. Надежность эксплуатации реактора, его работоспособность в нормальных, переходных и аварийных режимах, работоспособность вспомогательного охлаждаемого оборудования зависят от наличия циркуляции охлаждающей среды, т.е. от работоспособности насосов. Этим и объясняется то внимание, которое уделяется вопросам надежной работы циркуляционных средств. Насосы, работающие в контурах, не связанных с теплоносителем, представляют собой, как правило, насосы обычной конструкции. Что касается насосов, предназначенных для перекачки теплоносителя, то условия их работы и предъявляемые требования вынуждают создавать специальные конструкции. Циркуляционный насос ЯЭУ должен удовлетворять следующим основным требованиям: иметь определенную гидравлическую характеристику; позволять работать как при номинальных, так и пусковых параметрах; мощность привода должна обеспечить нормальное функционирование насоса во всех режимах работы, привод насоса должен обеспечить надежных запуск насоса при любой температуре теплоносителя; конструкция должна надежно обеспечить отсутствие протечек радиоактивного теплоносителя во внешнюю среду; насос должен обеспечить определенные показатели надежности – ресурс, срок службы, наработку на отказ; быть ремонтопригодным; насос должен быть удобным для монтажа и демонтажа, отдельные узлы и детали должны быть технологичны в изготовлении и сборке; материалы, применяемые для изготовления насоса, должны быть коррозионно-стойкими по отношению к перекачиваемой среде и допускать проведение промывок дезактивирующими растворами. 10

Описание конструкционных особенностей насосов АЭС и их основных элементов и узлов является одной из основных задач данного учебного пособия. В пособии приведена классификация насосов, описаны принципы работы, основные параметры насосов и их характеристики, некоторые вопросы теории насосов. Конструкции и характеристики конкретных насосов приведены для энергоблока с реактором ВВЭР-1000. Представленные рисунки и схемы снабжены необходимыми комментариями для облегчения усвоения излагаемого материала. Учебное пособие ориентировано на студентов старших курсов, обучающихся по специальности «Атомные электрические станции и установки», а также может быть полезным для студентов энергетических специальностей, изучающих оборудование тепловых и атомных станций.

11

Глава 1. ЕДИНИЦЫ, СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ, ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГИДРАВЛИКИ

1.1. Основные свойства жидкостей Жидкости по своим механическим свойствам разделяются на два класса: малосжимаемые (капельные) и сжимаемые (газообразные). С позиций физики, капельная жидкость значительно отличается от газа, с позиций механики жидкости, различие между ними не так велико, и законы, справедливые для капельных жидкостей, могут быть приложены также и к газам, когда их сжимаемостью можно пренебречь. Капельные жидкости обладают определенным объемом, который практически не изменяется под действием сил. Газы, занимая все предоставленное им объем, могут значительно изменять объем, сжимаясь и расширяясь под действием сил. Таким образом, капельные жидкости легко изменяют форму (в отличие от твердых тел), но с трудом изменяют объем, а газы легко изменяют как объем, так и форму. Основной механической характеристикой жидкостей является плотность. Плотностью называют массу жидкости, заключенную в единице объема. Для однородной жидкости ρ = m V кг/м3, (1.1) где m – масса жидкости в объеме V. Рассмотрим основные физические свойства жидкости. 1. Сжимаемость, или свойство жидкости изменять свой объем под действием давления характеризуется коэффициентом β P объемного сжатия, который представляет собой относительное изменение объема, приходящееся на единицу давления, т.е. V − V0 1 кг/м3, (1.2) ⋅ βP = − V0 P − P0 Знак «минус» обусловлен тем, что положительному приращению давления соответствует отрицательное приращение (т.е. уменьшение) объема жидкости. Тогда плотность в зависимости от давления Р будет равна 12

ρ0 кг/м3, (1.3) 1 − β P ( P − P0 ) где ρ 0 и ρ − значения плотности при давлениях Р0 и Р. Величина, обратная коэффициенту β P , представляет собой объемный модуль упругости K, который равен ρ=

K = 1 β P = ρa 2 Н/м2,

(1.4)

где a – скорость распространения волн давления в упругой среде, равная скорости звука в этой среде. При температуре 20 °С скорость распространения звука в воздухе равна 330 м/с, в воде – 1480 м/с. Для капельных жидкостей модуль K уменьшается с увеличением температуры и возрастает с повышением давления. Для воды он при атмосферном давлении приблизительно равен 2 ⋅ 109 Па. Следовательно, при увеличении давления на 1 атм объем воды уменьшиться всего на 1/20 000 часть. Как следует из формулы (1.3), при повышении давления воды, например до 400 атм, ее плотность повышается лишь на 2 %. Поэтому в большинстве случаев капельные жидкости можно считать несжимаемыми, т.е. принимать их плотность не зависимой от давления. 2. Температурное расширение характеризуется коэффициентом βT объемного расширения, который представляет собой среднее (в данном интервале температур) относительное изменение объема при изменении температуры на 1 °C, т.е V − V0 1 1/°С, ⋅ V0 T − T0

(1.5)

ρ0 кг/м3, 1 + βT (T − T0 )

(1.6)

βT =

Тогда плотность ρ=

где ρ 0 и ρ − значения плотности при температурах T0 и T. Зависимость плотности воды от температуры при атмосферном давлении показана в табл. 1.1. Для сравнения, плотность простейшего представителя класса гликолей – этилен гликоля (ГОСТ 19710–83) при 200 °С равна 1112 кг/ м3. 13

Таблица 1.1 Зависимость плотности воды от температуры T, °С

4

20

40

60

80

90

100

150

200

250

300

ρ, кг/м3 1000 998 992 982 972 965 960

917

869

790

710

Способность жидкостей менять плотность при изменении температуры широко используется для создания естественной циркуляции в котлах, отопительных системах и т.д. 3. Удельный вес – вес жидкости или газа G, приходящийся на единицу объема, т. е. γ=G V. (1.7) По определению, масса тела численно равна произведению массы тела m на ускорение свободного падения g: G = mg . Таким образом, γ = mg V . (1.8) Связь между плотностью и удельным весом можно определить из выражений (1.7) и (1.8), т. е. γ = ρg . (1.9) В системе СИ сила является не основной, а производной единицей и называется ньютоном. В соответствии с основным законом динамики сила F = ma, где m − масса, которая получает ускорение a под действием суммарной силы F. Таким образом, 1 H = 1м с 2 ⋅ 1кг или [ Н ] = ⎣⎡ кг ⋅ м с 2 ⎦⎤ . Из выражения (1.7) следует, что удельный вес жидкости или газа в g = 9,81 м/с2 раз больше, чем плотность. Плотность воздуха при значениях атмосферного давления, равного 100 кПа, и температуры, равной 20 °С, т. е. при нормальных условиях, составляет ρвоз =1,2 кг м3 . Плотность воды при тех же условиях ρвод ≈ 1000 кг м3 . Плотность и удельный вес различных веществ определяют экспериментально с помощью высокоточной аппаратуры, а затем эти значения даются в виде таблиц или графиков. 4. Вязкостью называется свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу. Она проявляется в виде внутреннего трения при 14

относительном перемещении смежных частиц жидкости. Таким образом, вязкость характеризует степень текучести жидкости или подвижность ее частиц. Вязкость есть свойство, противоположное текучести: более вязкие жидкости (глицерин, смазочные масла и др.) менее текучи и наоборот. Касательное напряжение τ − это касательная составляющая напряжения, действующего на жидкость. В то время как давление – нормальное к площади напряжение. Касательное напряжение в жидкости, как результат ее вязкости, зависит от рода и характера течения и изменяется прямо пропорционально поперечному градиенту скорости dν dy и равно dν Н/м2, (1.10) τ=μ dy где µ – коэффициент динамической или абсолютной вязкости. Поперечный градиент скорости dν dy определяет собой изменение скорости, приходящееся на единицу длины в направлении y, т.е. перпендикулярно направлению течения жидкости и, следовательно, характеризует интенсивность сдвига слоев жидкости в данной точке. Коэффициент динамической вязкости в системе СИ имеет размерность Па ⋅ с или Н ⋅ с м 2 , или кг ( м ⋅ с ) . Широко используется размерность пуаз, при этом 1 пуаз = 0,1 Па ⋅ с . Наряду с динамическим коэффициентом вязкости µ применяют еще так называемый кинематический коэффициент вязкости μ (1.11) ν= , ρ В качестве единицы измерения кинематического коэффициента вязкости употребляется также стокс (Ст) = 1 см 2 с. Вязкость капельных жидкостей при увеличении температуры уменьшается, а вязкость газов возрастает. Вода принадлежит к наименее вязким жидкостям. Лишь немногие из практически используемых жидкостей (эфир, спирт) имеют меньшую вязкость, чем вода. В табл. 1.2 показаны значения вязкости воды от температуры. 15

Таблица 1.2 Зависимость вязкости воды от температуры Т, °С

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100 120 150

µ, 10−6 1307 1004 803 655 551 470 407 357 317 284 232 184 кг/(м·с) ν, 10−6 1,31 1,01 0,81 0,66 0,56 0,48 0,42 0,37 0,33 0,3 0,25 0,2 м2 /c

Вязкость жидкостей также зависит от давления, однако эта зависимость существенно проявляется лишь при относительно больших (порядка нескольких сотен атмосфер) изменениях давления. 5. Молекулы жидкости, расположенные у поверхности контакта с другой жидкостью, газом или твердым телом, находятся в условиях, отличных от условий молекул, находящихся внутри объема. Внутри объема жидкости молекулы окружены со всех сторон такими же молекулами, вблизи поверхности – лишь с одной стороны, поэтому энергия поверхностных молекул отличается от энергии молекул, находящихся в объеме жидкости, на некоторую величину, силы поверхностного натяжения, стремящейся придать объему жидкости сферическую форму и вызывающей некоторое дополнительное давление в жидкости. Однако это давление заметно сказывается лишь на малых размерах и для сферических объемов (капель). Влияние сил поверхностного натяжения приходится учитывать при работе с жидкостными приборами для измерения давления, при истечении жидкости из малых отверстий, фильтрации, образовании капель и в других случаях, когда прочие силы, действующие на жидкость (вес, давление) малы. Действительно в трубках малого диаметра возникает дополнительное давление, обусловленное поверхностным натяжением, которое вызывает подъем или опускание жидкости в ней относительно нормального уровня. Высоту подъема смачивающей жидкостью или опускание несмачивающей жидкости в трубке диаметром d (рис. 1.1) определяют по формуле h=

k , d

16

(1.12)

где коэффициент k имеет следующие значения: для воды +30 мм2, для ртути –10,1 мм2. Это значит, что при замере давления с помощью трубочки диаметром 1 мм, мы будем мерить давление на 30 мм Н2О больше чем оно есть на самом деле, для ртути на 10 мм Hg меньше давление, чем оно есть на самом деле из-за того, что Рис. 1.1. Результат действия сил жидкость в трубочках подняповерхностного натяжения лась или опустилась из-за сил для трубочек малого диаметра поверхностного натяжения. Поэтому при измерениях следует применять трубки большого диаметра, когда силы поверхностного натяжения минимальны. 6. Теплоемкость – параметр, характеризующий способность среды или тела аккумулировать тепло. Количество энергии, передаваемое при тепловом взаимодействии тел, называется количеством тепла. В системе СИ теплота измеряется в джоулях, но может измеряться и в калориях. Они связаны следующим соотношением 1 кал = 4,1868 Дж. Удельная теплоемкость численно равна количеству тепла, которое необходимо сообщить телу единичной массы для повышения его температуры от t °С до ( t + 1) °С. Количество тепла, полученное телом массы m при увеличении его температуры на Δt , , равно ΔQ = C ⋅ m ⋅ Δt Дж, (1.13) где C – удельная теплоемкость. Теплоемкость зависит от условий нагревания. При изобарическом процессе (нагревание происходит при постоянном давлении), она называется теплоемкостью при постоянном давлении – CP . Теплоемкость при изохорическом процессе (нагревание осуществляется при постоянном объеме) называется теплоемкостью при постоянном объеме – CV . Всегда CP > CV . Для веществ в твердом или жидком состоянии CP и CV отличаются незначительно. Поэтому в дальнейшем удельную теплоемкость будем обозначать как C. 17

Единицы измерения удельной теплоемкости: Дж ( кг ⋅ К ) или ккал ( кг ⋅ К ) . В интервале от 0 до 100 °С удельная теплоемкость воды мало изменяются, и ее можно принять равной 1 ккал ( кг ⋅ К ) . Существенное увеличение удельной теплоемкости воды происходит при температуре более 200 °С. 7. Переход жидкости в газообразное состояние, происходящее с ее поверхности, называется испарением, а обратный переход − конденсацией. Испаряемость свойственна всем капельным жидкостям, однако интенсивность испарения неодинакова у различных жидкостей и зависит от условий, в которых они находятся. Испарение, происходящее не только на поверхности, но и внутри жидкости, называется кипением. Оно происходит всегда при постоянной (для данного внешнего давления) температуре, которая называется температурой кипения. Испарение жидкости в открытом сосуде может продолжаться до полного исчезновения жидкости. В закрытом сосуде испарение жидкости продолжается до установления равновесия между массой вещества, находящегося в жидком состоянии и массой пара. При этом равновесии будут наблюдаться процессы испарения и конденсации, компенсирующие друг друга. Это так называемое динамическое равновесие. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным. С повышением температуры увеличиваются давление и плотность насыщенного пара, а плотность жидкости уменьшается. Так будет продолжаться до температуры, при которой их плотности станут равными друг другу. При этом пропадет граница между ними. Один из показателей, характеризующих испаряемость жидкости, − температура ее кипения при нормальном атмосферном давлении: чем выше температура кипения, тем меньше испаряемость жидкости. В гидравлических системах работа насоса при нормальном атмосферном давлении является лишь частным случаем. Обычно приходится иметь дело с испарением, а иногда и кипением жидкостей при различных температурах и давлениях. Поэтому более полной характеристикой испаряемости является давление (упругость) насыщенных паров PП , выраженное в функции от темпера18

туры. Давление, при котором закипает жидкость при данной температуре жидкости, называется давлением насыщенного пара. Чем больше давление насыщенных паров при данной температуре, тем больше испаряемость жидкости. С увеличением температуры давление PП повышается. В табл. 1.3 приведены значения давления насыщенного пара для воды от температуры. Таблица 1.3 Значения давления насыщенного пара для воды от температуры Т, °С

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 120

150

РП , ×10−3 , 12,5 23,8 43,2 75,2 126 203 318 483 715 1030 2020 4850 атм РП , ×10−3 , 12,3 23,4 42,4 73,8 123,6 199 312 474 701 1010 1982 4758 Па

Давление насыщенных паров зависит не только от физикохимических свойств жидкости, но и от соотношения объемов жидкой и газопаровой фаз. Давление насыщенных паров возрастает с увеличением части объема, занятого газовой фазой. Понятие насыщенного пара или упругости паров очень важно для оценки кавитационных свойств насосов. 8. Растворимость газов в жидкостях происходит при всех условиях, но количество растворенного газа в единице объема жидкости для разных жидкостей различно и изменяется с увеличением давления. Во всех жидкостях имеется растворенный газ. Его относительный объем, растворенный в жидкости до полного ее насыщения, можно считать прямо пропорциональным давлению, т.е. VГ VЖ = k ( P2 P1 ) , (1.14) где VГ – объем растворенного газа в объеме жидкости VЖ при нормальных стандартных условиях (давление = 1 атм, температура = 20 °С), k – коэффициент растворимости. Для стандартных условий коэффициент k имеет следующие значения: для воды – 0,016, для керосина – 0,127, для масла – 0,08. То есть при прочих равных условиях в керосине всегда растворено большее количество газов (воздуха). При атмосферном давлении в 1 м3 воды находится 19

0,016 м3 воздуха. При увеличении давления в два раза во столько же увеличивается количество растворенного воздуха в том же объеме жидкости. При понижении давлении в жидкости или на входе в насос происходит выделение растворенного в ней газа. Причем газ выделяется из жидкости интенсивнее, чем растворяется в ней. Это явление отрицательно сказывается на работе насосов и гидравлических систем. 9. Если на тело действуют внешние силы, то в теле возникают силы реакции, направленные в сторону, противоположную действию сил, что обусловлено межмолекулярными связями. Выделим из общего объема небольшой замкнутый объем жидкости или газа. В этом случае силы реакции располагаются на поверхности выделенного объема. Произвольно действующую по отношению к поверхности силу реакции разложим на две составляющие: касательную и нормальную. Касательная составляющая, обусловленная вязкостью, действует вдоль поверхности элемента жидкости и проявляется только во время движения жидкости или газа. Нормальная составляющая силы реакции существует как в процессе движения, так и в покое. Рассмотрим жидкостную систему, находящуюся в равновесии. Пусть имеется сосуд, содержащий объем жидкости или газа (рис. 1.2). Расположим внутри объема этой жидкости произвольным образом плоскость АВ, которая разделит массу жидкости на две массы: I и II. Если отбросить массу II, то для того, чтобы равновесие остального объема не нарушалось, необходимо в каждой точке поверхности АB ввести силы, уравноРис. 1.2. Система сил, вешивающие воздействие массы II на действующих на элемент оставшуюся часть жидкости. Предпоповерхности ложим, что эти силы направлены произвольно к поверхности АВ (точное направление их неизвестно). Считаем, что поверхность состоит из маленьких площадок размером ΔS . На элементарную площадку действует произвольно направленная сила ΔR . Разложим эту силу 20

на две составляющие: нормальную ΔF и касательную ΔT к поверхности. Если в жидкости действует касательная составляющая силы, то она не может находиться в покое, так как жидкость обладает текучестью, т.е. отсутствием сопротивления сдвигающим нагрузкам. Это означает, что если жидкость находится в покое, то в ней отсутствуют касательные составляющие силы реакции. Таким образом, внутренние силы реакции, возникающие в жидкости, находящейся в состоянии покоя, должны быть перпендикулярны любой точке поверхности внутри жидкости и направлены внутрь объема. Если площадь ΔS достаточно мала, то отношение нормально действующей силы реакции ΔF к площади ΔS называют нормальным напряжением сжатия в точке. Итак, давление будет определяться выражением P = ΔF ΔS . (1.15) Как видно из выражения, давление – размерная величина, измеряемая в Па (1 Па = 1 Н/м2), и что одна и та же сила может вызвать различное давление. Например, если одно и то же усилие распределить на большую площадь, то давление, вызываемое этим усилием, окажется меньше. Лыжник, движущийся по снежному полю, не проваливается в снег, так как его вес распределен на большую поверхность лыж, что вызывает меньшее давление на снег по сравнению с давлением, возникающим от человека без лыж. Следовательно, мы выяснили, что в жидкости или газе (покоящемся или движущемся) всегда есть давление. Определим, везде ли оно одинаково в жидкости. 1.2. Основные уравнения статики и кинематики Давление (рис. 1.3), отсчитываемое от нулевого значения, называют абсолютным давлением ( Pa )и или ( Pa )в .

Рис. 1.3. К определению давления 21

Давление Ри , отсчитываемое и больше атмосферного давления Ратм , называется избыточным:

( Ра )и = Ри + Ратм .

(1.16) Если абсолютное давление меньше атмосферного, то разность между ними называется вакуумом: Рвак = Ратм − ( Ра )в . (1.17) Манометр всегда показывают избыточное давление, а вакуумметр – вакуум. Давление в произвольной точке А (рис. 1.4), расположенной на глубине h равно: PA = P0 + ρgh. (1.18) где P0 – давление над свободной поверхностью жидкости. Если жидкость заполняет сосуд, открытый в атмосферу, то абсолютное давление в любой точке будет равно PA = Ратм + ρgh, (1.19) Рис. 1.4. К определению давления в любой точке резервуара

При этом Pи = P0 − Ратм .

манометр

где h – глубина расположения точки А от свободной поверхности соединенной с атмосферой, т.е. PA = P0 + ρgh = Ратм + ρgh, (1.20)

показывает

избыточное

давление

Пример 1. Определить давление РБ в баке, наполненном газом и жидкостью, если разность уровня ртути в манометре h = 0,3 м. Плотность ртути ρ Hg = 13,6 г/см3. Решение. Запишем уравнение равновесия для сечения 3−3: P3−3 = PБ = Pатм + ρhHg gh = 9,81 ⋅ 104 + 13,6 = 13,8 ⋅ 104 Па = 1, 4 атм.

22

10−3 9,81 ⋅ 0,3 = 10−6

Пример 2. Определить, на какую высоту поднимется вода в колбе, если абсолютное давление в ней PK = 9,3 ⋅ 104 Па. Решение. Условие равновесия жидкости для свободной поверхности Pатм = PK + ρgh. Отсюда h = ( Pатм − PK ) ρg = ( 9,81 − 9,3) ⋅ 104 9,81 ⋅ 103 = 0,51 м. 1.3. Уравнение постоянства расхода Расходом называется количество жидкости, протекающее через сечение потока в единицу времени. Различают массовый и объемный расходы. Они связаны следующим соотношением: m = ρV .

(1.21)

Одним из основных уравнений гидродинамики является уравнение постоянства расхода, при котором расход через сечения перпендикулярные оси трубопровода есть величина постоянная, т.е. V1 = V2 = const = v1S1 = v2 S2 = vi Si , (1.22) где S1 , S 2 и Si – площади поперечных сечений трубопровода. Si = πDi2 4,

где Di – диаметр i-го сечения трубопровода; v1 , v2 и vi – средние скороРис. 1.5. Поперечное сти течения жидкости в трубопроводе сечение трубопровода в сечениях 1, 2 и i-м соответсвенно. Из этого уравнения следует, что средние скорости в потоке несжимаемой жидкости обратно пропорциональны площадям сечений, т.е. v1 S 2 = . (1.23) v2 S1 Уравнение Бернулли (рис. 1.6) для вязкой жидкости для двух произвольно выбранных сечений трубопроводов выражает равенство энергий в этих двух сечениях, т.е. 23

z1 +

P1 v12 P v2 + = z2 + 2 + 2 + ∑ hnom 1−2 ; ρg 2 g ρg 2 g

(1.24) P3 v32 P1 v12 z1 + + = z3 + + + ∑ hnom 1−3 , ρg 2 g ρg 2 g где z1 , z2 и z3 – высоты расположения сечений 1, 2 и 3 над произвольной горизонтальной плоскостью; v1 , v2 и v3 – средние скорости потока и P1 , P2 и P3 – давления в сечениях 1, 2 и 3; и

∑ hnom 1−3

∑ hnom 1−2

– потери энергии на участках 1–2 и 1–3 соответсвен-

но.

Рис. 1.6. Графическая интерпритация закона Бернулли

Это уравнение баланса энергии с учетом потерь. Таким образом, сумма энергии положения zi , энергии давления P3 ρg , кинетической энергии v32 2 g равна той же сумме энергий для второго (третьего) сечения с учетом всех потерь энергии на данном участке ∑ hnom 1−i , которая характеризует уменьшение механической энер24

гии потока на участке между сечениями. На рис. 1.6 показана графическая интерпритация закона Бернулли. Энергия, теряемая жидкостью на рассмотренном участке течения, разумеется, не теряется бесследно, а лишь превращается в другую форму – тепловую, которая непрерывно рассеивается, поэтому повышение температуры бывает практически малозаметным. Из уравнения Бернулли (1.24) и уравнения постоянства расхода (1.22) следует: если площадь поперечного сечения трубопровода уменьшается, то скорость течения жидкости увеличивается, а давление в этом сечении будет уменьшаться и наоборот. 1.4. Режимы движения жидкости Эксперименты показали, что структура потока жидкости неодинакова. Существуют потоки, в которых частицы жидкости перемещаются строго параллельно стенкам канала (так называемое движение в продольном направлении), и потоки, в которых частицы жидкости при наличии продольного движения образуют вихри (возникает поперечное движение). Существование различных течений связано с проявлением взаимодействия между силами инерции и вязкости. Если вязкие силы более значительны по сравнению с инерционными, то они гасят возможные поперечные перемещения частиц жидкости. В этом случае течение жидкости в канале становится «слоистым». «Слои» движутся параллельно стенкам канала и между собой не перемешиваются (поперечная составляющая скорости равна нулю). Такое движение называется ламинарным (от лат. lamina – слой). Если инерционные силы возрастают и становятся существенно больше сил трения, в потоке возникают, помимо продольных, еще и поперечные составляющие скорости. Наличие последних приводит к перемешиванию «слоев» жидкости. Частицы жидкости движутся вихреобразно. Такое движение называют вихревым, или турбулентным (от лат. turbulentus – вихревой). Английский ученый О. Рейнольдс экспериментально установил условия, при которых возможно существование ламинарного и турбулентного режимов и переход от одного режима к другому. 25

Существует безразмерный критерий, названный числом Рейнольдса (Re): wd Re = , (1.25) ν где w – средняя скорость потока; d – диаметр трубы; ν – коэффициент кинематической вязкости. Критерий Рейнольдса определяет отношение инерционных и вязких сил в потоке. Значение числа Re, при котором происходит переход от ламинарного режима к турбулентному, называется критическим ReKP . Для круглых труб ReKP = 2300 . Если справедливо неравенство Re KP < 2300, , то режим ламинарный, а при ReKP > 2300 – турбулентный. Изменение мгновенной скорости в потоке представлено на рис. 1.7.

а

б Рис. 1.7. Изменение мгновенной скорости в потоке: а – изменение скорости; б – прохождение вихря через точку замера (начало вихря)

По критическому значению числа Рейнольдса можно определить критическую скорость, т. е. скорость, ниже которой наблюдается ламинарное движение жидкости в круглой трубе: Re ν 2300ν . (1.26) wKP = KP = d d Так как при турбулентном режиме движения в жидкости возникают поперечные составляющие скорости, то при их суммировании с продольными составляющими образуются вихри различной интенсивности. Если измерить мгновенную скорость движения жидкости в какой-либо точке турбулентного потока в течение продолжительного времени t, то получим графическую зависимость, приведенную на рис. 1.7. 26

Допустим, что мы производим измерение мгновенной скорости в некоторой точке k потока. Известно, что существует движение потока в продольном направлении с некоторой средней скоростью u . Так как в потоке имеются вихри, перемещающиеся в различных направлениях, то через точку k могут пройти два вихря. Если через точку k (см. рис. 1.7,б) прошел начальный участок вихря, то на вектор средней скорости потока накладывается вектор линейной скорости вихря u ′. Поскольку вихри направлены в одну сторону, они суммируются. Таким образом, мгновенная скорость, измеренная датчиком: u = u + u ′. Если через точку k прошел конечный участок вихря, то мгновенная скорость, измеренная датчиком, меньше. При этом вектор линейной скорости вихря направлен в сторону, противоположную вектору средней скорости потока, т.е. u = u − u ′. Отклонение мгновенной скорости от осредненной ±u ′ называется пульсацией скорости. Данное явление характерно только для турбулентного потока. Был рассмотрен пример возникновения продольной пульсации скорости. Проводя аналогичные рассуждения, можно прийти к выводу о существовании и поперечных пульсаций скорости ± v′. Так как в жидкости при турбулентном движении возникают вихри различной интенсивности, то понятно, почему нельзя заранее рассчитать мгновенную скорость потока в точке. Суммарная пульсационная составляющая скорости, осредненная по времени, равна нулю, т.е. ∑ u ′ = ∑ v′ = 0. Однако ∑ u ′v′ ≠ 0 . Известно, что касательные напряжения (напряжения трения), возникающие в результате работы сил трения, пропорциональны произведению осредненных пульсаций, т. е. τ = ρu ′v′, где ρ – плотность жидкости. 1.5. Потери напора, коэффициент гидравлического трения Потери напора возникают в связи с существованием вязкости жидкости, наличие которой вызывает появление работы сил тре27

ния. Известно, что это работа реактивных сил, направленная против движения потока и приводящая к его торможению, т.е. уменьшению его полной энергии. Если энергия потока меньше, чем работа, затрачиваемая силами трения, то поток не сможет преодолеть работу реактивных сил и остановится. Важно рассчитать потери напора в трубопроводах. Если в какой-либо системе водоснабжения потери напора больше, чем напор, создаваемый насосом, питающим эту систему, то такая система работать не будет.

Рис. 1.8. К определению потерь напора по длине

Гидравлические потери подразделяются на потери напора по длине потока и потери напора в местных сопротивлениях. Потери напора по длине наблюдаются в трубах и каналах постоянного сечения и увеличиваются пропорционально длине канала. Определим потери напора по длине на участке канала длиной L и диаметром d между сечениями 1−1 и 2−2. Для простоты рассмотрим горизонтальный трубопровод, где z1 = z2 . Тогда уравнение Бернулли с учетом потерь запишется в виде (1.27): P1 w12 P2 w22 (1.27) + = + + hw . γ 2g γ 2g Сечения 1−1 и 2−2 одинаковы, следовательно, 28

w1 = w2 . Тогда

P1 − P2 . (1.28) γ Измерить потери напора в данном случае очень легко – надо на концах участка установить пьезо- или манометры и по разности их показаний определить потери. Значительно труднее потери напора подсчитать. Для того чтобы рассчитывать потери по длине, составим уравнение равновесия для равномерного установившегося движения жидкости в трубе между сечениями 1−1 и 2−2. В потоке действуют силы давления (активные) FP и силы трения (реактивные). Согласно уравнению равновесия: FP = Fτ . hw =

Равнодействующая сил давления

FP ,

действующих на массу

жидкости в сечениях 1−1 и 2−2: πd 2 . 4 Эта сила уравновешивается силами трения в потоке. Считаем, что силы трения в потоке пропорциональны силе трения о стенку канала, т.е. Fτ = τ0 ⋅ π ⋅ d ⋅ l . Приравняв полученные выражения и разделив обе части уравнения на γ, получаем: P1 − P2 4τ0l . (1.29) = γ γd В соответствии с выражением (1.17) потери напора по длине 4τ l (1.30) hw = 0 , γd в предположении того, что касательные напряжения в потоке пропорциональны напряжению на стенках τ0 ∼ τ . Однако надо сделать еще одно допущение. Так как вычислить пульсационные составляющие невозможно, то предполагаем, что их осредненное произведение пропорционально произведению средних скоростей потока, т.е. u ′ ⋅ v′ ∼ w2 . Тогда для касательных напряжений на стенке τ0 имеем τ0 = βρw2 , , где β – коэффициент пропорциональности. FP = ( P1 − P2 )

29

Если полученное выражение подставить в выражение (1.30), имеем ρlw2 . hw = 4β γd Обозначим 8β = λ . Считаем, что γ ρ = g . Тогда окончательно l w2 . (1.31) d 2g Выражение (1.31) называется формулой Дарси–Вейсбаха, которая является основным уравнением потерь по длине. Безразмерный коэффициент λ, называемый коэффициентом гидравлического трения, зависит от состояния поверхности трубопровода (параметров шероховатости) и режима движения жидкости. При ламинарном режиме 64 . (1.32) λ= Re При турбулентном режиме 0,25 68 ⎞ ⎛k λ = 0,11⎜ e + , (1.33) ⎟ ⎝ d Re ⎠ где ke – параметр эквивалентной шероховатости, который зависит hw = λ

от материала трубы (обычно значения ke для труб, выполненных из различных материалов, заданы в специальных таблицах). Очевидно, что потери напора по длине пропорциональны скоростному (динамическому) напору. Если потери напора по длине возрастают пропорционально длине канала, то потери в местных сопротивлениях от длины не зависят (они возникают при деформации потока). Под деформацией понимаются сужение и расширение потока. Как правило, деформации потока обусловлены установкой трубопроводной арматуры (краны, вентили, задвижки, шайбы, муфты, уголки и т. п.). Потери напора в местном сопротивлении пропорциональны скоростному напору, т. е. w2 . (1.34) hw = ξ 2g Обычно коэффициент местного сопротивления ξ определяется экспериментально. 30

Глава 2. НАСОС: ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ 2.1. Классификация насосов Насос – машина, в которой происходит преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перемещаемой жидкости. В соответствии с ГОСТ 17398-72 вводятся следующие определения: • насосный агрегат – агрегат, состоящий из насоса или нескольких насосов и приводящего двигателя, соединенных между собой; • насосная установка – насосный агрегат с комплектующим оборудованием, смонтированным по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса. Встречаются различные схемы насосных установок с разными типами насосов. Однако гидравлическая часть насосной установки, включающая насосы, подводящий и напорный трубопроводы с арматурой и приборами, выполняется, как правило, по одинаковой схеме. В состав насосной установки, в зависимости от ее назначения, могут быть дополнительно включены запорно-регулирующая арматура, предохранительное устройство, приборы для измерения гидравлических и электрических величин. Вследствие большого разнообразия конструкций, областей использования, материалов и т.д. разработать единую всеобъемлющую классификацию для насосов не представляется возможным. В практике используются классификации по наиболее важным признакам, которые будут рассмотрены ниже. В соответствии с ГОСТ 17398-72 насосы по принципу действия подразделяются на два основных класса: динамические и объемные (рис. 2.1). Динамические насосы. В динамическом насосе в результате действия сил инерции и вязкости перекачиваемой среды внутри рабочего пространства насоса кинетическая энергия от рабочего колеса передается перекачиваемой жидкости, в основном преобразуясь в энергию давления. 31

Рис. 2.1. Классификация насосов

По конструктивным признакам, форме рабочего колеса и характеру движения жидкости в проточной части динамические насосы можно разделить на две основные группы: лопастные и вихревые. В энергетике лопастные насосы получили преобладающее распространение. Принцип работы лопастных насосов описан далее.

Рис. 2.2. Вихревой насос

Вихревой насос (рис. 2.2) состоит из рабочего колеса 1 с радиальными лопастями, установленного в цилиндрический корпус. В боковых и периферийных стенках корпуса имеется концентричный канал 2, соединяющий всасывающее и нагнетательное отверстия, 32

между которыми имеется перемычка 4. Жидкость через всасывающий патрубок 5 поступает к рабочему колесу и прогоняется по каналу 2 к нагнетательному патрубку 3. В вихревых насосах приращение энергии перекачиваемой жидкости осуществляется за счет турбулентного обмена энергией основного в канале насоса и вторичного − в рабочем колесе. Вихревые насосы применяются в системах, требующих большого напора при малом расходе жидкости. К лопастным насосам (рис. 2.3) относятся центробежные, диагональные и осевые, отличающиеся друг от друга по направлению потока жидкости на выходе из рабочего колеса.

Центробежный

Диагональный

Осевой

Рис. 2.3. Лопастные насосы

Лопастные насосы также подразделяются по потоку жидкости за рабочим колесом (с полуспиральным, спиральным или кольцевым 33

отводом, коленчатым отводом), числу потоков внутри рабочего колеса (одностороннего и двустороннего входа) и числу ступеней рабочих колес в насосе – одноступенчатый, многоступенчатый (одностороннее или симметричное расположение рабочих колес). По расположению оси вращения вала насосы подразделяются на вертикальные, горизонтальные и с наклонной осью. Одноступенчатые насосы имеют одно рабочее колесо, многоступенчатые – несколько последовательно соединенных рабочих колес, закрепленных на одном валу (рис. 2.4). У Двусторонний вход Односторонний вход многоступенчатого насоса жидкость выходящая из рабочего колеса 2, направляется в отвод, который называется направляющим лопаточным аппаратом 3. Основное назначение которого – развернуть поток жидкости так, чтобы жидкость поступала на вход в следующую ступень рабочего колеса, имея только осевое направление с одновременным преобразованием кинетической энергии потока в энергию давления с минимальными потерями. Многоступенчатые насосы применяются тогда,

Рис. 2.4. Схема многоступенчатого центробежного насоса: 1 – подвод; 2 – рабочее колесо; 3 – направляющий аппарат; 4 – диффузор отвода 34

когда требуется получить большие давления. При этом жидкость, проходя несколько последовательно расположенных рабочих колес, повышает давление за насосом пропорционально их количеству. Из последней ступени жидкость направляется в напорный патрубок 4. Осевые и диагональные насосы имеют рабочие колеса с жестким закреплением лопастей во втулке или с поворотными лопастями (регулируемые), имеющими электрический, гидравлический или электрогидравлический приводы их разворота.

а

б Рис. 2.5. Разновидности лопастных насосов: а − осевой; б − смешанного потока

По всасывающей способности насосы подразделяются на самовсасывающие и несамовсасывающие. Классификация насосов по назначению не может быть строгой, так как одни и те же насосы применяются в энергетике, водоснабжении, химическом производстве и т.д. 35

Насосы, используемые в ядерной энергетике, можно приблизительно разделить на следующие девять групп: 1) главные циркуляционные насосы, предназначенные для создания циркуляции теплоносителя с вспомогательными насосами к ним; 2) питательные насосы (для подачи питательной воды в парогенераторы или барабаны-сепараторы); 3) конденсатные насосы (для подачи конденсата в деаэраторы из конденсаторов турбин и подогревателей низкого и высокого давления); 4) насосы циркуляционного водоснабжения (для охлаждения конденсаторов турбин); 5) насосы технического водоснабжения главного корпуса; 6) насосы систем безопасности; 7) насосы маслоснабжения систем турбоагрегатов; 8) насосы спецводоочистки и химводоочистки; 9) насосы вспомогательных систем. Насосы (кроме ГЦН, питательных, конденсатных и насосов систем безопасности), как правило, на АЭС применяются общепромышленного назначения. Классификация динамических насосов по размеру (крупные, средние и малые) весьма условна. Объемные насосы. Работа объемного насоса выполняется путем всасывания и вытеснения жидкостей за счет циклического изменения объема в рабочих полостях при движении поршней, диафрагм, пластин, зубцjd и т.д. На действующих в настоящее время АЭС из объемных насосов наибольшее распространение получили поршневые (возвратно-поступательные) и роторные насосы. В поршневом насосе (рис. 2.6) одностороннего действия в цилиндре 1 установлен поршень 2, двигающийся возвратнопоступательно от приводного механизма. При движении поршня вправо клапан 3 открывается и жидкость всасывается из всасывающей магистрали 4, а при движении влево клапан 3 закрывается, клапан 5 открывается и за счет уменьшения объема рабочей полости жидкость вытесняется в напорную магистраль 6.

36

Периодичность движения поршня обусловливает неравномерность подачи жидкости. Для уменьшения неравномерности подачи применяются двух- и многоцилиндровые поршневые насосы. Кроме того, для привода поршней затруднено применение высокооборотных двигателей без редукторов. Поршневые насосы можно классифицировать по следующим признакам: • способу действия поршня (одностороннего или двустороннего действия); Рис. 2.6. Поршневой насос резервуара • положению поршня и цилиндра (горизонтальные и вертикальные); • форме поршня (дисковые, плунжерные); • типу привода (электроприводные, паровые). Роторные насосы являются объемными насосами, работающими по принципу вытеснения жидкости из свободного объема между роторными элементами. В роторных насосах (рис. 2.7) один или несколько вращающихся роторов образуют в корпусе насоса полости, которые захватывают перекачиваемую жидкость и перемещают ее от входного патрубка насоса к напорному. Роторные насосы обеспечивают более равномерную подачу, в них отсутствует отсекающая клапанная система. Наибольшее распространение получили следующие конструктивные схемы роторных насосов: • шестеренные (двух- и многошестеренные, с наружным или внутренним зацеплением); • винтовые (одно- и многовинтовые); • пластинчатые (одно- и многопластинчатые); • кулачковые.

37

Шестеренный

Винтовой

Пластинчатый

Кулачковый

Рис. 2.7. Разновидности роторных насосов

2.2. Основные параметры насоса Работа насоса характеризуется расходом (подачей или производительностью), напором, который он развивает, и мощностью, затрачиваемой на совершение работы по перемещению данного количества жидкости. Производительность (подача или расход) – это количество жидкости (масса M или объем V), перемещаемое насосом в единицу времени t и выражаемое через массовый расход G = M t или через объемный: Q =V t. (2.1) Массовый и объемный расходы связаны через плотность нагнетаемой жидкости ρ соотношением G = Q ⋅ ρ. Единицы измерения расхода в международной системе СИ: массовый – в кг/с и объемный – в м3/с. Для удобства выражения численных значений чаще используют внесистемные единицы: м3/мин, м3/ч, м3/сут, л/с и др. 38

В ГОСТ 17398-72 «Насосы. Терминология и определения» вводится понятие насосного давления ρv 2 ρv 2 ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ PH = ⎜ P2 + 2 + ρgz2 ⎟ − ⎜ P1 + 1 + ρgz1 ⎟ , (2.2) 2 2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ где P2 , P1 – давление на выходе из насоса и входе в него соответственно, Па (Ра); v2 , v1 – скорость потока в сечениях на выходе из насоса и входе в него, м/c; z2 , z1 – геометрическое расположение выходного и входного сечения насоса (м), в которых измеряется давление. Как правило, эти значения очень близки, поэтому разницей (ρgz2 − ρgz1 ) пренебрегают. Тогда ρv 2 ⎞ ⎛ ρv 2 ⎞ ⎛ PH = ⎜ P2 + 2 ⎟ − ⎜ P1 + 1 ⎟ . 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ ⎝ Однако на практике широко применяют другое понятие – «напор насоса», который равен H=

PH ⎛ ρv 2 ⎞ ρv 2 ⎞ P − P ⎛ v2 v2 ⎞ ⎛ = ⎜ P2 + 2 ⎟ ρg − ⎜ P1 + 1 ⎟ ρg = 2 1 + ⎜ 2 − 1 ⎟ . (2.3) ρg ⎝ 2 ⎠ 2 ⎠ ρg ⎝ ⎝ 2g 2g ⎠

Напор насоса равен разности полного напора на выходе насоса и полного напора на входе в насос и измеряется в метрах. Величина напора не зависит от плотности перекачиваемой среды. Если известен напор, то можно найти насосное давление PH , которое уже зависит от плотности перекачиваемой среды, поскольку PH = ρgH . Такая универсальность понятия напора и объясняет, что все характеристики насоса в каталогах даются, как функция напора (а не насосного давления) от расхода. Если проходные сечения входного и выходного патрубков насоса одинаковы, то напор насоса равен разности (перепаду) давления на насосе или P −P H = 2 1. (2.4) ρg Напор насоса может быть определен только, если известны следующие параметры: 39

• давление на выходе насоса, Па; • давление на входе в насос, Па; • плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3. Давление на выходе из насоса может быть определено, только если известны: • напор насоса, м; • давление на входе в насос, Па; • плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3. Если неизвестен хотя бы один из этих параметров, ни напор, ни давление на выходе определены быть не могут. За единицу времени через насос протекает расход, при этом каждой единице массы жидкости насос передает энергию в количестве напора H, и, следовательно, энергия, передаваемая насосом жидкости за единицу времени, или полезная мощность насоса, равна N п = GHg = QρHg , Вт.

(2.5)

Потребляемая насосом мощность P2 или мощность на валу рабочего колеса больше полезной мощности на величину потерь в насосе. Эти потери мощности оцениваются через КПД насоса, который равен отношению полезной мощности насоса к потребляемой им мощности привода или электромотора: η=

N п QρHg = , P2 P2

(2.6)

где Q – объемный расход, м3/ ч; H – напор насоса, м; P2 – потребляемая насосом мощность, Вт; ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения. Потери в насосе делят на механические, объемные и гидравлические. Механическими потерями являются потери на трение в подшипниках, уплотнениях (торцевом или сальниковом). Мощность, оставшаяся за вычетом механических потерь (мощность механических потерь составляет 3–5 %), передается рабочим колесом жидкости. Объемные потери. Жидкость, выходящая из рабочего колеса, в основном поступает в отвод и далее в напорный патрубок. Однако часть жидкости (рис. 2.8) возвращается через зазоры δ y между ра40

бочим колесом и корпусом насоса (утечка Qy1 ) и разгрузочное отверстие Q y 2 на вход насоса. Часть жидкости через уплотнения удаляются наружу Q y 3 . Утечки через нормально отрегулированные уплотнения малы по сравнению с другими утечками, поэтому Qy 3 = 0. Утечки Qy1 и Q y 2 обусловлены тем, что давление на выходе рабочего колеса P2 выше, чем во всасывающем патрубке P2 , и являются неизбежными. Эти утечки тем меньше, чем меньше зазоры δ y между рабочим колесом и корпусом насоса, больше их длина l y . И, очевидно, следует уменьшать зазоры до минимума, допустимого технологией изготовления, деформацией вала и корпуса при их работе.

Рис. 2.8. Схема утечек жидкости из полостей насоса

Гидравлические потери обусловлены преодолением гидравлического сопротивления в подводе, рабочем колесе, отводе и зависят от совершенства проточной части насоса, правильности выбора его геометрических размеров, режимов его работы. Для агрегатов, где насос и двигатель соединены через муфту или жесткое соединение вала, в каталогах приводится зависимость мощности P2 от расхода. При этом по максимальной мощности P2 производится выбор электродвигателя. 41

Если насос и двигатель представляют собой единый блок (например, как у насосов с мокрым ротором), то в каталогах приводится мощность, потребляемая всем насосным агрегатом P1 . Мощность P1 – это мощность, которая подводится к клеммам электродвигателя и, таким образом, тратится на привод электродвигателя и самого насоса. В этом случае КПД насоса с электродвигателем можно записать как η=

N H N H P2 = = ηH ⋅ ηэл.дв , P1 P2 P1

(2.7)

где ηH = N H P2 – КПД насоса; ηэл.дв = P2 P1 – КПД электродвигателя; P2 – мощность на валу рабочего колеса насоса (рис. 2.9). Выделить эти КПД сложно, поэтому для насосов с мокрым ротором и насосов с электронным модулем в каталогах приводится только зависимость мощности P1 от расхода. Мощность P1 – это мощность, которую поРис. 2.9. Насосный агрегат: требляет насос + электронасос + электродвигатель двигатель из электросети, т.е. отражает эксплуатационные расходы (расходы на электроэнергию) на работу насосного агрегата. Если из каталогов известна мощность P1 , то для того, чтобы определить затраты на электроэнергию (эксплуатационные расходы), т.е. рассчитать экономическую эффективность, можно воспользоваться формулой P1 = P2 ηэл.дв ,

(2.8)

где КПД электродвигателя ηэл.дв , приводится в каталогах для выбранного типа насоса. 42

2.3. Принцип действия лопастных насосов Насосами называются устройства, передающие механическую энергию от рабочего колеса жидкости. Эта энергия может быть в виде потенциальной (подъем жидкости на высоту, повышение давления), кинетической (увеличение скорости струи воды, например, в фонтане или системах для тушения пожаров) или тепловой (повышение температуры). В водоснабжении, системах теплоснабжения, водооткачки и других наибольшее применение нашли лопаточные центробежные насосы. Основным рабочим органом лопаточного насоса является рабочее колесо, снабженное лопатками. Передача энергии от рабочего колеса к жидкости происходит за счет динамического взаимодействия лопаток насоса с обтекающей их жидкости. На рис. 2.10 показана схема центробежного насоса.

Рис. 2.10. Схема центробежного насоса: A – закрытое рабочее колесо; В – полуоткрытое рабочее колесо; С – открытое рабочее колесо; 1 – осевой подвод; 2 – рабочее колесо; 3 – улитка отвода; 4 – диффузор отвода; 5 – радиальный или in-line подвод; а – ведомый; б – ведущий диск рабочего колеса; в – лопатки рабочего колеса

Проточная часть насоса состоит из трех основных частей: подвода 1, рабочего колеса 2 и отвода 3. Основное назначение подвода обеспечить равномерную подачу жидкости из всасывающего трубопровода к рабочему колесу насоса с минимальными потерями. Наибольшее распространение на практике получил осевой и радиальный или in-line подводы. Осевой подвод прост в изготовлении, обеспечивает высокие энергетические и кавитационные показатели насосов. Насосы с in-line подводами имеют малые размеры. Они просты и удобны при монтаже. 43

Рабочее колесо закрытого типа (см. рис. 2.10,А) состоит из двух дисков: ведомого (а) и ведущего (б), между которыми устанавливаются лопатки в, изогнутые в сторону противоположную направлению вращения колеса. Полуоткрытое рабочее колесо выполняется без переднего ведомого диска а (см. рис. 2.10,В). Открытые рабочие колеса не имеют ведущего или заднего диска б (см. рис. 2.10,С). В этом случае лопатки крепятся к валу. Полуоткрытые и открытые колеса нашли широкое применение в дренажных насосах. В рабочем колесе происходит передача энергии от привода к жидкости. При этом жидкость под действием центробежных сил движется от центра к периферии рабочего колеса и затем в отвод. Отвод состоит из спирального сборника 3, диффузора 4 и предназначен для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, преобразования кинетической энергии потока в энергию давления с минимальными потерями и направления ее в напорный трубопровод. В лопастных насосах преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости происходит в рабочем колесе и расположенном за ним отводе, служащем для преобразования части кинетической энергии жидкости в энергию давления. Принцип действия центробежного лопастного насоса (рис. 2.11) заключается в следующем. Вода из подводящего устройства через конфузорный патрубок 1 поступает во входное устройство рабочего колеса 2. В межлопаточных каналах в результате взаимодействия потока жидкости с лопастной системой, вращающейся с угловой скоростью ω, проявляются центробежные силы и силы Кориолиса, приводящие к изменению момента количества движения массы жидкости. Взаимодействие лопасти с потоком жидкости происходит на площади, ограниченной на входе диаметром D1 и шириной b1 , а на выходе – D2 и b2 . Жидкость выходит из рабочего колеса с абсолютной скоростью v2 , равной геометрической сумме относительной скорости w2 и окружной скорости u2 : v2 = w2 + u2 . 44

Рис. 2.11. Схема центробежного насоса: 1 – конфузорный патрубок; 2 – рабочее колесо; 3 – отвод; 4 – вал

Скорости v2 , w2 и u2 образуют треугольник скоростей на выходе из рабочего колеса. Относительная скорость w2 направлена по касательной к лопатке, а окружная скорость u2 направлена по касательной к окружности с диаметром D2 в сторону вращения рабочего колеса. Абсолютную скорость можно разложить на две взаимно перпендикулярные составляющие: vu 2 – окружную составляющую абсолютной скорости и vм2 – меридиональную скорость, являющуюся проекцией абсолютной скорости на плоскость, проходящую через ось рабочего колеса и выходную кромку лопасти. Примем обозначения углов: α2 – угол между векторами скоростей v2 и w2; β2 – угол между вектором скорости w2 и отрицательным направлением скорости u2. Буквенные обозначения скоростей и углов на входе в рабочее колесо аналогичны обозначениям для выходного сечения. Для вывода основного уравнения лопастных насосов используем уравнение момента количества движения: M = Qм ( vu 2 R2 + vu1R1 ) , 45

где Qм – массовый расход; vu1 = v1 cos α1 и vu 2 = v2 cos α 2 – окружные составляющие абсолютной скорости потока на входе в канал и на выходе из него; R1 и R2 – расстояние центра тяжести межлопаточных каналов на входе и выходе из них. Момент M, действующий на жидкость в колесе, возникает от действия на нее стенок каналов колеса (лопаток и внутренних поверхностей дисков, ограничивающих рассматриваемый объем жидкости). Величина Qм рассматривается как массовый расход жидкости через колесо: Qмк = Qк ⋅ ρ . Умножив уравнение момента количества движения на угловую скорость ω рабочего колеса, получим работу, совершаемую рабочим колесом за 1 с при воздействии на жидкость, находящуюся внутри него, и равную гидравлической мощности N 2 . Отсюда N 2 = Qмк ω ( vu 2 R2 + vu1R1 ) .

Очевидно, что N 2 = Qк ρgH T ,

где H T – теоретический напор, равный энергии, переданной рабочим колесом единице веса проходящей через него жидкости; Qк – объемный расход жидкости в секунду. Следовательно, Qмк gH T = Qмк ω ( vu 2 R2 − vu1R1 ) , или H T = ( ω g ) ( vu 2 R2 − vu1R1 ) . Последнее уравнение, называемое основным уравнением лопастных насосов, было получено Эйлером. При условии подвода жидкости без закрутки потока перед рабочим колесом vu1R1 = 0 . Отсюда теоретический напор

H T = ( ω g ) vu 2 R2 . Движение жидкости на выходе из рабочего колеса создается самим колесом, поэтому момент скорости vu 2 R2 определяется геометрией его выходных элементов (углом установки на выходе, диаметром и шириной лопастей). Основное уравнение позволяет по 46

заданным основным параметрам насоса определить выходные элементы рабочего колеса. Устройство, состоящее из насоса, двигателя, соединительной муфты (или вариатора частоты вращения) и измерительных приборов, называется насосным агрегатом или насосной установкой (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Устройство насосного агрегата: 1 – приемный резервуар; 2 – подводящий трубопровод; 3 – насос; 4 – электродвигатель; 5 – запорно-регулирующая задвижка; 6 – напорный трубопровод; 7 – сужающее устройство; 8 – напорный резервуар

На практике, особенно в энергетике, встречается большое число различных схем насосных установок с разными типами насосов. Однако гидравлическая часть насосной установки, включающая насосы, подводящий и напорный трубопроводы с арматурой и приборами, как правило, выполняется по одинаковой схеме. Жидкая среда из приемного резервуара 1 по подводящему трубопроводу 2 подводится в насос 3, который посредством муфты соединен с приводным электродвигателем 4. Получив приращение энергии в насосе, жидкость по напорному трубопроводу 6 подается в напорный резервуар 8. На напорном трубопроводе установлены запорно-регулирующая задвижка 5 и сужающее устройство 7. Для защиты насоса от обратного тока жидкости при случайном отклю47

чении двигателя на напорном трубопроводе может быть установлен обратный клапан. Наиболее распространенным типом центробежных насосов являются одноступенчатые насосы с горизонтальным расположением вала и рабочим колесом одностороннего входа. Одноступенчатые насосные консольного типа (К) с приводом от электродвигателя через соединительную муфту предназначены для подачи чистой воды и других малоагрессивных жидкостей. 2.4. Характеристика центробежного насоса Геометрические размеры насоса (диаметр рабочего колеса D2 , профили и число лопаток, форма подвода и т.д.) определяются для заданных величин расхода, напора и чисел оборотов привода так, чтобы гидравлические потери на этом режиме были минимальными. Эти величины называются расчетным или рабочим режимом. При эксплуатации насос может работать на режимах, отличных от рабочего. Если за насосом полностью закрыть вентиль, то насос будет создавать максимальный напор, когда расход равен нулю. Данный режим называется работой насоса на «закрытую задвижку» или режимом максимального сопротивления. Если постепенно открывать вентиль, тогда сопротивление движению жидкости постепенно уменьшается, и расход будет увеличиваться, а напор, который тратится на обеспечение этого расхода будет уменьшаться. Таким образом, получается кривая характеристики насоса H = f (Q ) для постоянных чисел оборотов вала насоса (рис. 2.13). Для эксплуатации насоса необходимо знать, как изменяется мощность P2 потребляемая насосом, при изменении его расхода. Под полной рабочей характеристикой понимается зависимость напора, мощности, NPSH (кавитационный запас) от подачи насоса при постоянном числе оборотов. Полная рабочая характеристика насосов приводится по результатам испытаний насосов. Полная характеристика насоса показывает зависимость перехода подводимой к насосу энергии P2 (или подводимой к электродвигателю энергии P1 ) в энергию жидкости. На рис. 2.13 показана рабочая характеристика центробежного насоса, которая включает зависимости H = f (Q ) , NPSH = f (Q ) , P2 = f (Q ) . С увеличением 48

расхода напор падает, а затраченная или потребляемая насосом мощность P2 и кавитационный запас NPSH увеличиваются. Так как насос может приводиться от электродвигателя разной мощности, на кривых напора иногда указываются пределы изменения расхода для двигателей разной мощности в данном случае для двигателей мощностью 5,5 и 7 кВт.

Рис. 2.13. Рабочие характеристики центробежного насоса

КПД зависимость может быть рассчитана по этим характеристикам и формуле (2.7). На ней можно выделить: • область максимальных значений КПД; • область максимальной мощности для двигателя малой мощности P2 (1) и двигателя большой мощности P2 (2); • область малых значений расхода, где длительная работа насоса нежелательна, так как это может вызвать локальное увеличение температуры, которое может привести к выходу из строя торцевые уплотнения; • рабочие области для двигателя малой (1) и большой (2) мощности. 49

Область max КПД

Рабочая область (1)

Рабочая область (2)

Рис. 2.14. КПД насоса

Конечно, желательно, чтобы насос работал в области максимального КПД. Однако, как правило, эта область перекрывает область максимальной мощности, в которой может работать электродвигатель. Длительная работа в этой области может приводить к перегреву двигателя и его выходу из строя. Поэтому работа в этой области не рекомендуется производителем. Таким образом, «рабочая область», где может работать насос, сужается и смещается влево от области максимального КПД. Обобщение КПД характеристик насосов сухого ротора показывает, что приблизительно рабочая область может быть выбрана в пределах 0,4–0,65 от максимальной для двигателя большей мощности. 2.5. Характеристика насоса при изменении вязкости жидкости В некоторых каталогах насосов характеристики насосов приводятся для жидкости с кинематической вязкостью ν = 1 мм 2 /с (вязкость воды при температуре 200 °С). Если насос перекачивает жидкость вязкостью отличной от этой, то напорные, мощностные характеристики насоса изменяются. Как правило (хотя всегда есть исключение из правил), увеличение вязкости жидкости приводит к одновременному, но не пропорциональному увеличению напора и потребляемой мощности насоса (пунктирные линии на рисунке). Как показывает опыт, увеличение вязкости в десять раз (например, смесь 50 % воды и 50 % гликоля при температуре 0 °С), напор и потребляемая при этом мощность P2 увеличиваются незначительно (не более чем на 5 %). Однако это может привести к значительному уменьшению рабочей области насоса. 50

Рис. 2.15. Изменение характеристики насоса при изменении вязкости

Мощностная характеристика насоса при больших расходах – пологая, т.е. малое изменение мощности приводит к значительному изменению расхода. Действительно, если мощность двигателя равна P2max (2) = 7,5 кВт, то максимальный расход жидкости с вязкостью 1 мм2/c, который может перекачивать насос, равен Q2max = 68 м3/с. Для более вязкой жидкости ν > 1 мм2/c, максимальный расход, который может перекачивать насос, будет не более Q2max = 52 м3/с. Таким образом, переход насоса на работу на более вязкую жидкость приводит к уменьшению максимальной производительности насоса и требуемому увеличению мощности электродвигателя, т.е. выбору более мощного насоса, чтобы увеличить его максимальную производительность. 51

2.6. Влияние геометрических и режимных параметров на характеристику насоса Основным геометрическим параметром, который влияет на напор и расход, является диаметр рабочего колеса. Если не изменять прочих геометрических параметров насоса (углов установки лопаток, их число и др.), а увеличивать диаметр рабочего колеса насоса, то напор насоса будет увеличиваться в квадратичной зависимости или H II = H I ( D2II D2I ) , 2

а расход пропорционально зависимости в третьей степени или Q II = Q I ( D2II D2I ) . 3

Однако следует помнить, что потребляемая мощность увеличивается в пятой степени или P2 = P1 ( D2 D1 ) ( n2 n1 ) (ρ2 ρ1 )( η2 η1 ) . Если изменять частоту вращения насоса, то пропорционально будут изменяться напор, производительность и потребляемая мощность насоса в соответствии со следующими выражениями: 5

3

H 2 = H1 ( n2 n1 ) , Q2 = Q1 ( n2 n1 ) , P2 = P1 ( n2 n1 ) , 2

3

Рис. 2.16. Рабочие характеристики насосов для разных диаметров рабочих колес 52

где n2 и n1 − различные числа оборотов. Таким образом, увеличивая число оборотов, например в два раза, можно увеличить расход в два раза, при этом напор увеличится почти в четыре раза (рис. 2.16). Данное соотношение широко используется для регулировки насоса на различные режимы работы насоса, подбирая значения напора и расхода оптимально приспосаб-

ливая его работу к потребностям системы. В этом случае на его характеристике указываются кривые зависимости напора, мощности для различных чисел оборотов (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Кривые зависимости напора, мощности для различных чисел оборотов

Качество регулирования зависит от характеристик электродвигателя и регулятора чисел оборотов. Как правило, электродвигатель с дискретным переключением чисел оборотов изготавливается с различным числом обмоток, соответствующим разным числам оборотов. При этом переключение на разные числа оборотов может производиться в ручную или автоматически от дополнительной управляющей аппаратуры, настроенной, например, на определенное время суток, или на температуру воды, или разность давление или на другие входные параметры регулировки. Для бесступенчатой регулировки чисел оборотов применяется электронный преобразователь частоты тока. В этом случае изменяется частота тока, который подается на обмотки двигателя. 53

Глава 3. РАБОТА НАСОСА В СЕТИ 3.1. Характеристика гидравлической сети

Гидравлической сетью, или системой, называется трубопровод, регулирующая и запорная арматура, регистрирующая аппаратура, соединяющие источники и потребители рабочей жидкости. Для нагнетания жидкости из источника к потребителю в ее состав включают насос. Назначение любого насоса – обеспечить подачу определенного количества жидкости из ее источника (резервуара, городской системы водоснабжения, водоема и т.п.) под определенным напором. На рис. 3.1 показаны варианты включения насоса в различные гидравлические сети. На рис. 3.1,а насос производит забор воды из водоема и подает ее в напорный резервуар 14 для дальнейшего распределения потребителям. На рис. 3.1,б показано несколько возможных схем подключения насоса. Насос может забирать воду из системы водоснабжения 10 или подающего резервуара 9 и нагнетать ее в распределительную систему 12 или в напорный в котором может быть ниже или выше всасывающего патрубка насоса. Из насоса жидкость нагнетается по напорному трубопроводу. На всасывающем и напорном трубопроводах устанавливаются запорные устройства 2, с помощью которых перекрывают трубопроводы при остановке, ремонте и демонтаже насоса без слива жидкости из всей установки. На напорном трубопроводе устанавливают регулирующее устройство (кран или вентиль), при помощи которого может изменяться подача насоса. За напорным патрубком насоса устанавливают обратный клапан 4, автоматически перекрывающий напорный трубопровод при остановке насоса и препятствующий обратному току жидкости из напорного трубопровода. Если насос подключается к сети водоснабжения 10, то и на всасывающем участке трубопровода устанавливается обратный клапан 4 или клапан разделения систем, для исключения попадания воды из насоса в систему водоснабжения. В начале всасывающего трубопровода часто устанавливаются сетка или фильтр (1 на рис. 3.1,а и 8 на рис. 3.1,б), предохраняющий насос от попадания загрязнений, а также концевой или пятовой клапан 13 (см. рис. 3.1,а), который позволяет залить насос и всасывающий трубопровод перед пуском. 54

а

б Рис. 3.1. Схемы включения насосов 55

Работа насоса может контролироваться: либо по манометру, измеряющему давление на выходе насоса, и мановакууметру 11 (рис. 3.1,а), определяющему давление на входе в насос, либо по дифференциальному манометру 12, измеряющему перепад давления на насосе, и мановакууметру 11. По давлениям на выходе и входе можно определить напор насоса. Однако точность определения напора в этом случае будет менее точной по сравнению с измерением напора по дифференциальному манометру. Высота между уровнями жидкости в напорном и подающем резервуарах называется геометрическим напором системы (НГ), а расстояние между уровнем жидкости в подающем резервуаре и входным патрубком насоса − высотой всасывания ( H вс ) . Как видно из рисунков, их значения могут значительно отличаться друг от друга для разных сетей. Потребный напор – основная характеристика гидравлической сети (системы). Любая гидравлическая система оказывает сопротивление движению жидкости. Причинами сопротивления могут быть трение жидкости о стенки трубопроводов, трение слоев жидкости между собой, местные потери в арматуре, устанавливаемой в трубопроводе. Для того чтобы переместить жидкость по трубопроводам от источника жидкости к потребителю, необходимо в общем случае затрать энергию на подъем жидкости на высоту НГ (см. рис. 3.1) на преодоление разности давлений P3 − P1 в резервуарах и на преодоление суммарного сопротивления всасывающего порного трубопроводов

∑ hпот.напор .

∑ hпот.всас

и на-

Таким образом, энергия, необходимая для перемещения жидкости из подающего резервуара в напорный по трубопроводам сети или потребный напор сети ⎛P −P ⎞ H потр = Н г + ⎜ 3 1 ⎟ + ∑ hпот.всас + ∑ hпот.напор . (3.1) ⎝ ρg ⎠ Для каждой сети значения слагаемых этих уравнений будут различными. Резервуар (см. рис. 3.1,а), из которого забирается вода, и резервуар, куда подается вода, – открытые, и поэтому давления над их 56

поверхностями равны атмосферному давлению, т.е. P3 − P1 = Pатм . Тогда, уравнение (3.1) запишется так: H потр = Н г + ∑ hпот.всас + ∑ hпот.напор где

∑ hпот.всас

и

∑ hпот.напор

– потери напора во всасывающем и

напорном трубопроводе. Вариант подключения (А), т.е. жидкость забирается насосом из подающего открытого резервуара 9 и подается в открытый резервуар 14. Тогда потребный напор H потр ( A) = Н г ( A) + ∑ hпот.всас ( A) + ∑ hпот.напор ( A) .

Вариант подключения (В), т.е. жидкость подается из городской сети 10 с давлением P1 в открытый резервуар 14. Тогда H потр ( B ) = Н г ( B ) + ( Pатм − Р1 ) ρg + ∑ hпот.всас ( B ) + ∑ hпот.напор ( B ),

где

∑ hпот.всас ( B )

– сумма потерь напора от места измерения дав-

ления P1 до всасывающего патрубка насоса. Вариант подключения (С), т.е. жидкость подается из городской сети 10 с давлением P1 в раздаточный трубопровод 12 с давлением P3 . Тогда

H потр (C ) = Н г (C ) + ( P3 − Р1 ) ρg + ∑ hпот.всас ( C ) + ∑ hпот.напор ( C ) ,

где Нг(С) – геометрическая высота между точками, где производится замер давлений P1 и P3 ; ∑ hпот.всас (C ) и ∑ hпот.напор (C ) – потери напора на участках от места замера давления P1 до всасывающего патрубка и от напорного патрубка до места замера давления P3 . Вариант подключения (D), т.е. жидкость подается из открытого резервуара 9 в раздаточный трубопровод 12 с давлением P3 . Тогда H потр ( D) = Н г ( D) + ( P3 − Ратм ) ρg + ∑ hпот.всас ( D) + ∑ hпот.напор ( D) ,

где Нг(D) – геометрическая высота между уровнем воды в резервуаре и точкой, в которой производится замер давления P3 ;

∑ hпот.всас ( D )

и

∑ hпот.напор ( D)

– потери напора на участках от

57

резервуара до всасывающего патрубка и от напорного патрубка до места замера давления P3 . Характеристикой сети или системы называется зависимость потребного напора сети от подачи или расхода жидкости, проходящей через нее, т.е. H потр = f (Q) . Эта зависимость может быть представлена в виде зависимости потребного напора H потр , который требуется, чтобы протолкнуть через гидравлическую сеть определенное количество жидкости (рис. 3.2). При изменении сопротивления в сети, например, закрывая вентиль (увеличивая сопротивление), наклон кривой увеличивается (т.е. для подачи такого же количества жидкости требуется больший потребный напор H потр (2) ), а открывая (уменьшая сопротивление) – наклон кривой становится более пологим H потр (1) .

Рис. 3.2. Зависимость потребного напора через сеть от расхода

Если вентиль закрыт полностью, то зависимость H потр (3) идет вертикально, т.е. сопротивление сети максимально и расхода через нее нет. В дальнейшем будет показано, что зависимость потребного напора от расхода имеет квадратичную зависимость, т.е. имеет форму параболы. Геометрический напор НГ и давление ( P3 − P1 ) от расхода не зависят.

Сопротивление на трение и местные сопротивления Потери в трубопроводах складываются из потерь на трение hпот.тр и потерь на местные сопротивления hпот.м . В длинных трубопроводах потери на трение во много раз превосходят потери на местные сопротивления. Примерами длинных трубопроводов яв58

ляются магистральные водопроводы, в которых местные потери напора составляют менее 2–3 % потерь на трение. В коротких трубопроводах (например, всасывающие трубы насосных установок) местные потери напора соизмеримы с потерями на трение. Потери на трение можно определить по формуле l c2 hпот.тр = λ . (3.2) d 2g Как видно, потери на трение зависят от коэффициента сопротивления λ, длины l, диаметра трубопроводов d (чем длиннее трубопровод и меньше его диаметр, тем больше потери) и скорости с или расхода жидкости Q проходящей через систему. Коэффициент сопротивления λ зависит от режима течения (в системах водоснабжения, как правило, реализуется турбулентный режим течения с числом Рейнольдса Re > 105, где ν – кинематическая вязкость, для воды ν = 10–6 м2/c) и шероховатости поверхности трубопроводов. Для расчета коэффициента λ для труб из разных материалов можно воспользоваться формулой А.Д. Альтшуля 0,25

68 ⎞ ⎛k λ = 0,11⎜ Э + , (3.2) ⎟ ⎝ d Re ⎠ где качество поверхности труб определяется значениями абсолютной шероховатости kЭ (табл. 3.1). Таблица 3.1 Абсолютная шероховатость труб Трубы

Состояние труб

k, мм

Из цветных металлов Бесшовные стальные и нержавеющие

Новые, технически гладкие Новые и чистые После нескольких лет эксплуатации Новые и чистые С незначительной коррозией После нескольких лет эксплуатации

0,001 0,015

λ 0.007 0,014

0,2 0,06 0,15

0,25 0,02 0,024

1 0,02 0,09

0,038 0,015 0,022

Стальные сварные

Резиновые шланги Асбестоцементные

Новые

59

Так ка скорость жидкости связана с расходом соотношением c = Q F = 4Q ( πd 2 ) , тогда 1 1 ⎛ l c2 ⎞ hпот.тр = λ ⎜ = 8λ 5 2 lQ 2 = 0,0827λ 5 lQ 2 = k1Q 2 . (3.3) ⎟ gd π d ⎝ d 2g ⎠

1 l – коэффициент трения для данной системы труd5 бопроводов. Местные сопротивления вызываются частями трубопроводов, арматурой и другим оборудованием гидравлических сетей, которые изменяют величину или направление скорости движения жидкости на отдельных участках трубопровода. Потери напора, возникающие при преодолении местного сопротивления, определяют по формуле k1 = 0,0827λ

c2 Q2 = ∑ ξ мi 8 4 2 = gd π 2g 1 = 0,0827ξмi 4 Q 2 = k2Q 2 , d

hпот.мест = ∑ ξмi

(3.4)

где ξмi – коэффициент потерь i-го местного сопротивления. Они находятся опытным путем. Таблицы значений этих коэффициентов приводятся в различных справочниках и руководствах; k2 – эквивалентный коэффициент местных сопротивлений для данной сети. Как видим, потери на местные сопротивления зависят от диаметра трубопровода, расхода и характера местного сопротивления. Условно их можно разделить на потери: связанные с изменением живого сечения потока (истечение жидкости из резервуара в трубопровод, сужение, расширение потока и т.д.), вызванные изменением направления потока (движение жидкости в коленах, отводах, разветвлениях и т.д.), связанные с протеканием жидкости через арматуру различного типа (вентили, краны, обратные клапаны, сетки, фильтры и т.д.), возникающие вследствие разделения или слияния потоков (разветвления, тройники, отверстия в боковых стенках трубопроводов и т.д.). 60

На рис. 3.3 показано изменение давления по длине горизонтального трубопровода. На выходе из резервуара давление Pвых в трубопроводе равно сумме Ратм + ρghp , где hp – уровень воды в резервуаре относительно всасывающего трубопровода. Это давление изза потерь на трение жидкости и местных сопротивлений уменьшается по длине на величину ∑ hпот.всас . Насос повышает это давление на величину его напора ρgH H . Из-за местных потерь и потерь на трение в напорном трубопроводе давление будет падать на величину ∑ hпот.напор .

Рис. 3.3. Изменение давления по длине трубопроводов

Помнить: в открытом потоке давление всегда будет равно атмосферному Ратм . В соответствии с уравнениями (3.3) и (3.4) формулу для потребного напора можно переписать: H потр = H г + ( Р3 − Р1 ) ρg + k1Q 2 + k2Q 2 = H ст + H дин , (3.5) где H ст = H г + ( Р3 − Р1 ) ρg – статическая составляющая потребного напора, которая не зависит от расхода жидкости (производительности насоса); H дин = k1Q 2 + k2Q 2 – динамическая составляющая потребного напора, которая зависит от расхода жидкости в квадрате.

61

3.2. Работа насоса на сеть Рассмотрим, как характеристика сети влияет на работу насоса. Для этого проанализируем примеры включения насоса в различные гидравлические сети. На рис. 3.4 и 3.5 показана система водоснабжения. Уровни воды в резервуарах на схеме показаны в масштабе оси напоров. Уровень в приемном резервуаре совмещен с осью абсцисс графика. Так как статический напор H ст = H г + ( Р3 − Р1 ) ρg не зависит от подачи насоса, то характеристика сети представляет собой суммарную характеристику всасывающего и напорного трубопроводов H дин = kQ 2 , смещенную вдоль оси напоров на величину H ст . Насос, установленный в сети, работает в таком режиме, при котором потребный напор равен напору насоса, т.е. энергия, потребляемая при движении жидкости по трубопроводам сети, равна энергии, сообщаемой жидкости насосом. Для определения режима работы насоса Рис. 3.4. Включение насоса в систему следует на одном и водоснабжения том же графике в одинаковых масштабах нанести характеристику насоса и сети (см. рис. 3.4). Пересечение характеристики насоса и сети определяет рабочую точку сети (РТ) с координатами QРТ и H РТ . В этой точке соблюдается равновесие между мощностью насоса и мощностью, которая требуется на преодоление сопротивления в сети или системе, трубопроводах. В этой точке напор насоса равен потребному 62

напору системы (т.е. напору на преодоление потерь в трубопроводах). Изменение параметров этой точки (напора и расхода) возможно только при изменении или характеристики насоса (например, числа оборотов ротора) или характеристики сети (например, изменяя положение запорной арматуры).

На рис. 3.5 показан случай, когда напорный и подающий уровни совпадают. Это характерно для замкнутой системы трубопроводов. В этом случае: геометрический напор сети Нг равен 0, P3 = P1 , а характеристика сети представляет собой кривую H потр = kQ 2 .

Рис. 3.5. Включение насоса в систему теплоснабжения

В этом случае весь напор насоса затрачивается на преодоление сопротивления в системе. На рис. 3.6 показана Рис. 3.6. Включение насоса в дренажную систему схема, когда напорный резервуар находится ниже подающего (например, сброс воды из резервуара в канализацию). Геометрический напор при этом отрицателен, и поэтому его следует откладывать вниз от оси абсцисс графика. На рис. 3.6 приведен пример, когда давление P3 = P1 . Точка пересечения характеристики сети с осью абсцисс дает величину расхода QH =0 в трубопроводе при неработающем насосе за счет геометрического напора сети. Включение насоса увеличило расход в системе на величину QРТ − QH =0 . 63

3.3. Влияние характеристики сети на работу насоса Определим влияние уровня воды в подающем и напорном резервуарах на работу насоса (рис. 3.7). Пусть в начальный момент времени расход через сеть равен Qнач. Уменьшение высоты воды в подающем резервуаре (или увеличение уровня воды в напорном резервуаре) на величину ∆h приводит к увеличению гидравлической высоты НГ на эту величину, а так как количество агрегатов и длина трубопроводов Рис. 3.7. Влияние уровня воды остались теми же (т.е. в резервуаре на работу насоса динамическая составляющая в формуле (3.5) осталась постоянной), то характеристика сети эквидистантно поднимется на величину ∆h (пунктирная линия). Так как характеристика насоса неизменна (насос один и тот же, а частота вращения его ротора постоянна), то его производительность уменьшится и станет равным Q∆h. Дальнейшее уменьшение уровня воды в подающем резервуаре будет приводить к уменьшению производительности через данную сеть. Нетрудно показать, что увеличение уровня в напорном резервуаре также приводит к уменьшению производительности и изменению режима работы насоса. Оценим влияние изменения давления в системе водоснабжения на работу насоса (рис. 3.8 и 3.9). Пусть в какой-то момент давление в городской системе равно ′ P1 и больше атмосферного, т.е. разница P3′ − P1′ отрицательная, поэтому на рис. 3.8 от Нг вычитается ( P3 − P1′ ). Тогда насос работа′ . Если давление в гоет в рабочей точке с параметрами Q′ и H H 64

родской сети уменьшилось и стало P1′′ , то разница давлений ( P3 − P1′′ ) в формуле (3.5) стала больше и характеристика сети эквидистантно поднимется (пунктирная линия) и, как результат, производительность насоса уменьшится. Нетрудно показать, что увеличение давления в сети увеличит производительность. Влияние динамической составляющей поРис. 3.8. Влияние количества требного напора сети на потребителей на работу насоса работу насоса представлено на рис. 3.9. Изменение динамической составляющей потребного напора может быть вызвано изменением длины и диаметров трубопроводов, шероховатости их внутренней поверхности, количества Рис. 3.9. Влияние количества потребителей на работу насоса местных сопротивлений (кранов, фильтров, др.), а также изменением их характеристик (например, закрывается кран, загрязняется фильтр и т.п.). Пусть в начальный момент открыты два крана и из них течет вода в объеме Q1 + Q2 (см. рис. 3.9) и характеристика сети

Hпотр (1+2). Если закроим один из кранов, т.е. увеличим сопротивление, то кривая потребного напора сети пойдет круче Hпотр (1) (пунктирная линия) и производительность насоса уменьшится. Рассмотрим пример, как количество потребителей тепла влияет на работу насоса, работающего в замкнутом контуре (рис. 3.10).

65

Рис. 3.10. Влияние количества потребителей на работу насоса

Пусть отрыт один вентиль 1, два других − полностью закрыты. Тогда сеть имеет характеристику Нпотр(1) и насос обеспечивает подачу Q(1). Если открывается еще один вентиль, например 2, то сопротивление сети будет уменьшаться, кривая потребного напора пойдет положе Нпотр(1)+(2). Если открыть еще один кран, кривая потребного напора пойдет еще положе Нпотр(1)+(2)+(3) и расход, нагнетаемый насосом, увеличится до Q(1)+(2)+(3). Приведенные выше примеры позволяют достаточно просто проанализировать влияние параметров, характеризующих сеть, на работу насоса, его расход и напор. 3.4. Сложение характеристик элементов сети Реальные сети состоят из большого количества отдельных элементов (участков трубопроводов, вентилей, клапанов и др.). Для того чтобы упростить сложную расчетную схему сети, ее можно преобразовать к одному условному эквиваленту, используя правила сложения характеристик элементов. Сложение характеристик может быть выполнено аналитически или графически. Аналитическое решение получается простым только в ситуациях, когда в сети отсутствуют гидростатические напоры (т.е. все элементы сети находятся на одном уровне). Графическое сложение универсально и наглядно, хотя иногда и достаточно трудоемко, так как приходится строить кривые линии по точкам. Рассмотрим принципы выполнения сложения характеристик элементов сети трубопроводов. Участки сети могут быть включены последовательно или параллельно. Последовательное соединение – 66

это такое соединение, при котором два элемента имеют одну общую точку, причем конец первого элемента соединен с началом второго, а расход из одного элемента полностью поступает во второй. Тогда величина потерь напора равна сумме напоров на каждом элементе: QМ = QN = QL = Q,

∑ H потрМ − L =

= H потрМ − N + H потрN − L

В случае параллельного соединения два элемента имеют две общие точки, при этом начало первого элемента соединено с началом второго, конец первого элемента соединен с концом второго. Потери напора на каждом элементе одинаковы и равны. Общий расход через два элемента равен алгебраической сумме расходов, проходящих через каждый элемент: QМ = QM −1− N + QM −2− N = QN = Q, H потрМ −1− N + H потрM − 2− N .

Таким образом, сеть любой сложности (для примера см. рис. 3.11) может быть преобразована в простую сеть с одним элементом. Параллельное трехэлементное соединение (1, 2 и 3) может быть заменено одним элементом M–N. Три последовательных соединений A–M, M–N, N–B можно заменить по вышеизложенным правилам одним А–В элементом с эквивалентным потребным напором.

Рис. 3.11. Преобразование многоэлементной сети к эквивалентной одноэлементной сети 67

Графическая иллюстрация сложения характеристик при параллельном соединении приведена на рис. 3.12. Пусть каждый элемент на участке M–N имеет свою характеристику: Нпотр M–1–N, Нпотр M–2–N, Нпотр M–3–N. Построение суммарной характеристики при параллельном сложении элементов выполняется следующим образом: при значении напора Нi нужно сложить по оси абсцисс отрезки Q1, Q2 и Q3, выражающие расходы в элементах 1, 2 и 3. Найденная таким образом точка с координатами Q1+2+3, Нi принадлежит суммарной характеристике 1+2+3. Построив несколько точек при произвольных значениях напора, их соединяют и получают линию суммарной характеристики Нпотр M – N.

Суммарная характеристика уже не является параболой!

Рис. 3.12. Параллельное соединение элементов сети

Рис. 3.13. Последовательное соединение элементов сети

Для построения суммарной характеристики при последовательном соединении на участке А–В (см. рис. 3.11) нужно при неком значении расхода Qi сложить в вертикальном направлении (рис. 3.13) отрезки Нпотр A–M, Нпотр M–N и Нпотр N–B, выражающие потери напора в элементах A–M, M–N и N–B. Найденная таким образом точка с координатами Qi, Нпотр A–B принадлежит суммарной характеристике A–B. Построив несколько точек при произвольных значениях расхода, их соединяют и получают линию суммарной характеристики Нпотр A–B.

Отметим, что суммарная характеристика по-прежнему является параболой! 68

3.5. Выбор рабочей точки насоса и построение характеристики сети Параметры рабочей точки – величина напора, расхода − определяются по результатам анализа в следующей последовательности, при которой определяются 1) величина расхода для каждого элемента сети; 2) потребный напор для каждого элемента сети. Например, на рис. 3.14 представлен анализ по определению потребного напора для одного из элементов потребительской сети, находящегося на шестом этаже. В соответствии с формулой (3.1) ⎛P −P ⎞ H потр = Н г + ⎜ 3 1 ⎟ + ⎝ ρg ⎠ +∑ hпот.всас + ∑ hпот.напор ,

где для нашего примера НГ равна максимальной геометрической высоте самой высокой точки раздачи на 6-й этаж: ( P3 − P1 ) ( Pатм − P1 ) ; = ρg ρg

∑ hпот.всас = 0 ,

Рис. 3.14. К выбору рабочей точки

так как всасывающий уча- насоса для системы водоснабжения сток короткий, ∑ hпот.напор = ∑ hпот.напор M + потребителя + ∑ hпот.напор ТР + ∑ hпот.напор

равен сумме: • потерь на трение трубопроводе

∑ hпот.напор ТР

∑ hпот.напор M

и в элементах на напорном

от патрубка насоса до потребителя; 69

• потерь в трубопроводах самого потребителя

потребителя , ∑ hпот.напор

которые могут состоять из потерь в фильтрах, дозаторах, счетчике воды (расходомере); • гарантированного перепада давления на кране (min 0,5 атм), при котором обеспечивается нормальное истечение воды из крана. 3. Определяется величина суммарного расхода данной сети как: • для системы отопления по тепловой потребности здания или другого потребителя тепла; • для систем водоснабжения по суммарному максимальному расходу при открытии всех точек водозабора. 4. По потребному напору каждого элемента сети определяется потребный напор всей сети с использованием правил сложения раздела 3.4. 5. Потребный напор сети и потребный расход потребителей являются параметрами для выбора насоса. Этот выбор выполняется из условия его работы в данной рабочей точке с максимальным КПД. 3.6. Регулирование режима работы насоса

Данной характеристике насоса и сети соответствует только одна рабочая точка, на которую выбран насос. Однако величина требуемой подачи может меняться, например, из-за изменения температур, когда требуется разное количество теплоносителя для системы. Для того чтобы изменить положение рабочей точки, необходимо изменить или характеристику насоса или характеристику сети, что называется регулированием. Изменение характеристики насоса может осуществляться изменением чисел оборотов насоса, а изменение характеристики сети – при помощи регулирующего устройства. Пусть необходимо уменьшить подачу жидкости потребителем на примере замкнутой системы. Аналогичные рассуждения будут верны для любой другой гидравлической системы. Предположим, что точка 1 (рис. 3.15 и 3.16) является рабочей точкой, в которой насос работает в первоначальный момент времени. 70

3.6.1. Регулирование изменением характеристики сети

Для того чтобы насос работал в точке с меньшим расходом Q(2), необходимо увеличить сопротивление сети. Это осуществляется прикрытием регулирующего вентиля, установленного на напорном трубопроводе. Как результат, характеристика сети пойдет круче (пунктирная линия) и пересечет характеристику насоса в точке 2. Потребная мощность насоса Р1 уменьшится со значения Р1(1) = 880 Вт до значения Р1(2) = 800 Вт.

Рис. 3.15. Регулирование изменением характеристики сети

3.6.2. Регулирование изменением характеристики насоса за счет изменения чисел оборотов мотора

При изменении чисел оборотов меняется характеристика насоса. Так, при увеличении или уменьшении числа оборотов напор насоса увеличивается или уменьшается пропорционально квадрату чисел оборотов n2, а его расход − пропорционально числу оборотов в первой степени. Если насос работал в точке 1 (рис. 3.16) при максимальных n = 2700 об/мин и имел напор 6,5 м, а расход 23 м3/ч, то при уменьшении чисел оборотов до минимальных значений n = 2000 об/мин (т.е. в 1,35 раза), напор уменьшится в 1,82 раза и станет равным 3,6 м, а расход будет равен 17 м3/ч. При этом напорная характеристика насоса смещается вниз. 71

Рис. 3.16. Регулирование изменением характеристики насоса

Потребляемая мощность со значения Р1(1) = 880 Вт уменьшится до значения Р1(2) = 500 Вт. Регулирование этим методом экономически более оправдано, чем ранее рассмотренный метод регулирования. При регулировании характеристикой сети мощность насоса тратится на преодоление сопротивления в прикрытом вентиле и, тем самым, вызывает дополнительные потери энергии, снижающие полный КПД установки. Однако метод регулирования вентилем очень прост и поэтому находит широкое применение.

3.6.3. Бесступенчатое регулирование

При таком регулировании могут быть использованы электронные насосы, у которых режимы работы (напор, расход, мощность) приводятся в соответствие с потребным рабочим состоянием сети. Благодаря этому мощность насоса, а значит, и потребляемая энергия постоянно минимизируется, что позволяет сэкономить до 80 % энергии по сравнению с ранее рассмотренными методами регулирования. Насос может иметь несколько способов регулирования. 1 Способ – Н = const Н = const – электроника поддерживает напор создаваемый насосом постоянным в заданном диапазоне регулирования расхода (рис. 3.17). Пусть первоначально насос работает в точке 1. При изменении характеристики сети (например, потребитель закрыл один из кранов), по инерции насос в течение некоторого времени 72

не изменяет своей характеристики и его рабочая точка переходит в точку а, но, так как задано постоянное значение напора 6 м, электроника уменьшает числа оборотов насоса по характеристике сети до точки b. А поскольку конечной целью потребителя является расход со значением Q(2), то электроника будет вести управление насосом по цепочке с–d–e–2. Отклонение от линии заданного значения H = = const зависит от инерционности электроники, которая управляет насосом. 1 Способ – Н = variable Н = variable – электроника линейно изменяет перепад давления (напор), который должен поддерживаться насосом между Hs и ½ Hs, т.е. отслеживать движение из точки 1 в точку 2. На рис. 3.18 показано, что изменение характеристик насоса будет происходит по цепочке 1–a–b–c– d–2. Сравнивая мощносные характеристики насосов, работающих по закону H = const и H = variable, можно заметить, что насос, работающий по второму закону, затрачивает меньшую мощность, т.е. регулирование насоса по закону H = variable более экономично, чем по закону H = const. 73

Рис. 3.17. Регулирование насоса по закону H = const

Рис. 3.18. Регулирование по закону H = variable

3.7. Последовательная и параллельная работа насосов на сеть 3.7.1. Параллельное подключение насосов

Насосы, работающие параллельно, широко применяются в практике, когда требуется обеспечить широкий диапазон регулирования подачи, например, в течении отопительного сезона. Часто для этих целей используют конструкцию в виде сдвоенных насосов (рис. 3.19). Так как насосы забирают воду с одного уровня и имеют одинаковое давление в точке соединения их напорных патрубков, то напор создаваемый обоими насосами одинаков.

Основной или резервный насос Основной + резервный насос Рис. 3.19. Режимы работы сдвоенных насосов

Правило определения общей характеристики параллельно работающих насосов: для получения общей характеристики двух насосов следует сложить расходы каждого из двух насосов, взятых при одном и том же напоре. Пусть насосы I и II имеют характеристики HI и НII (сплошные линии на рис. 3.20). Тогда при произвольном значении напора следует сложить их расходы и тем самым получить суммарную характеристику HI + II. Пересечение суммарной характеристики насосов HI + II с характеристикой сети Hпотр дает рабочую точку А работы двух параллельных насосов. Проведя через точку А горизонтальную линию, получаем на пересечении с кривыми насосов I и II значения расходов QI и QII, с которыми работает каждый из двух насосов. 74

Рис. 3.20. Сложение характеристик параллельно работающих насосов

Внимание! При работе двух разных параллельно включенных насосов существует значение производительности Qкр, при которой малый насос не будет нагнетать жидкость, т.е. QI = 0, а QII = Qкр. При дальнейшем закрытии вентиля, (т.е. Hпотр будет идти левее точки «КР») большой насос будет нагнетать часть жидкости (если нет обратного клапана) через малый насос (– QI), чего категорически допустить нельзя. Чем больше разница между двумя насосами, тем больше значение Qкр и меньше область их совместной работы. Чтобы избежать этого, целесообразно использовать одинаковые насосы. На рис. 3.21 показано сложение характеристик двух одинаковых параллельных насосов. При работе в сети расход Рис. 3.21. Сложение характеристик двух параллельно работаюдвух одинаковых параллельно щих насосов не равен сумме работающих насосов расходов каждого из насосов. В качестве подтверждения этого рассмотрим работу насоса TOP-SD 50/7 (рис. 3.22). Пусть в какой-то момент времени работает один из насосов на максимальных числах оборотов, обеспечивая производительность Q1 насос = 20 м3/ч в точке А. Если включить 75

второй насос, то суммарная производительность Q1 + 1 насос увеличится до 23 м3/ч, т.е. на 3 м3/ч.

Рис. 3.22. Характеристика сдвоенного насоса

Рассмотрим несколько примеров практического применения параллельного включения насосов. Пример 1. Сдвоенные насосы. Для того чтобы повысить надежность отопительной системы, что особенно важно для зимнего периода, Wilo предлагает сдвоенные насосы (см. рис. 3.19), когда в одном корпусе размещены два насоса каждый со своим приводом, работающих на один трубопровод. В этом случае не требуется дополнительной арматуры и приборов регулирования. На рис. 3.22 показана индивидуальная характеристика каждого насоса, а также совместная характеристика двух насосов в разных режимах. В программе управления предусмотрено, что при выходе из строя одного насоса, автоматически включается второй. Рассмотрим возможные режимы эксплуатации такого насоса (см. рис. 3.19): • основной или резервный насос; • основной + резервный насос для компенсации пиковой нагрузки. 76

В режиме «Основной или резервный насос» работает один насос, а второй − стоит. Это обязательное условие эксплуатации насосов для особенно ответственных объектов, чтобы не допустить перебоев в снабжении потребителей даже на короткое время. Обратный поток жидкости через неработающий насос исключается переключающимся клапаном, который размещен в корпусе этого насоса. Режим «Основной + резервный насос» обеспечивает покрытие пиковой нагрузки. В этом случае работают оба насоса. Так, на протяжении большей части отопительного сезона (или в ночное время) достаточно одного работающего насоса. В наиболее холодные дни, когда мощность отопления достигает своего пикового значения с помощью управляющих приборов, включаются оба насоса. Так как каждый из сдвоенных насосов имеет широкий диапазон регулировки, то в виде сдвоенной конструкции они представляют собой устройство с широким диапазоном регулировки для приспособления к отопительной системе. Пример 2. Многонасосные установки. Если в больших зданиях требуется большой объем перекачиваемой жидкости, например в системе отопления, то идут по пути установки нескольких одинарных насосов, которые объединены в насосные станции, имеют систему регулирования их работой и работают параллельно друг другу, в зависимости от давления, в пределах некоторого диапазона. В соответствии с потреблением насосы установки включаются и выключаются один за другим. В зависимости от нагрузки они могут включать от 2 до 6 насосов. Работа насосной установки выполняется следующим образом. Насос основной нагрузки или главный насос может бесступенчато регулироваться между максимальной частотой вращения n = 100 % и минимальной частотой n = 60 %. Если его производительности при n = l00 % недостаточно, то главному насосу дополнительно включается первый насос пиковой нагрузки на полной частоте вращения. При этом производится изменение режима работы основного насоса, чтобы обеспечить его равномерную разгрузку. Когда не хватает производительности двух насосов, включается следующий пиковый насос со сменой режима работы двух ранее включенных насосов. Максимальная потребная производительность обеспечивается, если все насосы установки работают на са77

мой большой частоте вращения. По такому же принципу выключаются насосы пиковой нагрузки при уменьшении потребности в тепловой нагрузки. Благодаря использованию нескольких насосов постоянно поддерживается баланс между потреблением и производительностью установки в заданных пределах напора. 3.7.2. Последовательное подключение насосов

Последовательное соединение насосов применяется для увеличения напора в случаях, когда один насос не может создать требуемого напора. На рис. 3.23 показано правило определения суммарной характеристики двух последовательно работающих насосов. Суммарная характеристика насосов получается сложением напоров НI и НII при произвольно выбранном расходе. Пересечение суммарной характеристики насосов с характеристикой сети даст рабочую точку А, которая определяет режим последовательно работающих насосов. Опустив из точки А вертикаль, получаем на Рис. 3.23. Последовательная пересечении ее с кривыми I и II работа насосов напоры насосов НI и НII, которые они создают. Пересечение суммарной характеристики насосов с характеристикой сети даст рабочую точку А, которая определяет режим последовательно работающих насосов. Опустив из точки А вертикаль, получаем на пересечении ее с кривыми I и II напоры насосов НI и НII, которые они создают. Внимание! При работе двух разных последовательных насосов имеется режим Qкр, при котором напор малого насоса будет равен 0 (см. рис. 3.23). При дальнейшем открытии вентиля характеристика сети пойдет положе и правее точки «КР», и малый насос будет соз78

давать отрицательный напор, т.е. будет сопротивлением для большого насоса. Если требуется добиться больших напоров при ограниченности размеров, применяют многоступенчатые насосы, которые являются, по сути, насосами работающими последовательно. На рис. 3.24 показаны характеристики многоступенчатого насоса в зависимости от числа ступеней. Если в сети работает насос MVI 802 (две ступени), то на режиме Q802 он создает напор 20 м. Если в ту же сеть поставить насос с 12 ступенями, то напор и расход увеличатся до 100 м и 10 м3/ч соответственно.

Рис. 3.24. Характеристика многоступенчатого насоса

Внимание! Работая в сети, сумма напоров двух последовательно работающих насосов не равна сумме напоров двух насосов (рис. 3.25).

79

3.8. Влияние формы характеристик насоса на эксплуатацию системы

Ранее было показано, что рабочая точка является определяющей при выборе насоса. Однако форма характеристики, т.е. ее наклон к оси расхода, также должна учитываться при выборе насоса. Особенное значение это имеет для систем, в которых применяются терморегулирующие вентили. Действительно, отключая тот или иной потребитель (теплообменник), мы уменьшаем расход через насос, и, значит, устанавливается новая рабочая точка, характеризующая большим напором. Если характеристика пологая, то даже значительные изменения подачи не приводят к сколько-нибудь существенному изменению напора (давления в системе), который может быть причиной шумов в трубопроводах. Кроме того, не требуется изменять параметры управления. Если терморегулирующие датчики не применяются в системах, то форма характеристики значения не имеет.

80

Глава 4. КАВИТАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В НАСОСАХ 4.1. Кавитация: основные понятия, причины возникновения и ее последствия

Нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, заполненных паром и выделившимся из жидкости газом, называется кавитацией. Она возникает в области пониженного давления, где есть растягивающие напряжения, которые приводят к разрыву жидкости и образующие полости – каверны заполняются парами жидкости и выделившимся из нее растворенным газом. Попадая в область высоких давлений, паровые пузырьки (каверны) «захлопываются». Это вызывает местный гидравлический удар, по некоторым теориям – кумулятивный, который может привести к разрушению (эрозии) стенок каналов. Действительно, давление в пузырьках остается постоянным и равным давлению упругости насыщенного пара, в то время как давление жидкости по каналу рабочего колеса повышается при течении жидкости от входа к выходу. Попадая в область высокого давления, пузыри схлопываются под действием высокого давления. Такое схлопывание сопровождается местным повышением давления в несколько тысяч атмосфер. Если оно происходит на поверхности лопаток или других элементах насоса, то с их поверхности выбиваются частицы материала, из которого они сделаны. Данное явление называется эрозией. Этот процесс можно определить по потрескивающим звукам, которые усиливаются с увеличением кавитации. Возникновение и развитие кавитации в жидкости связаны с наличием так называемых ядер кавитации. В технических жидкостях всегда имеются ядра кавитации. Они − те слабые точки, в которых нарушается сплошность жидкости и возникают кавитационные явления. Наиболее вероятно: ядра кавитации представляют собой нерастворенные газовые включения, в том числе в порах и трещинах, а также микрочастицы, взвешенные в жидкости. Если в жидкости присутствуют свободные или растворенные газовые включения, то кавитация будет протекать более интенсивно, с большим шумом и вибрациями. 81

Кавитация приводит к трем основным отрицательным последствиям: 1) срыву подачи, напора, падению мощности и КПД; 2) эрозионному износу элементов насоса (рабочего колеса, вала и т.д.); 3) шуму, вибрации установки, а также низкочастотным автоколебаниям давления в трубопроводах. В насосах кавитация возникает при давлении перед входом в насос, существенно превышающем давление парообразования при данной температуре жидкости. Это означает, что область минимального давления располагается внутри проточной части насоса. Падение давления внутри проточной части насоса (по сравнению с входным давлением Рвх) связано с обтеканием лопаток. При обтекании лопаток, как и при обтекании любого тела, образуется область пониженного давления Рmin. Как только давление станет ниже давления насыщенного пара, образуется кавитация. В потоке жидкости такое падение давления происходит обычно в области повышенных скоростей.

Рис. 3.25. Области появления кавитации в центробежном насосе

4.2. Кавитационные явления в центробежных насосах

В центробежном насосе область минимального давления находится в наиболее удаленной от оси точке с нерабочей стороны входной части лопаток вблизи ее входной кромки. Давление Рmin значительно ниже давления во всасывающем патрубке насоса Рвх из-за местного возрастания скорости при натекании на лопатку насоса. 82

Зависимость напора насоса от давления на входе при постоянном расходе и постоянной частоте вращения называется кавитационной характеристикой. Такие характеристики снимаются на специальных стендах (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема определения кавитационных характеристик насоса: 1 – насос; 2 – датчик для измерения расхода; 3 – вентиль; 4 – вакуум-насос; 5 – резервуар

Уменьшение давления перед насосом Рвх достигается вакуумированием воздушной подушки в резервуаре. Во время испытаний насоса при постоянном значении расхода Q и постоянном числе оборотов определяют значения давлений на входе, при которых появляются кавитационные явления. По результатам испытаний строятся кавитационные характеристики, которые показаны на рис. 4.2. При давлении на входе равного Рнач в насосе возникает кавитация, которая сказывается в появлении мелких пузырьков и шума от их схлопывания. Дальнейшее уменьшение давления от Рис. 4.2. Изменение напора и расхода насоса Рнач до Ркр, несмотпри уменьшении давления на его входе ря на развитие ка83

витации (увеличивается количество и объем пузырьков), не приводит к изменению напора и КПД насоса, но при этом могут усиливаться эрозионные и колебательные явления. При давлении Ркр напор начинает снижаться (одновременно с напором снижается КПД насоса). Это − критический режим. При давлении на входе насоса равного Рсрв напор и расход резко падают. Это – срывной кавитационный режим. На кавитационной характеристике насоса можно выделить несколько областей: а) режим начальной кавитации (или скрытая кавитация) насоса, когда Ркр < Рвх < Рнач; б) критический режим Рсрв < Рвх < Ркр, при котором заметен излом напорной характеристики (при этом зона распространения кавитационных полостей в насосе невелика); в) режим Рвх < Рсрв, при котором наблюдается срыв всех основных параметров насоса. При этом вся проточная часть насоса практически занята паровой или газовой каверной. Для насосов длительного использования, например для отопления или водоснабжения, важно избежать даже начальной стадии кавитации. В этом случае, давление на входе Рвх должно быть больше давления Рнач. Это позволит избежать кавитационного шума и эрозионного износа элементов насоса. 4.3. Основные параметры, характеризующие кавитацию

Если написать уравнение Бернулли для сечения 0–0 (в баке или резервуаре) и сечения вх–вх на входе в насос, то давление на входе в насос 2 /2−h Pвх = Р1 + ρgH ГВС − ρсвх потер вс – для систем А и В; (4.1) 2 / 2−h Pвх = Р1 − ρgH ГВС − ρсвх потер вс – для системы С, где P1 – абсолютное давление в приемном резервуаре, если он открыт P1 = 1 атм , H ГВС – геометрическая высота или расстояние от свободной поверхности жидкости в резервуаре до оси насоса; свх – скорость жидкости на входе в насос, зависящая от расхода жидкости, которую перекачивает насос, а также от размеров входного патрубка; hпотер вс – сумма потерь (местных и трения) во всасывающем трубопроводе. 84

А

В Рис. 4.3. Варианты гидравлических систем

С

Таким образом, давление на входе в насос и, следовательно, в рабочем колесе зависит от расположения насоса относительно приемного резервуара, расхода жидкости, величины сопротивления во всасывающем трубопроводе и давления в приемном резервуаре. При отрицательной высоте расположения насоса, большом сопротивлении во всасывающем трубопровода или слишком малом давлении в приемном резервуаре, давление на входе в рабочее колесо становится настолько малым, что возникает кавитация, ограничивающая высоту расположения насоса и требующая минимального значения давления на его входе. Потери во всасывающем трубопроводе должны быть минимальными, а это значит, что желательно иметь короткий трубопровод и избегать поворотов, резкого изменения сечений и большой скорости течения жидкости, т.е. увеличивать сечение всасывающего трубопровода. Введем понятие «кавитационный запас» как превышение полного напора жидкости во всасывающем патрубке насоса над упругостью ее паров или его называют NPSH (net positive suction head) 2 2−P Δh = NPSH = ( Pвх + ρcвх (4.2) п ) ρg , где Pп – упругость (давление) насыщенного пара жидкости. Для длительно работающих насосов NPSH определяется по давлению начала кавитации Pнач (его значение известно по результатам кавитационных испытаний) 2 2−P Δhдл = NPSH дл = ( Pнач + ρcвх п ) ρg . Для кратковременно работающих насосов NPSH определяется по критическому давлению Pкр и равно 85

2 2−P Δhкр = NPSH кр = ( Pкр + ρcвх п ) ρg .

Очевидно, что NPSHкр < NPSHдл. NPSH или ∆h (в каталогах минимальный кавитационный подпор) – характерный параметр каждого насоса, зависящий от конструктивных особенностей насоса, прежде всего, от диаметров на его входе (диаметра всасывающего патрубка), углов лопаток на его входе, числа лопаток и т.д. В каталогах приводятся значения NPSH (∆h) для длительно работающих насосов, т.е. не допускается работа насоса даже при начальной кавитации, в виде зависимости от расхода для точно указываемых чисел оборотов ротора насоса. Следует помнить, что с увеличением чисел оборотов NPSH или кавитационный подпор – увеличивается, и требуется большее давление на входе, чтобы насос работал без кавитации с уменьшением чисел оборотов. Давление на входе в насос можно уменьшать. Для гарантированой бескавитационной работы насоса необходимо, чтобы допустимый напор ∆hдоп (давление) на входе в насос или допустимое значение NPSHА (net positive suction head available) системы были больше значений ∆h или NPSH, взятых из каталога для данного расхода. То есть NPSHА или ∆hдоп – значение, которое должно быть гарантировано в системе на входе в насос, чтобы не было кавитации. Чтобы насос не работал на режимах кавитации, назначают небольшое превышение допустимого кавитационного запаса ∆hдоп (NPSHА) над ∆h (NPSH) на величину 0,6–0,9 м, т.е. NPSHА–NPSH = 0,6–0,9 м. Для подключений, показанных на рис. 4.3 величины NPSHА определяются так: Δhдоп = NPSHА = ( Pатм + ρgH ГВС − Pп − ρghпот.вс ) ρg – для системы А; Δhдоп = NPSHА = ( P1 + ρgH ГВС − Pп − ρghпот.вс ) ρg – для системы B;

Δhдоп = NPSHА = ( P1 + ρgH ГВС − Pп − ρghпот.вс ) ρg – для системы C.

Для насосов забирающих воду из ниже расположенного резервуара вводят также понятие высоты всасывания Нвс (рис. 4.3, вариант С). Из уравнений (4.1) и (4.2) получим связь между высотой всасывания и NPSH: 2 / 2 − ρgh H вс = ( P1 − Рвх − ρсвх пот.вс ) ρg (4.3) или H вс = ( P1 − Рп − ρgNPSH − ρghпот.вс ) ρg . 86

Под высотой всасывания насоса подразумевается разрежение во всасывающем патрубке, измеренное в метрах столба жидкости, относительно давления во всасывающем резервуаре. Очевидно, что при заборе воды из ниже расположенного резервуара высота расположения насоса Нгвс от поверхности воды в резервуаре должна быть меньше высоты всасывания Нвс, определенной по величине NPSH для данного расхода жидкости через насос. Чтобы гарантировать забор жидкости из этого резервуара, данная разница должна быть не менее 0,5–0,6 м, т.е. H вс − H ГВС = 0,5 ÷ 0,6 м. (4.4) Для того чтобы избежать кавитации, можно предпринять следующие шаги: 1) повысить давление во всасывающем патрубке (опустить насос, или увеличить давление в приемном резервуаре). Производительность от этого не измениться; 2) использовать насосы с меньшими NPSH (имеющими меньшее число оборотов или другой конструкции); 3) снизить расход жидкости через насос или температуру перекачиваемой жидкости, что соответствует уменьшению давления пара. 4.4. Влияние термофизических параметров: температуры, наличия газовой фазы

Согласно формуле (4.3), чем выше давление пара Pп, тем меньше высота всасывания и ниже возможности применения того или иного насоса. Это давление сильно зависит от температуры жидкости и давления окружающей среды (что равнозначно для систем, соединенных с атмосферой, изменению геодезической высоты размещения насоса). Для насосов, работающих в системах теплоснабжения, в инструкциях по монтажу и эксплуатации приводятся значения минимального давления на входе в зависимости от изменения температуры перекачиваемой жидкости, которые должны обеспечиваться, чтобы насос работал без кавитации. Если значений минимального давления не приводится в инструкциях или каталогах на выбранный тип насоса, то при эксплуатации этого насоса с температурой рабочей среды больше, чем 87

200 °С и расположенного высоко над уровнем моря, необходимо провести расчет. Например, насос, смонтированный на уровне моря, может поднимать холодную воду с высоты всасывания 7,5 м. Тогда на 1000-метровой высоте над уровнем моря и для перекачивания горячей воды в 600 °С он должен быть смонтирован с высотой всасывания не более 7,5–1,9–1,2 = 4,4 м. Если же давление всасывания получается меньше нуля, то насос может работать только в режиме из накопительного резервуара. Следует также помнить, что присутствие в жидкости газовой фазы в растворенном или свободном состоянии приводит к ускорению появления кавитации и ее росту. Так, это может быть связано с негерметичностью всасывающего трубопровода, когда воздух из внешней среды будет проникать во внутрь трубопровода, или при захвате воздуха из воздушной подушки над уровнем жидкости в резервуаре. Всасывающие и самовсасывающие насосы. Любой насос может всасывать жидкость из резервуара, расположенного ниже оси насоса. При этом должно выполняться следующее условие: насос, всасывающий патрубок и всасывающий трубопровод, из которых должен быть полностью удален воздух, должны быть залиты жидкостью. При этом высота Нг вс, с которой насос может подавать жидкость, определяется из неравенства Нвс > Нг вс. Процедура заполнения всасывающего трубопровода может занимать значительное время. Кроме того, после остановки насоса жидкость, находящаяся в нем, может вытечь, образуя воздушные полости во всасывающем трубопроводе. Поэтому требуются вторичное заполнение трубопровода и удаление воздуха из него. Для того чтобы избежать таких неудобств, могут применяться самовсасывающие насосы, особенностью которых является возможность всасывать жидкость из нижерасположенного резервуара при пустом всасывающем трубопроводе. Для этого достаточно залить насос жидкостью. Тогда во время работы насос, в силу наличия дополнительного узла на его входе, начнет откачивать воздух из всасывающего трубопровода и при полном его удалении нагнетает жидкость из резервуара.

88

Глава 5. КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ 5.1. Рабочее колесо

Основной узел центробежного насоса − рабочее колесо (рис. 5.1). В зависимости от числа рабочих колес насосы подразделяют на одно- (с одним рабочим колесом) и многоступенчатые (с несколькими рабочими колесами, установленными на одном валу). При этом жидкость проходит через все рабочие колеса. Напор многоступенчатого насоса равен сумме напоров, развиваемых каждой ступенью. По способу подвода жидкости к рабочему колесу насосы бывают с одно- и двусторонним подводом воды. Рабочее колесо Рис. 5.1.Рабочее колесо состоит из переднего диска 1 с центробежного насоса отверстием для входа жидкости и сплошного заднего 2, который посредством ступицы обеспечивает крепление колеса на валу. В промежутках между дисками установлены лопатки. Для того чтобы не снижать площадь проходного сечения рабочего колеса на входе жидкости, длина лопатки различна. 5.2. Направляющий аппарат

Рис. 5.2. Схема многоступенчатого центробежного насоса: 1 – подвод; 2 – рабочее колесо; 3 – направляющий аппарат; 4 – диффузор отвода 89

Преобразование кинетической энергии во многоступенчатом насосе (рис. 5.2), сообщаемой жидкости рабочим колесом, в потенциальную происходит в направляющем аппарате каждой ступени, который представляет собой устройство, состоящее из неподвижных дисков с плашками. В одноступенчатых насосах (рис. 5.3) или из последнего рабочего колеса многоступенчатого насоса жидкость с большой скоростью поступает в спиральную камеру 1. Затем через трубный расширитель 2 (диффузор) жидкость направляется в напорный трубопровод. Форма спиральной камеры должна обеспечить плавное снижение Рис. 5.3. Схема одноступенчатого скорости по направлению к центробежного насоса: выходу и минимальные по1 – спиральная камера; 2 – трубный расширитель; 3 – рабочее колесо; тери от гидравлического 4 – всасывающий патрубок сопротивления. Все лопатки располагают наружными кромками к внешнему диаметру колеса. Лопатки, располагаемые через одну, не доходят до внутренней окружности колеса. Рабочие колеса выполняют из чугуна, стали. Для работы в агрессивных средах применяют лопатки из бронзы, латуни и коррозионно-стойких сталей. 5.3. Вал насоса

Вал насоса (рис. 5.4) предназначен для передачи вращающего момента от привода насоса к рабочим колесам. Вал с неподвижно посаженными на нем рабочими колесами образует ротор насоса. Для соединения вала с рабочим колесом предусмотрено соединение шпоночного типа. Вал − наиболее нагруженная и ответственная деталь насоса. 90

Валы изготовляют из высокопрочных сталей. Они имеют ступенчатую форму. К средней части 3 вала со шпонкой 6 крепится рабочее колесо. На концах вала имеются шейки 1 под подшипники. В зонах 2 расположены защитные втулки 7 и 8, а на участке 4 – соединительная полумуфта, на конец шейки вала надета зажимная гайка 9 упорного подшипника. Метка 5 служит правильной сборке ротора.

Рис. 5.4. Вал насоса

5.4. Соединительные муфты

Для передачи вращательного момента от двигателя ротору в центробежных насосах применяют в основном соединительные втулочно-пальцевые, зубчатые и упругие муфты. 5.4.1. Втулочно-пальцевая муфта

Втулочно-пальцевые муфты (рис. 5.5) имеют широкое распространение, что обусловлено простотой их изготовления и низкой стоимостью. Они дополнительно выполняют функции амортизаторов (в муфтах имеются упругие элементы). Поскольку упругие элементы таких муфт обладают Рис. 5.5. Втулочнонизкими прочностными свойствами, то пальцевая муфта: область их применения ограничивается 1 – полумуфта насоса; 2 – насосами средней и низкой мощно- полумуфта привода; 3 – сти. палец; 4 – втулка упругая; 5 – шайба 91

5.4.2. Зубчатая муфта

У зубчатых муфт (рис. 5.6) все детали выполнены из металла. Незначительные перекосы и осевые смещения валов обусловлены перемещениями в зубчатом зацеплении. Зубчатая муфта соРис. 5.6. Зубчатая муфта: стоит из двух обойм с 1 – уплотнение (фетровый сальник); 2 – внутренними зубьями, в втулка привода; 3 – прокладка; 4 – втулка зацеплении с которыми насоса; 5 – полумуфта привода; 6 – полу- находятся зубья втулок, муфта насоса установленных на концах соединяемых валов. Зубчатые муфты надежны в работе, не имеют быстроизнашивающихся деталей и способны передавать высокие нагрузки и работать при высоких частотах вращения. 5.4.3. Упругая муфта

Рис. 5.7. Упругая муфта: 1 – полумуфта насоса; 2 – болт; 3 – втулка; 4 – пакеты упругих пластин; 5 – втулка упругая; 6 – полумуфта привода 92

Упругие муфты (рис. 5.7) обладают высокой технологичностью, просты и надежны в работе. Упругий элемент состоит из пакета фигурных стальных пластин. Пластины устанавливают на болтах между центральной втулкой и полумуфтами (часть болтов вворачивается во втулку, а часть − в полумуфту). Упругие муфты описанной конструкции работают без смазки.

5.5. Уплотнения валов

Неисправность уплотнительных узлов − распространенная причина остановок насосов. Эксплуатация насосов с неисправными уплотнениями при перекачке радиоактивных, пожаро- и взрывоопасных жидкостей может привести к серьезным авариям. Поэтому устройству и обслуживанию уплотнений валов необходимо уделять серьезное внимание. Уплотнения бывают сальниковыми, манжетными, торцевыми, щелевыми и динамическими. 5.5.1. Сальниковое уплотнение

Наиболее простым по конструкции и в обслуживании является сальниковое уплотнение (рис. 5.8). Материал, из которого выполнено уплотнение, и усилия поджатия зависят от рабочих давлений, скорости скольжения поверхности вала, температуры и свойств перекачиваемой жидкости. 5.5.2. Манжетные уплотнения

При небольшом перепаде давления и низких скоростях скольжения применяют манжетные уплотнения (рис. 5.9). В современных насосах в основном используют стандартные манжеты, которые изготавливают из резины. Манжеты имеют металлический каркас, придающий ей необходимую жесткость, и пружину, создающую предварительный обжим вала уплотняющим элементом. 93

Рис. 5.8. Сальниковое уплотнение: 1 – корпус сальника; 2 – кольца сальниковой набивки; 3 – втулка; 4 – вал; 5 – нажимная втулка

Рис. 5.9. Манжетное уплотнение: 1 – корпус; 2 – манжета; 3 – пружина; 4 – вал

5.5.3. Торцевые уплотнения

Наиболее эффективными уплотнениями являются торцевые (рис. 5.10), которые работают при более значительных перепадах давлений и скоростях скольжения, чем манжетные и сальниковые. Кроме того, по сравнению с указанными уплотнениями, торцeвые допускают более значительное радиальное биение вала и имеют больший срок службы.

Рис. 5.10. Схема торцевого уплотнения

Торцевые уплотнения значительно сложнее по конструкции, чем сальниковые или манжетные. Однако в условиях длительной эксплуатации они более экономичны, так как практически не требуют затрат на обслуживание. Конструкции торцевых уплотнений разнообразны. Их выбор определяется условиями эксплуатации. Конструкция торцевого уплотнения с двумя торцевыми парами имеет подвод уплотняющей воды в пространство между ними с давлением, превышающим давление уплотнения (перекачиваемой воды). Такая конструкция практически полностью исключает утечку перекачиваемой жидкости. Уплотнение имеет вращающиеся и неподвижные контактные кольца. Нажимное устройство, состоящее из пружины, обоймы и нажимного кольца, вращается вместе с валом. На рис. 5.10 приведена схема торцевого уплотнения с одной парой трения. Уплотнение осуществляется с помощью подвижного в осевом направлении кольца. В этом уплотнении использовано коническое кольцо из фторопласта. Уплотнения, выполненные по 94

приведенной схеме, применяют при работе с агрессивными средами, которые не содержат абразивных примесей. 5.5.4. Щелевые и динамические уплотнения

К наиболее простым и надежным относятся также щелевые уплотнения, которые применяют для уплотнения рабочих колес со стороны всасывания, а также в качестве межступенчатых уплотнений. В общем случае щелевые уплотнения представляют собой цилиндрическую щель, образованную неподвижной деталью корпуса и вращающейся втулкой, установленной на роторе. Герметизирующая способность щелевого уплотнения зависит от длины щели и зазора между вращающимися деталями, который устанавливается минимально возможным, чтобы исключить возможность трения Применение щелевых уплотнений снижает экономичность насоса вследствие утечек. Особая разновидность уплотнений − импеллеры, относящиеся к так называемым динамическим уплотнениям, т. е. их уплотняющая способность проявляется только при вращении вала. По конструкции импеллеры напоминают рабочее колесо центробежного насоса и аналогичны ему по принципу действия.

95

Глава 6. ГЛАВНЫЙ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ НАСОС ГЦН-195М 6.1. Общие сведения 6.1.1. Назначение

Главные циркуляционные насосы (ГЦН-195М) обеспечивают принудительную циркуляцию воды в первом контуре реакторных установок типа ВВЭР-1000.

Рис. 6.1. Главный циркуляционный контур ВВЭР-1000

Принудительная циркуляция обеспечивается работой насоса, который подает теплоноситель в реактор, а оттуда нагретый теплоноситель возвращается, охлаждаясь в парогенераторе. 96

Охлажденным теплоноситель снова подается насосом в реактор. Таким образом, обеспечивается постоянная циркуляция теплоносителя через контур циркуляции. В соответствии с классификацией по категориям безопасности ГЦН относится к устройствам нормальной эксплуатации. При этом система ГЦН несет дополнительную функцию, как система, обеспечивающая циркуляцию теплоносителя при выбеге при различных авариях с обесточиванием, что позволяет осуществлять плавный выход на режим естественной циркуляции. 6.1.2. Конструктивная схема ГЦН с механическим уплотнением вала

ГЦН-195М − это вертикальный, одноступенчатый, лопастной насос центробежного типа. Он имеет блок торцевого уплотнения вала, консольное рабочее колесо, осевой подвод перекачиваемого теплоносителя. Отличительной особенностью насосных агрегатов такого типа является наличие механического уплотнения вращающегося вала, которое в насосах с большой подачей обеспечивает значительные преимущество по сравнению с герметичными. Все насосы этой группы – вертикального исполнения, имеют герметичный силовой корпус («улитку») эллиптической формы. На рис. 6.2 приведена типовая структурная схема ГЦН в виде комРис. 6.2. Типовая структурная схема ГЦН плекса, который вклю97

чает в себя следующие присутствующие во всех конструкциях этого вида типовые узлы: приводной электродвигатель, подшипниковые опоры с системой смазки, уплотнение вращающегося вала с системой питания и охлаждения, проточную часть.

Рис. 6.3. Конструктивная схема ГЦН 98

Конструктивная схема ГЦН с механическим уплотнением вала (рис. 6.3) состоит из следующих основных узлов и деталей: • проточная часть насоса; • нижний радиальный подшипник; • холодильник корпуса улотнения вала; • блок уплотнения вала; • радиально-осевой подшипник; • соединительная муфта; • электродвигатель; • система смазки; • система питания уплотнения вала; • система охлаждения; • система питания радиального подшипник. ГЦН размещается в гермооболочке (пом. ГА-504/1-4), установлен на «холодной» нитке циркуляционного трубопровода 1-го контура и подает охлажденную в парогенераторах воду (теплоноситель 1-го контура) в реактор. Размещение ГЦН в гермооболочке приведено на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Размещение и установка ГЦН в гермооболочке 99

Конструктивно ГЦН-195М представляет собой агрегат, состоящий из насоса с антиреверсным устройством, электродвигателя ВАЗ 215/109-6АМО5 и вспомогательных систем. ГЦН спроектирован таким образом, что обеспечивается: • нахождение ГЦН в горячем резерве, включая режимы обратного тока в случае повреждения антиреверсного устройства, не ограничено во времени; пуск и устойчивая работа ГЦН при любом сочетании работающих насосов в РУ; • кавитационный запас во всех переходных режимах работы РУ; • остановка (выбег) ГЦН без повреждений при перерыве подачи охлаждающей и уплотняющей воды; • уровень пульсации давления и вибрации ГЦН, не приводящий к нарушениям в насосе и связанных с ним системах; отсутствие выхода радиоактивного теплоносителя в атмосферу через уплотнение вала насоса; • отсутствие летящих предметов, представляющих опастность для РУ, во всех проектных режимах; • все детали и узлы ГЦН, соприкасающиеся с теплоносителем, охлаждающей водой промконтура и запирающей водой, изготовлены из сталей, стойких против коррозии и эррозии; • материалы деталей, изготовленных из аустенитных марок сталей, не имеют склонности к межкристаллитной коррозии; • химсостав материалов деталей, соприкасающихся с теплоносителем, не содержит специальных добавок кобальта и других элементов, которые образуют долгоживущие изотопы в активной рабочей среде; • возможность разборки и замены составных частей. При выходе из строя большинства узлов ГЦН и их элементов восстановление может быть произведено как путем замены элементов, так и путем замены всего блока, причем предусмотрены соответствующие ЗИП и приспособления для ремонта; • возможность ремонта электродвигателя и его элементов без разборки насоса; • непрерывная работа на всех эксплуатационных режимах 10 000 ч; • средняя наработка до отказа – не менее 18 000 ч; 100

• средний ресурс между средними ремонтами не менее 16 000 ч; • средний срок службы до списания не менее 30 лет. 6.1.3. Технические характеристики Таблица 6.1 Насосная часть ГЦН-195М Наименование

Производительность, м3/ч Давление на всасывании, кгс/см2 Напор, кгс/см

Номинальная величина 20 000

156

2

6,75±0,25

Число оборотов, об/мин

1000

Расчетная температура, °С Расчетное давление на прочность, кгс/см2

350

Потребляемая мощность на холодной/горячей воде, кВт

180 7000/5300

Время разгона ротора насоса при пуске, не более, с

12

Общая подача воды на уплотнение во всех режимах работы, не более, м3/ч

2

Превышение давления уплотняющей воды над давлением на напоре ГЦН, кгс/см2

5–8

Температура уплотняющей воды, не более, °С

70

Количество механических примесей в уплотняющей воде, г/л

0,03

Протечки уплотняющей воды в 1-й контур во всех режимах работы, не более, м3/ч

0,75

Свободный слив уплотняющей воды через концевую ступень уплотнения во всех режимах работы, не более, м3/ч

0,05

Избыточное давление в линии отвода уплотняющей воды, кгс/см2 Подача масла на смазку ГЦН (масло Т-22, Тп-22), м3/ ч Подача масла на электродвигатель ГЦН, м3/ч Температура масла на входе в упорный подшипник, °С 101

0,9–2 26,5–28,5 5–6 20–46

Окончание табл. 6.1 Номинальная величина

Наименование

Давление масла в полости упорного подшипника, кгс/см2 3

Расход воды промконтура на 1 ГЦН, не менее, м /ч Давление воды промконтура в ГЦН, кгс/см

2

0,6–1,25 40 6

Температура воды промконтура на входе в ГЦН, °С

33

Гидравлическое сопротивление ГЦН по среде промконтура, кгс/см2

2,5 3

Расход технической воды на 4 ГЦН, не менее, м /ч, в том числе: на маслоохладитель на электродвигатель ГЦН на электромагнит Температура технической воды на входе в ГЦН, не более, °С

486,0 100×2 шт. 70×4 шт. 1,5×4 шт. 33

Расход дистиллята в линии подвода на отмывку концевой ступени, м3/ч

0,1–0,2

Температура дистиллята перед узлом уплотнения, °С

15–60

Давление дистиллята в линии подвода на отмывку концевой ступени, кгс/см2

2–6

Напряжение питания электромагнита разгрузки упорного подшипника ГЦН, В

220

Мощность, потребляемая электромагнитом, кВт

3

Объем масла, заливаемого в торсионную муфту, л Направление вращения вала ГЦН-195М (если смотреть со стороны электродвигателя)

5,5 Против часовой стрелки

Масса установки на АЭС ГЦН-195М, т

140

В том числе масса электродвигателя ВАЗ 215/109-6АМО5, т

48

102

Таблица 6.2 Электродвигатель ВАЗ 215/109-6АМО5 Наименование

Номинальная величина

Мощность номинальная, МВт

8

Напряжение номинальное, кВ

6,3

Ток номинальный, А

880

Коэффициент полезного действия, %

96

Число полюсов

6

Диаметр статора наружный, см

215

Допустимое время перерыва подачи масла при работающем двигателе, с

15

Время выбега двигателя (сцепленного с выемной частью) без подачи масла, мин

5

Время выбега электродвигателя, расцепленного с выемной частью ГЦН, не менее, мин

25

Скорость вращения, об/мин

1000

Момент инерции ротора с маховиком, кгс·см2

7250

Номинальная частота питающей сети, Гц

50

Допустимое число пусков в год, не более

30

Число пусков в первый год эксплуатации

100

Мощность электронагревателя в двигателе ГЦН-195М, кВт

5

Количество электронагревателей в двигателе ГЦН-195М, шт.

2

Напряжение питания электронагревателей двигателя, В Сопротивление изоляции обмоток электродвигателя, мОм

103

110 6

Таблица 6.3 Вспомогательный моноблочный, герметичный электронасос ВЦЭН-315 Наименование Производительность насоса, м3/ч

Номинальная величина 6

Напор, кгс/см2

5

Скорость вращения, об/мин

2850

Потребляемая мощность, кВт

2,5

Напряжение номинальное, В

380

Ток рабочий, А

8

6.1.4. Характеристики насоса

Рис. 6.5. Характеристики насоса ГЦН-195М при работе на «холодной» (t = 120 °C) воде

104

Рис. 6.6. Характеристики насоса ГЦН-195М при работе на «горячей» (t = 300 °C) воде

6.2. Общее устройство главного циркуляционного насоса ГЦН-195М 6.2.1. Улитка

Улитка ГЦН (рис. 6.7) входит в состав 1-го контура и предназначена для организации подвода и отвода теплоносителя от рабочего колеса. Улитка представляет собой цельнолитый корпус из нержавеющей стали с всасывающим и напорным патрубками. Во всасываю105

щем патрубке установлен направляющий конус, обеспечивающий необходимую скорость перекачиваемой жидкости. Внутри улитки – коррозионно-стойкая наплавка. Для стабилизации потока жидкости в напорном патрубке вварены направляющие пластины, рассекающие поток.

Рис. 6.7. Улитка ГЦН

Цельнолитый корпус улитки выполнен из нержавеющей стали 06Х12Н2МФА (или 06Х12НЗДЛ мартенситно-аустенитного класса) с приварными коваными переходниками из стали 10ГН2МФА во всасывающем и напорном патрубках; внутренняя поверхность переходников наплавляется антикоррозионной наплавкой из стали 08Х18Н10Т. Отводной канал в улитке выполнен в виде спирали, переходящей в диффузор. Уплотняющая прокладка изготавливается из стали 12Х18Н9Т. 106

Рис. 6.8. Общее устройство ГЦН 107

6.2.2. Нижняя проставка

Нижняя проставка (рис. 6.9) − основная несущая конструкция насоса, изготовленная с тремя кронштейнами и биологическим кольцом, совмещенными с проставкой. Проставка нижним Рис. 6.9. Нижняя проставка фланцем крепится к улитке насоса, а на ее верхний фланец устанавливаются радиальные штифты, обеспечивающие центровку агрегата. Проставка имеет три окна для трубопроводов вспомогательных систем насоса. Кронштейны предназначены для передачи массы на опорные устройства насоса. 6.2.3. Опорные шаровые устройства

Для того чтобы насос мог перемещаться, следуя за температурными деформациями первого контура, он устанавливается с помощью кронштейнов нижней проставки на три шаровые опоры, которые позволяют ГЦН свободно перемещаться при температурном расширении трубопроводов ГЦК в направлении продольной и поперечной оси на 80 мм. Опора состоит из нижней плиты, на которую уложена плита из высокопрочной стали 9ХВГ. Последняя плита удерживается от смещения фланцем. На этой плите находятся металлические шары, разделенные сепараторами и помещенные в обойму. Нижняя плита обоймы также выполнена из высокопрочной стали 9ХВГ. Кроме того, опора имеет верхнюю плиту, резьбовую втулку и опорный винт. Резьбовая втулка устанавливается в расточку кронштейна нижней проставки и крепится винтами. Для уменьшения момента трения при регулировке поджатия опоры под опорный винт установлен упорный шарикоподшипник. 108

Рис. 6.10. Опорные шаровые устройства

Полости шарикоподшипника и шаров опорного устройства смазываются «Литолом-24». Улитка ГЦН также имеет три цапфы, конструкция которых обеспечивает присоединение замков с вертикальными тягами (для восприятия сейсмических нагрузок и нагрузок от разрыва всасывающего патрубка) и горизонтальными гидроамортизаторами (для восприятия сейсмических нагрузок). Кроме того, для восприятия сейсмических нагрузок выполнено раскрепление гидроамортизаторами и двигателя. 109

Опора состоит из нижней плиты, на которую уложена плита из высокопрочной стали 9ХВГ. Последняя плита удерживается от смещения фланцем. На этой плите находятся металлические шары, разделенные сепараторами и помещенные в обойму. Нижняя плита обоймы выполнена также из высокопрочной стали 9ХВГ. Кроме того, опора имеет верхнюю плиту, резьбовую втулку и опорный винт. Резьбовая втулка устанавливается в расточку кронштейна нижней проставки и крепится винтами. Для уменьшения момента трения при регулировке поджатия опоры под опорный винт установлен упорный шарикоподшипник. Полости шарикоподшипника и шаров опорного устройства покрываются смазкой «Литол-24». Улитка ГЦН также имеет три цапфы, конструкция которых обеспечивает присоединение замков с вертикальными тягами (для восприятия сейсмических нагрузок и нагрузок от разрыва всасывающего патрубка) и горизонтальными гидроамортизаторами (для восприятия сейсмических нагрузок). Кроме того, для восприятия сейсмических нагрузок выполнено раскрепление гидроамортизаторами и двигателя. 6.2.4. Верхняя проставка

Рис. 6.11. Верхняя проставка

Верхняя проставка (рис. 6.11) предназначена для установки электродвигателя. В проставке установлен поддон маховика электродвигателя, который препятствует выбросу масла из нижней крестовины подшипника электродвигателя. Проставка имеет три окна, закрытых сетчатыми щитками. 6.2.5. Биологическая защита

Для защиты от нейтронного прострела в районе улитки насоса установлено колесо толщиной 315 мм из стали 351-1. Его перекрывает 3000-миллиметровое биологическое кольцо из стали 08ГДНФЛ-III, совмещенное с нижней проставкой насоса. Перекрывающее биологическое кольцо служит также основанием для установки кронштейнов нижней проставки. 110

6.2.6. Торсионная муфта

Торсионная муфта предназначена для передачи крутящего момента от электродвигателя к насосу. Схема и конструкция торсионной муфты представлены на рис. 6.12 и 6.13.

Рис. 6.12. Схема торсионной муфты 111

Рис. 6.13. Конструкция торсионной муфты

В отличие от жесткого соединения, торсионная муфта обеспечивает значительно бóльшую несоосность валов насоса и электродвигателя. Верхний конец торсиона входит в зацепление с ротором электродвигателя; с помощью эвольвентных шлицов нижний конец торсиона входит в зацепление эвольвентными шлицами с обоймой, которая связана с упорным гребнем также при помощи эвольвентных шлицов. Крутящий момент передается торсионом через обойму на упорный гребень и далее упорным гребнем через шлицевую втулку на вал. Торсион нижним концом подрессорен пружиной (см. рис. 6.13). Материал торсиона – сталь 36Х2Н2МФА. Нижняя рабочая полость торсионной муфты заливается маслом турбины Т-46 (ГОСТ 32-74) в объеме 5,5 л. Для заливки масла и удаления воздуха на торсионной муфте выполнены отверстия с пробками. 112

6.2.7. Материалы

Для изготовления узлов и деталей ГЦН, применяются следующие материалы: • улитка – нержавеющая сталь 06Х12Н2МФА или 06Х12НЗДЛ мартенситно-аустенитного класса с приварными коваными переходниками из стали 10ГН2МФА; • корпус узла уплотнения – сварная конструкция из поковок стали 08XI8H10T; • нижний подшипник скольжения изготовлен из стали 12XI8H10T с вкладышами из графитно-фторопластовой прессмассы 7В-2А, вал втулки − из стали 25Х17Н2Б-Ш с поверхностной термообработкой токами высокой частоты (ТВЧ); • корпус уплотнения – сварная конструкция из стали 12XI8H10T; • вал насоса – цельнокованый, изготавливаемый из стали 14Х17Н2; • биологическая защита – кольцо из стали 20 (ГОСТ10550-74), перекрывающее кольцо из стали 08ГДНФЛ-Ш. Все детали и узлы ГЦН-195М, соприкасающиеся с теплоносителем, охлаждающей водой промконтура и запирающей водой, изготовлены из сталей, стойких против коррозии и эрозии. Материал деталей, изготовленных из аустенитных марок сталей, не имеет склонности к межкристаллитной коррозии. Химсостав материалов деталей, соприкасающихся с теплоносителем, не содержит специальных добавок кобальта и других элементов, образующих долгоживущие изотопы в активной рабочей среде. 6.3. Устройство выемной части ГЦН-195М

Детали и узлы выемной части: • корпус выемной части; • вал; • верхний опорно-упорный пошипник; • блок торцевого уплотнения вала; • нижний подшипник скольжения; • рабочее колесо; • вспомогательное колесо (импеллер); 113

• • • • •

тепловой барьер; тепловой экран; антиреверсивное устройство; электромагнитное разгрузочное устройство; контроль плотности главного разъема. 6.3.1. Корпус выемной части

Корпус выемной части (рис. 6.14) представляет собой сварную конструкцию из поковок стали 08Х18Н10Т и служит для установки на нем блока уплотнения вала, нижнего подшипника скольжения, теплового барьера и теплового экрана, нажимного фланца главного разъема и прокладок вторичного уплотнения главного разъема.

Рис. 6.14. Эскиз выемной части 114

К верхнему фланцу корпуса присоединены штуцеры: • свободного слива запирающей воды; • подвода воды автономного контура; • отвода воды автономного контура; • слива воды отмывки бора; • дренажа протечек верхнего разъема; • дренажа протечек главного разъема. В средней части корпуса устанавливается съемный нажимной фланец главного разъема (рис. 6.15). На боковой поверхности корпуса имеется канавка, в которую устанавливается разъемное кольцо 195-40-1071, служащее опорой для асбесторезиновой прокладки – вторичного уплотнения главного разъема. К нижнему торцу корпуса крепится тепловой барьер, уплотняемый медной круглой прокладкой, экран и нижний подшипник, скольжения, входящий во внутреннюю расточку корпуса снизу.

Рис. 6.15. Главный разъем ГЦН 115

6.3.2. Вал

Вал, выполненный из стали 14Х17Н2 (рис. 6.16), вращается в двух подшипниках: верхнем опорно-упорном подшипнике и нижнем подшипнике скольжения.

Рис. 6.16. Вал ГЦН 116

На нижнем конце вала по ходовой посадке устанавливаются две втулки, работающие по вкладышам из графитофторпластовой пластмассы нижнего подшипника скольжения. Для предохранения от поворота втулок относительно вала установлена шпонка. На обоих концах вала имеются эвольвентные шлицы для посадки рабочего колеса и гребня упорного подшипника. Такое соединение обеспечивает как надежность установки колеса и гребня на валу, так и их удобную сборку и разборку. Вал насоса динамически балансируется совместно с рабочим колесом и гребнем упорного подшипника. 6.3.3. Блок торцевых уплотнений вала

Блок торцевых уплотнений вала (рис. 6.17) служит для предотвращения протечек теплоносителя из 1-го контура по валу насоса и состоит из четырех ступеней уплотнения, каждая из которых включает роторный элемент 13, закрепленный на валу, и статорный элемент 12, закрепленный в корпусе. Блок торцевых уплотнений вала объединяется с корпусом нижнего гидростатического подшипника 1 и устроен из двух основных дросселирующих ступеней гидростатического типа 14, 15, разделительной ступени 4 и концевой ступени 8.

Рис. 6.17. Блок торцевых уплотнений:

1 – корпус нижнего подшипника; 2 – нижний гидростатический подшипник; 3 – корпус выемной части; 4 – разделительная ступень; 5 – кольцо; 6 – втулка; 7 – вал; 8 – концевая ступень; 9 – резиновая прокладка; 10 – пружины; 11 – корпус статорного элемента; 12 – статорный элемент; 13 – роторный элемент; 14 – основная дросселирующая ступень 1; 15 – основная дросселирующая ступень 2; 16 – установочное кольцо

117

6.3.4. Корпус уплотнения

Корпус уплотнения (см. рис. 6.17) со встроенным холодильником выполнен сварным из стали 12Х18Н10Т. В корпусе есть многозаходная спиральная канавка для прохода охлаждающей воды промконтура (с расходом 3 м3/ч) и тепловой барьер для снижения температуры в зоне уплотнения как по валу насоса, так и по корпусу. В корпусе выполнены каналы с выходными штуцерами для подвода и отвода запирающей воды, подвода воды отмывки бора, дросселя первой ступени, дросселя второй ступени со штуцером замера давления между торцевыми ступенями. При температуре теплоносителя первого контура более 50 °С подача промежуточного контура ГЦН на встроенный холодильниккорпуса уплотнения вала обязательна для обеспечения работы уплотнений с допустимой температурой. Основные торцевые дросселирующие ступени гидростатического типа одинаковы и состоят из двух основных элементов: статорного – с невращающимся элементом уплотнения и роторного – с вращающимся. Статорный элемент 12 может перемещаться по оси и поджиматься к роторному элементу 13 пружинами 10. Ограничитель удерживает элемент от вращения. Для устранения перетечек воды между корпусом и статорным элементом установлена резиновая прокладка 9. Статорный элемент состоит из корпуса 11, в который вставлено кольцо из силицированного графита типа СГП-05 (получаемого путем пропитки пористого графита кремнием), удерживающееся в корпусе установочным кольцом 16. Уплотнение кольца из силицированного графита в корпусе статорного элемента осуществляется резиновым кольцом. Опорные и торцевые поверхности кольца и корпуса взаимно притираются. Роторный элемент состоит из корпуса 14, в который вставлено кольцо из силицированного графита, удерживаемое от выпадения при сборке и разборке установочным кольцом. Уплотнение кольца из силицированного графита в корпусе осуществляется резиновым кольцом. Стыковочные торцевые поверхности кольца из силицированного графита и корпуса взаимно притираются. На торцевой поверхности кольца выполнены по окружности четыре канавки с четырь118

мя отверстиями, выходящими на наружную цилиндрическую поверхность. В отверстия каналов вклеены дросселирующие жиклеры. При подаче запирающей воды в уплотнение она проходит через жиклеры и канавки на торцевой поверхности кольца и отжимает статорный элемент уплотнения на величину рабочего зазора (10 мкм), обеспечивая смачивание рабочих поверхностей и протечку запирающей воды через зазор. Отжатие статорного элемента происходит при давлении 15– 20 кгс/см2. Разделительная ступень уплотнения 4 так же, как и гидростатические ступени, состоит из статорного и роторного элементов, уплотнительного кольца и пружин. Отличие в том, что статорный элемент разделительной ступени находится в непосредственном контакте с роторным элементом. Уплотняющее графитовое кольцо при подаче запирающей воды работает на растяжение (в основных ступенях – на сжатие). Для обеспечения смачивания трущихся поверхностей рабочий поясок кольца из силицированного графита выполнен в виде эллипса. При такой конструкции уплотнения при перепаде давления до 20 кгс/см2 протечка запирающей воды в контур не превышает обычно 100 л/ч. Концевая ступень уплотнения также состоит из корпуса, статорного и роторного элементов, пружин и уплотняющего кольца. Основные элементы узла уплотнения вала ГЦН-195М показаны на рис. 6.18. Во всех режимах работы уплотнения статорный элемент находится в непосредственном контакте с роторным элементом уплотнения. При нормальной работе насоса (t = 280 °С; Р = 160 кгс/см2) и давлении гидроиспытаний (Р = 250 кгс/см2) протечка не превышает 50 л/ч. Для надежного предотвращения протечек воды первого контура из насоса через каналы в корпусе в полость уплотнения от системы подпитки-продувки подается очищенная и охлажденная запирающая вода под давлением, превышающим давление на нагнетании ГЦН на 5−8 кгс/см2. Запирающая вода через каналы в корпусе уплотнения подается в полость между разделительной ступенью и основной торцовой. Часть уплотняющей воды проходит через жиклеры и поступает на 119

поверхности трения графитовых колец первой основной ступени, охлаждает их и корпус уплотнения и поступает на вторую основную торцевую ступень.

Рис. 6.18. Основные элементы узла уплотнения вала ГЦН-195М 120

Другая часть, которая значительно больше первой, проходит через каналы в корпусе уплотнения через выносной байпасный дроссель, снижающий давления вдвое, и тоже поступает во вторую основную ступень. В свою очередь, запирающая вода, подведенная ко второй основной ступени, делится на две части. Незначительная часть проходит через жиклеры на поверхности трения графитовых колец, охлаждая их, а вторая часть – через выносной дроссель − поступает в полость концевого торцевого уплотнения, охлаждая его. Из полости между второй основной ступенью и концевой ступенью осуществляется слив запирающей воды в деаэратор подпитки. Часть запирающей воды, подаваемой в полость над разделительной ступенью (до 0,75 м3/ч), проходит через зазор между трущимися поверхностями графитовых колец разделительной ступени и может попадать в первый контур. При нормальной работе уплотнения давление между основными торцевыми ступенями распределяется примерно поровну, за счет вынесенных байпасных дросселей. В случае выхода из строя одной из торцевых ступеней оставшаяся ступень будет дросселировать полный перепад давления, при этом расход организованных протечек возрастет в два раза. В случае выхода из строя обеих торцевых ступеней полый перепад давления дросселирует концевая ступень уплотнения при обязательном отключении ГЦН и закрытии вентилей на линии свободного слива уплотняющей воды. 6.3.5. Опорно-упорный подшипник

Опорно-упорный подшипник (рис. 6.19) предназначен для восприятия осевых и радиальных усилий, действующих на вал. Упорный гребень выполнен заодно с шейками радиальных подшипников, насажен на вал насоса и вращается между верхним и нижним упорными кольцами подшипника, воспринимающими осевые усилия вала. В упорных кольцах закреплены упорные колодки, залитые баббитом Б83 толщиной 3 мм. Осевые усилия, действующие на вал насоса, через упорный подшипник передаются на упорные колодки, которые опираются на рычажную балансирную систему типа «Кингсбери», обеспечивающую равномерное распределение на121

грузки между колодками. Упорные колодки выполнены составными.

Рис. 6.19. Верхний опорно-упорный подшипник ГЦН-195М: 1 – обойма; 2 – гребень; 3 – кольцо храповое; 4 – электромагнит; 5 – корпус; 6 – поддон; 7 – кулак; 8 – кольцо упорное верхнее; 9 – кольцо упорное нижнее; 10 – вкладыш нижний; 11 – подушка упорная нижняя; 12 – колодка уравновешивающая верхняя (верхняя); 13 – колодка уравновешивающая нижняя (верхняя); 14 – обойма нижняя; 15 – подушка упорная нижняя; 16 – колодка уравновешивающая верхняя (нижняя); 17 – колодка уравновешивающая нижняя (нижняя); 18 – вкладыш верхний; 19 – обойма верхняя; 20 – бак напорный; 21 – термопара; 22 – пробка сливная; 23 – зубчатое зацепление для торсиона; 24 – полость маслосборника ГУП; 25 – зубчатое зацепление вала насоса 122

Работу смазываемого минеральным маслом упорного подшипника с рычажной уравнительной системой «Кингсбери» (рис. 6.20) можно объяснить следующим образом: диск 3 пяты опирается на восемь колодок 2, установленных на верхние уравновешивающие рычаги 1, которые, в свою очередь, двумя заплечиками держатся на заплечиках нижних уравновешивающих рычагов 6. Последние цилиндрическими выступами, расположенными радиально по середине, опираются на плоскость обоймы 7. Таким образом, упорные колодки в комплекте с верхними и нижними рычагами представляют собой замкнутую по кругу рычажную систему.

Рис. 6.20. Принцип работы подшипника с рычажной уравнительной системой «Кингсбери»: 1 – верхний уравновешивающий рычаг; 2 – колодка; 3 – диск пяты; 4 – центр упора колодок; 5 – геометрическая ось симметрии колодок; 6 – нижний уравновешивающий рычаг

Для создания масляного клина между упорным диском пяты и колодками центры 4 упоров колодок смещены от оси симметрии рычагов на расстояние и в сторону вращения. Если некоторые из упорных колодок по каким-либо причинам выйдут из контакта с пятой, то остальные через рычажную систему будут перемещать их до тех пор, пока осевые усилия, действующие на все колодки, не станут одинаковыми. Данная система распределения нагрузки между колодками, хотя и представляется сложной и трудоемкой при изготовлении, обеспечивает равномерность осевой нагрузки по всем колодкам. 123

Упорный подшипник в насосе ГЦН-195М выполнен в одном блоке с двумя радиальными гидродинамическими подшипниками. Опорные подшипники ГУПА воспринимают радиальные усилия, действующие на вал насоса, и каждый представляет собой самоустанавливающуюся втулку, залитую баббитом Б-83. При работе ГЦН-195М на номинальных оборотах в ГУП выделяется тепловая мощность, равная 140−150 кВт. Это требует подачи больших объемов масла не столько для смазки, сколько для охлаждения подшипника (сравните: подача масла на ГУП 22 м3/ч, а на двигатель 5–6 м3/ч). Смазка и охлаждение опорно-упорного подшипника производится маслом Т-22С (Тп-22), подаваемым под давлением маслосистемой ГЦН. Нормальное давление масла в полости ГУП составляет 0,6– 1,25 кгс/см2, при отклонении от него ГЦН аварийно отключается действием защиты. Масло, проходя через зазор опорных подшипников, стекает в сливной поддон, а с упорного подшипника – в сливной бачок, откуда через дроссельное отверстие по переливной трубе Дy80 поступает в сливной трубопровод Дy150. При этом давление масла дросселируется до атмосферного. При обесточивании маслонасосов во время выбега остановленного ГЦН (до 5 мин) масло из сливного бачка обратным ходом поступает на смазку опорно-упорного подшипника и зазоры опорного подшипника – в сливной поддон. В режиме прекращения подачи питания МНС ГЦН через 8 с после отключения маслонасоса давление в ГУП при номинальных зазорах в подшипниках должно оставлять не менее 0,6 кгс/см2. С поддона масло сливается в бак аварийного слива (в этот бак сливается масло с двух ГЦН) и далее в маслосистемы ГЦН УД 50, 60. 6.3.6. Нижний подшипник скольжения

Нижний подшипник скольжения (рис. 6.21) − опора вала, предназначенная для восприятия радиальных нагрузок. Нижний гидростатический подшипник ГЦН-195М состоит из таких основных узлов и деталей, как вал, подвод воды автономного контура, отвод воды автономного контура, вкладыши из графито124

пласта, втулка, штифт, экран, импеллер (вспомогательное рабочее колесо). Подшипник изготовлен из стали 12Х18Н10Т с вкладышами из графитофторопластовой прессмассы 7В-2А (предназначены для предохранения рабочей поверхности подшипника от оплавления и схватывания при пусках и непредвиденном прекращении питания), по которым работают посаженные на вал втулки, изготовленные из стали 25Х17Н2Б-III с поверхностной термообработкой ТВЧ.

Рис. 6.21. Нижний подшипник скольжения ГЦН-195М 125

Как правило, фторопласт не выдерживает температур выше 200 °С, при этом начинает происходить его формоизменение и распухание. Поэтому инструкция по эксплуатации ГЦН ограничивает предельную температуру автономного контура на уровне 150 °С. Подшипник смазывается и охлаждается водой, циркулирующей в системе автономного контура. При работающем ГЦН циркуляция воды в системе автономного контура обеспечивается вспомогательным рабочим колесом (импеллером). Вспомогательное колесо (импеллер) – центробежного типа, с закрытыми цилиндрическими лопатками. Оно установлено за рабочим колесом по посадке движения при помощи гайки, застопоренной шайбой на вал основного насоса. На стоящем ГЦН циркуляция воды обеспечивается специальным герметичным насосом ВЦЭН-315, установленным в обвязке ГЦН. Вода автономного контура охлаждается до приемлемой температуры (40−60 °С) в выносном теплообменнике – холодильнике автономного контура. Согласно алгоритмам ТЗиБ при температуре автономного контура более 110 °С на ГЦН налагается автоматический запрет включения, при температуре более 150 °С он отключается действием защиты. 6.3.7. Тепловой барьер

Тепловой барьер (пакет пластин) выемной части (рис. 6.22) служит для экранирования теплового потока со стороны горячей среды 1-го контура от охлажденной зоны автономного контура за колесом насоса. Тепловой барьер испытывает значительные нагрузки из-за наличия большого температурного перепада (+288 °С в проточной части ГЦН и +40–60 °С в автономном контуре). На случай усталостного и температурного разрушения шпилек крепления теплового барьера к корпусу выемной части ниже его расположения приварены три страховочных упора. Они не позволят тепловому барьеру при разрушении крепления упасть на рабочее колесо.

126

Рис. 6.22. Выемная часть ГЦН-195М с тепловым барьером

6.3.8. Тепловой экран

Тепловой экран (см. рис. 6.22) защищает вкладыш нижнего подшипника скольжения от прямого воздействия горячей воды 1-го контура при возможном ее забросе в зону автономного контура в период полного обесточивания блока. 6.3.9. Антиреверсное устройство

Антиреверсное устройство (рис. 6.23) служит для предотвращения проворачивания ротора остановленного ГЦН обратным ходом теплоносителя (при других работающих ГЦН). Оно состоит из неподвижного храпового колеса, связанного с корпусом опорноупорного подшипника, двух кронштейнов, установленных на вращающемся разгрузочном диске, и упоров, насаженных на пальцы кронштейнов. 127

После пуска насосов упоры под действием центробежной силы, переворачиваясь на пальцах, выходят из зацепления вала насоса. При остановке насоса центробежная сила перестает действовать на упоры, и они входят в зацепление с зубцами храпового колеса, надежно предохраняя насос от проворачивания вала.

Рис. 6.23. Схема антиреверсного устройства

6.3.10. Электромагнитное разгрузочное устройство

Данное устройство (рис. 6.24) предназначено для частичной компенсации осевого усилия, действующего на упорный подшипник, состоит из разгрузочного диска и корпуса с катушкой.

Рис. 6.24. Устройство электомагнитное разгрузочное: 1 – пружина; 2 – торсион; 3 – крышка; 4 – штифт; 5 – упор; 6 – кольцо храповое; 7 – корпус упорного подшипника; 8 – электромагнит; 9 – зубчатое зацепление 128

Корпус электромагнита, цельнокованый, изготовленный из магнитной углеродистой стали, установлен на поверхность опорноупорного подшипника и одновременно служит для него крышкой. Имеются подвод и отвод охлаждающей техводы к холодильнику, установленному в корпусе электромагнита. В корпус холодильника укладываются две электрокатушки, последовательно соединенные между собой. Катушки изолированы от корпуса кремнийорганической изоляцией, класс изоляции – Н. Электромагнит питается постоянным током, питание подводится к клеммнику, установленному на корпусе электромагнита. Разгрузочный диск закреплен на обойме, связанной с гребнем опорно-упорного подшипника (ГУП) и передает ему действующее вниз усилие 28–30 т, создаваемое электромагнитом. При неработающем разгрузочном устройстве возникающее осевое усилие приводит к «всплыванию» вала и передаче больших нагрузок на верхние колодки ГУП. Поэтому разрешается работа ГЦН при давлении более 110 кгс/см2 не более 5 ч при неработающем электромагнитном разгрузочном устройстве. С целью уменьшения нагрузки на антиреверсивное устройство рекомендуется ограничение числа пусков и время работы при давлении менее 20 кгс/см2. При отключении ГЦН, работающего при давлении в 1-м контуре до 40 кгс/см2, электромагнит должен быть включенным. 6.3.11. Рабочее колесо

Предназначено для перекачивания теплоносителя 1-го контура от всасывающего патрубка насоса к напорному. Рабочее колесо, трехлопастное, центробежное, закрытого типа, с лопатками двойной кривизны, изготовлено из стали 10Х18Н9ТЛ. В ступицу рабочего колеса запрессована втулка, которая имеет центрирующие конусы. Это обеспечивает посадку рабочего колеса на валу насоса без зазора независимо от температуры рабочей среды. Рабочее колесо устанавливается на валу при помощи эвольвентных шлицов, выполненных во втулке, и в осевом направлении крепится гайкой с левой резьбой. На нижнем конце вала, вплотную к рабочему колесу, установлен обтекатель, поджимаемый к рабочему колесу болтом. 129

Рис. 6.25. Рабочее колесо ГЦН

6.4. Устройство составных частей ВЦЭН-315

Гидравлическая часть насоса ВЦЭН-315 (рис. 6.26) состоит из рабочего колеса, вращающегося в полости, образованной корпусом статора и крышкой нижней. Рабочее колесо посажено консольно на нижний конец вала ротора электронасоса и закреплено гайкой. Уплотнительное кольцо ограничивает перетечки между нагнетанием и всасыванием и крепится к крышке нижней винтами. Центральное отверстие в крышке нижней служит для присоединения всасывающего трубопровода с помощью шпилек и гаек. Полость нагнетания выполнена в виде спирального отвода, к выходу которого из корпуса статора подсоединяется нагнетательный трубопровод. Электродвигатель насоса ВЦЭН-315 состоит из статора, ротора и клеммной системы. Корпус статора − сварной. Сверху и снизу корпус закрыт крышками, крепящимися с помощью шпилек и гаек. Крышки уплотняются через металлическую прокладку. Отверстие, находящееся в корпусе статора и закрытое пробкой, служит для слива жидкости в случае повреждения рубашки.

130

Рис. 6.26. Устройство насоса ВЦЭН-315 131

Обратный клапан установлен на верхней крышке и предусмотрен для предотвращения попадания горячей воды из автономного контура ГЦН в электронасос ВЦЭН-315 в случае его работы в качестве вспомогательного насоса при параллельном соединении трубопроводов выпуска воздуха обоих насосов, а так же для взятия проб перекачиваемой жидкости из ВЦЭН-315. Рубашка, изготовленная из нихрома толщиной 0,4 мм, герметично разделяет статорную и роторную полости. По концам рубашка приварена роликовой сваркой. Электроизоляция рубашки от стали статора выполнена тканью из стеклянного волокна, наклеенной на расточку статора бакелитовым лаком. Пакет стали статора набран из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Поверхности листов покрыты электроизолирующей фосфатной пленкой. Пакет стали статора спрессован и удерживается в спрессованном состоянии при помощи нажимных плит. Обмотка статора выполнена в виде катушек, по четыре катушки на каждую фазу. Соединение катушек в фазе – последовательное. Концы фаз обмотки объединены в звезду. Начала фаз обмотки соединены с фазными выводами, находящимися в клеммной коробке. Бочка ротора и вал выполнены цельноковаными из нержавеющей магнитной стали. Медные стержни, заложенные в пазы бочки ротора и спаянные с короткозамыкающими кольцами, образуют «беличью клетку», которая закрыта тонкостенной рубашкой, приваренной роликовой сваркой по концам к стальным кольцам. Ротор электронасоса ВЦЭН-315 вращается в подшипниках скольжения. Радиальные усилия воспринимаются верхним и нижним радиальными подшипниками, осевые усилия воспринимаются колодками двухстороннего упорного подшипника. Нижний радиальный подшипник (втулка, вкладыш, корпус) размещен в корпусе статора и закреплен двумя гайками. Верхний радиальный подшипник (втулка, вкладыш, корпус) размещен в корпусе статора и закреплен через промежуточную втулку гайкой. Вкладыши подшипников изготовлены из графитофторопласта и работают в паре с втулками, посаженными на вал ротора, изготовленными из нержавеющей стали повышенной твердости.

132

Упорный подшипник состоит из двух одинаковых упорных колодок: верхняя лежит на втулке и поджимается гайкой, нижняя − размещена в корпусе верхнего подшипника. 6.5. Конструкция электродвигателя ГЦН (ВАЗ 215/109-6АМО5)

В качестве привода ГЦН использован вертикальный, асинхронный электродвигатель ВАЗ 215/109-6АМО5 закрытого типа с самовентилирующим действием ротора. Соединение валов двигателя и насоса осуществляется с помощью торсионной муфты, не передающей осевые усилия от насоса. Двигатель выполнен с вертикальным валом, с двумя направляющими подшипниками и подпятником, рассчитанным на восприятие осевой нагрузки только от веса ротора и маховика. Смазка подшипников и подпятника − циркуляционная, от маслосистемы насоса. Охлаждение обмоток двигателя осуществляется четырьмя встроенными воздухоохладителями, в которые подается техническая вода группы «В» с расходом не менее 70 м3/ч. Воздухоохладители размещены в корпусе статора между сердечником и наружной обшивкой. Нагретый воздух, прошедший через сердечник и обмотку статора, поступает в средние зоны воздухоохладителей, распределяется на две струи и через верхнюю и нижнюю зоны охладителей, пройдя через лобовые обмотки статора, возвращается к ротору. Циркуляция воздуха осуществляется за счет напора, развиваемого ротором. 6.5.1. Статор двигателя

Статор двигателя – цилиндрической формы, неразъемный. Сердечник набран из штампованных изолированных лаком сегментов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. По высоте сердечник разделен на пакеты радиальными вентиляционными каналами и опрессован стяжными шпильками. В пазы сердечника уложена обмотка. Корпус статора − сварной из листовой стали. В корпусе установлены кольцевые рамы, связанные между собой ребрами и брусьями с «ласточкиными хвостами» для крепления сердечника статора. 133

Рис. 6.27. Электродвигатель ГЦН-195М 134

Продольными ребрами корпус статора разделен на четыре сектора, образующие зоны горячего воздуха, по которым нагретый воздух из сердечника статора поступает в воздухоохладители. Во фланцах корпуса в каждом секторе выполнены соосные отверстия, образующие вертикальные шахты для установки воздухоохладителей. 6.5.2. Обмотка статора

Обмотка статора стержневая петлевая с непрерывной термореактивной изоляцией класса «В». Начала фаз выведены посредством изолированных шин в коробку выводов, расположенную в верхней части корпуса статора. Концы фаз выведены через три трансформатора тока с литой изоляцией, установленные внутри корпуса статора, и соединены в нуль. Доступ к трансформаторам тока обеспечен через окно в цилиндрической части корпуса статора, закрытое съемной заглушкой. По два конца от вторичных обмоток каждого трансформатора выведены на штепсельный разъем, установленный на корпусе статора. 6.5.3. Сердечник ротора

Набран из штампованных изолированных лаком сегментов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. По высоте сердечник разделен на пакеты радиальными вентиляционными каналами и насажен на ребристый вал. 6.5.4. Обмотка ротора

Выполнена из бронзовых стержней трапецеидальной формы, замкнутых по торцам медными кольцами, на которое насажены бандажные кольца из немагнитной стали. Стержни расклинены в пазу специальными клиньями. На нижнем кольце вала ротора в центральное отверстие установлена втулка торсиона и предусмотрено посадочное место для маховика.

135

6.5.5. Воздухоохладители

Воздухоохладители соединены по воде в две параллельные ветви по два охладителя. Воздухоохладители четырех- или трехрядные, с шахматным расположение трубок. Трубки − биметаллические, с алюминиевым оребрением, развальцованные своими концами в трубных плитах. К трубным плитам присоединяются крышки. В нижней крышке имеются съемные фланцы для присоединения патрубков водопровода. Воздухоохладители опускаются в статор сверху и крепятся к верхней раме корпуса статора. Патрубки подачи воды воздухоохладителя уплотнены относительно нижнего фланца статора. Перегородки, разделяющие охладитель по высоте на три зоны, со стороны, обращенной к сердечнику статора, имеют резиновые прокладки для предотвращения паразитных перетечек воздуха между зонами охладителя. В каждом охладителе на нижней крышке имеется штуцер для удаления воздуха из верхней крышки при заполнении охладителя водой. 6.5.6. Верхняя крестовина

Верхняя крестовина (рис. 6.28) − грузонесущая, сварной конструкции, с четырьмя лапами. Корпус крестовины имеет цилиндрическую форму. Центральная часть крестовины образует масляную ванну, в которой расположены подпятник и направляющий подшипник. Гнездо направляющего подшипника, установленное внутри масляной ванны, делит ее объем на камеру смазки и камеру слива. Для организации циркуляции масла в камере смазки внутри гнезда направляющего подшипника установлено торцевое уплотнение, по поверхности трения которого скользит диск втулки подпятника. Торцевое уплотнение отделяет зону подпятника от зоны направляющего подшипника. Из днища камеры слива выведена сливная труба, соединенная с коллектором слива масла. В днище масляной ванны установлено радиальное уплотнение вала, ограничивающее утечку масла из камеры смазки.

136

Рис. 6.28. Крестовина верхняя электродвигателя ГЦН

Крышка, установленная под днищем, образует камеру дренажа. В стенку камеры дренажа вварена труба подачи масла, входящая в кольцевую маслораспределительную канавку, и труба, соединенная с коллектором слива масла. На боковой поверхности камеры дренажа имеются три отверстия, закрытые со съемными заглушками, предназначенные для очистки маслораспределительной канавки. Скопления масла в камерах слива и дренажа при нормальных режимах работы не происходит благодаря большому сечению отводящих труб. Для сигнализации аварийного скопления масла в камере дренажа установлен индивидуальный указатель уровня жидкости УЖИ. На цилиндрической поверхности корпуса крестовины имеется люк, закрытый съемной заглушкой, через который обеспечивается визуальный контроль уровня по датчику УЖИ. На верхнем фланце крестовины имеются четыре люка, которые закрываются съемными заглушками. При снятии заглушек обеспечивается допуск к четырем отверстиям в ребрах крестовины для крепления траверсы при подъеме двигателя и к указателю уровня жидкости УЖИ. Люки предназначены также для замера воздушного зазора и осмотра лобовых частей обмоток статора и ротора. 137

6.5.7. Нижняя крестовина

Нижняя крестовина (рис. 6.29) − сварной конструкции. Корпус крестовины состоит из двух цилиндров, связанных системой ребер с верхним и нижним фланцем крестовины. Верхняя часть внутреннего цилиндра образует масляную ванну, в которой расположен нижний направляющий подшипник. Гнездо направляющего подшипника, приваренное к ребрам, установленным внутри масляной ванны, разделяет масляную ванну на камеру, заполняемую маслом, где расположены сегменты направляющего подшипника, и камеру слива. Снизу камера подшипника ограничивается крышкой, в которой устанавливается плавающее радиальное уплотнение. Крышка служит одновременно опорой для сегментов направляющего подшипника. В днище камеры слива масла вварена труба, соединенная с коллектором. Нижняя часть внутреннего цилиндра и крышка, укрепленная в нижнем фланце крестовины, образуют камеру дренажа. В боковую стенку нижней камеры дренажа вварена труба для сброса масла, соединенная со сливным коллектором.

Рис. 6.29. Крестовина нижняя электродвигателя ГЦН 138

Для сигнализации аварийного скопления масла в камере дренажа в корпусе крестовины установлен указатель уровня УЖИ. На верхнем фланце крестовины предусмотрены площадки для установки винтовых домкратов, используемых во время монтажа двигателя. В днище крестовины, между наружным и внутренним цилиндрами, выполнены четыре люка, закрытые устанавливающимися изнутри крестовины съемными заглушками. Люки предназначены для облегчения работ по монтажу подшипника. В этой же зоне, в углубленном ниже уровня днища крестовиной стакане, расположен указатель уровня УЖИ для сигнализации аварийного скопления жидкости в случае образования течи в воздухоохладителях. В нижнюю часть крестовины вварен патрубок для отвода конденсата и аварийного слива жидкости, соединенный трубкой с углублением, где установлен указатель УЖИ. На боковой поверхности наружного цилиндра имеются четыре прямоугольных люка, закрытые съемными заглушками. Люки обеспечивают возможность доступа к указателя уровня жидкости, к подшипнику, возможность замера воздушного зазора и осмотра лобовых частей обмоток. На ребрах крестовины между наружным и внутренним цилиндрами, установлены электронагреватели. 6.5.8. Направляющие подшипники

Направляющие подшипники (рис. 6.30) – сегментные, самоустанавливающиеся, на сферической радиальной опоре. Поверхность трения сегментов облицована баббитом. Сегменты имеют изоляцию для защиты их от подшипниковых токов. 6.5.9. Подпятник

Состоит из восьми самоустанавливающихся сегментов, поверхность трения которых облицована баббитом. Каждый сегмент установлен на сферической головке опорного винта. Регулировка положения каждого сегмента по высоте производится поворотом опорного винта. Между сегментами и сферической головкой опорного винта установлена прокладка из меди, способствующая выравниванию нагрузки между сегментами. 139

Рис. 6.30. Верхний направляющий подшипник электродвигателя

По баббитовой поверхности трения сегментов вращается шлифованный стальной диск, укрепленный болтами на втулке подпятника и зафиксированный штифтами. Вращающийся диск изолирован от втулки подпятника. Верхний фланец маслобака оборудован двумя люками, закрытыми съемными заглушками. Люки предназначены для очистки внутренней полости маслобака. В центре верхней крышки − съемная заглушка, обеспечивающая доступ к тахометру. На цилиндрической поверхности крышки имеется люк, закрытый съемной заглушкой и предназначенный для замены дроссельных шайб при регулировке расхода масла. 140

Дроссельные шайбы установлены в разъемах фланцев патрубков. В верхнюю крестовину масло подается из масляного бака по трубе, вваренной в боковую поверхность цилиндра под днищем масляной ванны. Масло растекается по кольцевой канавке и через отверстия, равномерно расположенные в днище масляной ванны, поступает в камеру смазки и подается к подшипникам. Затем, переливаясь через край гнезда, масло попадает в камеру слива и по сливной трубе в коллектор слива. Масло, перетекающее через радиальное уплотнение в камеру дренажа, также отводится по трубе в сливной коллектор. В нижнюю крестовину масло поступает по трубе, вваренной в стенку гнезда подшипника. Масло растекается по кольцевой канавке и через радиальные отверстия поступает в камеру подшипника, затем, переливаясь через край гнезда, попадает в камеру слива и (по сливной трубе) в коллектор слива. Масло, перетекающее через радиальное уплотнение вала, попадает в камеру дренажа и затем также в сливной коллектор. Регулирование распределения масла по крестовинам производится путем подбора диаметра отверстия в шайбе. Шайба на трубе перелива позволяет стабилизировать расход масла через двигатель при изменении температуры и давления масла в напорной магистрали насосного агрегата. Для облегчения подбора дроссельной шайбы, установленной в напорной ветви на трубопроводе, до шайбы и в маслобаке имеются штуцеры для присоединения манометров. Схема управления маслосистемой ГЦН предусматривает при аварийной остановке работающего маслонасоса включение резервного. После остановки масляного насоса конструкции маслобака обеспечивается некоторое время полный расход масла через подшипники, а затем, на время последующего выбега (ориентировочно в течение 5 мин) обеспечивается уменьшенный расход масла, соответствующий протечке масла через радиальные уплотнения масляных ванн крестовин. При полном расходе масло подается к подшипникам через верхние торцы отводящих труб масляного бака, а при уменьшенном – через отверстия этих же труб, расположенные на уровне дна масляного бака. 141

6.5.10. Радиальные уплотнения

Радиальные уплотнения вала, установленные в крестовинах, предназначены для ограничения утечки масла из камер смазки. Уплотнения, установленные в верхней и нижней крестовинах, имеют аналогичную конструкцию. Уплотнительное кольцо, поверхность трения которого залита баббитом, установлено между двумя резиновыми кольцами. Конструкция уплотнения обеспечивает подвижность уплотняющего кольца в радиальном направлении. Ниже маховика, с целью предотвращения выделения паров масла из двигателя насоса, устанавливается щит, снабженный патрубком для отвода протечек жидкости. 6.5.11. Электронагреватели

Электронагреватели предназначены для предотвращения увлажнения изоляции неработающего двигателя. Они должны включаются при каждой остановке электродвигателя не позднее, чем через час после отключения. Нагреватели соединены в две параллельные ветви, мощность каждой − 5 кВт, питание нагревателей от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В. Начала и концы параллельных ветвей выведены на штепсельные разъемы, установленные на корпусе крестовины. 6.5.12. Контроль температуры

Контроль температуры нагрева подпятника и подшипников осуществляется с помощью термопреобразователей сопротивления ТСМ-0979, установленных в сегментах. Нагрев обмотки, сердечника статора контролируется с помощью термопреобразователей сопротивления, заложенных в пазы сердечника при укладке обмотки. Температура горячего и охлажденного воздуха контролируется термометрами ТСМ-6114, установленными в корпусе статора. Концы всех термометров сопротивления выведены на штепсельные разъемы, установленные на корпусе двигателя. Концы термометров сопротивления заложены в пазы сердечника статора и выведены на штепсельные разъемы через промежуточную клеммную панель. В случае пробоя на корпус обмотки статора конструк142

ция панели обеспечивает защиту вторичных цепей измерения от высокого напряжения На трубопроводе подачи масла на электродвигатель установлен обратный клапан в районе его входа в верхнюю маслованну для того, чтобы не происходило вакуумирование верхней маслованны из-за обратного слива напорного маслопровода (при отключении МНС ГЦН и прекращении подачи масла). Как было сказано, передача момента вращения рот электродвигателя к выемной части (собственно насосу) ГЦН производится посредством торсионного вала. После проведения капитального ремонта ГЦН (и, соответственно, капремонта электродвигателя) обычно проводят проверку работоспособности электродвигателя с отдельной его прокруткой и замером вибрации. В этом случае его расчленяют с выемной частью путем стопорения торсиона в поднятом положении. Однако в этом режиме достигается очень длительный выбег электродвигателя, расцепленного с выемной частью (не менее 25 мин по паспорту завода-изготовителя). Объем верхней маслованны обеспечивает выбег лишь в течение 5 мин без подачи масла. Ясно, что в этом случае проектные защиты по потере подачи масла на ГЦН не спасут двигатель от разрушения при прекращении его подачи, поэтому в этом случае необходимо принятие дополнительных мер безопасности (заневоливание в открытом положении пневмоарматуры на маслопроводах, запитка МНС ГЦН от резервного энергопитания и т.д.). Также актуальной остается проблема эксплуатации эл. двигателей ГЦН в зимнее время при температуре техводы от +3 до +5 °С. При такой температуре техводы наблюдается интенсивный процесс «отпотевания» обмотки статора электродвигателя, особенно при его останове. Это требует регулирования расходов техводы на электродвигатель со 100 до 20–40 м3/ч.

143

Глава 7. КОНДЕНСАТНЫЕ НАСОСЫ 7.1. Конденсатный насос 1-й ступени 7.1.1. Общее описание конструкции

В тракте основного конденсата КЭН-1 типа КсВА-1500-120 предназначены для подачи конденсата отработанного пара с температурой до 45 °С из конденсаторов турбины на блочную обессоливающую установку. На блок устанавливается три насоса (два рабочих, один – резервный). Насос КсВА-1500-120 (рис. 7.1) центробежный, 4-ступенчатый, секционного типа, вертикального исполнения. Особенность работы насоса – откачиваемая вода близка к температуре насыщения, на стороне всасывания всегда глубокий вакуум, а давление нагнетания превышает атмосферное. Рис. 7.1. Конструкция насоса КсВА-1500-120: 1 – верхний опорно-упорный подшипник; 2 – винтовая втулка; 3 – змеевик; 4 – вал; 5 – грундбукса; 6 – сальниковое уплотнение; 7 – крышка напорная; 8 – разгрузочный барабан; 9 – рабочее колесо 4-й ступени; 10 – разгрузочная труба; 11 – рабочее колесо 3-й ступени; 12 – секция внутреннего корпуса; 13 – направляющий аппарат; 14 – рабочее колесо 2-й ступени; 15 – наружный корпус; 16 – рабочее колесо 1-й ступени; 17 – предвключенное винтовое колесо; 18 – нижний опорный подшипник; 19 – винт; 20 – защитная сетка 144

Привод насоса осуществляется от электродвигателя. Вал насоса соединен с валом электродвигателя через промежуточный вал. На подшипниках электродвигателя установлены термодатчики. 7.1.2. Устройство и работа насоса

Наружный корпус насоса 15 − сварной, внутренний корпус набран из сварно-кованых секций 12, стянутых между собой болтами и шпильками. Внутри секций установлены направляющие аппараты 13. Для возможности опорожнения насоса при выводе в ремонт в нижней части наружного корпуса имеется отверстие М20, заглушенное пробкой. Стык наружного корпуса и напорной крышки 7 уплотняется резиновыми кольцами и для предотвращения подсоса воздуха в насос имеет гидрозатвор, в который подводится основной конденсат с напора КЭН-1. В верхнюю часть корпуса конденсатного насоса врезан трубопровод с вентилем, который предназначен для отсоса воздуха из внутренней полости насоса в паровое пространство конденсатора. Эта линия используется при пуске насоса, во время работы насоса вентиль должен быть закрыт. Ротор насоса состоит из вала 4, рабочих колес 9, 11, 14, 16, защитных втулок, разгрузочного барабана 8. Рабочие колеса имеют одинаковую конструкцию, кроме колеса 1-й ступени специальной конструкции с повышенными антикавитационными свойствами. Для повышения всасывающей способности насоса и защиты от кавитации основных ступеней перед рабочим колесом 1-й ступени установлено предвключенное винтовое колесо 17, менее подверженное кавитации. При вращении ротора вода, поступающая от винтового колеса в полость первого рабочего колеса, под действием центробежных сил перемещается от центра к периферии и, получая кинетическую энергию, попадает в направляющий аппарат, изменяет направление и поступает в полость второго рабочего колеса, где кинетическая энергия воды переходит в потенциальную (энергию давления). На второй ступени процесс повторяется. За 4-й ступенью рабочих колес давление в напорном патрубке повышается до 10 кгс/см2. 145

7.1.3. Верхний опорно-упорный подшипник

Верхний подшипник насоса 1 – шариковый (рис. 7.2). Смазка подшипника − местная, производится с помощью винтовой втулки 2, захватывающей масло из масляной ванны. Работа насоса с вращением в обратную сторону недопустима из-за отсутствия подачи масла на смазку подшипника и выхода его из строя. Обратное вращение возможно при неправильной фазировке электродвигателя, а также при непосадке обратного клапана после отключения насоса. В качестве смазочного материала применяется турбинное масло марки ТП-22С. Уровень масла контролируется по маслоуказательному стеклу, на котором нанесены две метки – нижний и верхний допустимые уровни. В процессе эксплуатации насоса необходимо следить за уровнем масла в подшипниках, так как его недостаток и избыток отрицательно сказываются на работе подшипников.

Рис. 7.2. Устройство опорно-упорного подшипника

Охлаждение масла осуществляется техводой неответственных потребителей или циркводой, проходящей через змеевик 3, расположенный в масляной ванне. В корпусе подшипника предусмотрено место для установки термодатчика, контролирующего температуру подшипника. 146

7.1.4. Нижний опорный подшипник

Нижний опорный подшипник насоса (рис. 7.3) выполнен из лингофоля или резины, смазывается и охлаждается перекачиваемым конденсатом, поэтому пуск насоса, не заполненного водой, недопустим.

Рис. 7.3. Нижний опорный подшипник

Конденсат для смазки подается винтом 19, установленным на конце вала. Перед подшипником расположена защитная сетка 20. Во избежание выхода подшипника из строя при засорении сетки в обтекателе, предусмотрен боковой паз для постоянного подвода необходимого количества конденсата. Подшипник очень надежен в работе, контролю в работе недоступен. 7.1.5. Разгрузочный барабан

Из-за разности давлений по обе стороны рабочих колес появляется осевая сила, действующая в сторону всаса. Для уравновешивания осевого усилия предназначен разгрузочный барабан 8 (рис. 7.4), выполняющий две функции: уменьшает осевую силу и снижает давление перед концевым уплотнением со стороны нагнетания насоса. Оставшуюся осевую силу воспринимает верхний радиально-упорный подшипник. 147

Разгрузочный барабан представляет собой массивный цилиндр, жестко установленный на вал за последней ступенью насоса. Между барабаном и корпусом напорной крышки образована цилиндрическая дроссельная Рис. 7.4. Устройство разгрузочного щель с зазором 0,3, барабана насоса 0,35 мм. Длина щели выбирается из конструктивных соображений с учетом возможности обеспечения минимальной протечки через нее для недопущения значительного снижения КПД насоса. Полость за барабаном соединяется разгрузочной трубой Ду40 со всасом насоса и в этой полости давление равно давлению всасывания. В результате разницы давлений сверху и снизу на барабан будет действовать усилие, направленное в сторону нагнетания. 7.1.6. Уплотнение ротора КЭН-1

Уплотнение ротора КЭН-1 предназначено для предотвращения протечки конденсата из насоса при его работе. Уплотнения ротора КЭН-1 бывают двух типов – сальниковое и торцевое. На насосах КсВА-1500-120 установлены торцевые уплотнения. Вращающееся кольцо 2, обойма 4 и кольцо нажимное 6 устанавливаются на защитной втулке 7, надеваемой на вал насоса, и враща-

Рис. 7.5. Уплотнение ротора КЭН-1 148

ются с той же угловой скоростью, что и вал. Вращение от защитной втулки через шпонку 5 передается на обойму, от обоймы – подвижному кольцу. Неподвижное кольцо 3 устанавливается в корпусе и удерживается от поворота винтом. В процессе работы, под действием гидростатического давления уплотняемой жидкости, вращающееся кольцо плотно прилегает к неподвижному кольцу и тем самым создает надежную герметизацию полости насоса. При стоянке насоса пары трения удерживаются в постоянном контакте пружинами 1, которые передают усилие на вращающееся кольцо через нажимное и резиновое кольца, последнее уплотняет радиальный зазор между защитной втулкой и вращающимся кольцом. Герметичность всех соединений обеспечивается уплотнительными резиновыми кольцами круглого сечения. Для отвода тепла от пары трения и удаления продуктов износа, а также создания гидрозатвора к концевому уплотнению подводится конденсат 8. Сальниковое уплотнение осуществляется мягкой сальниковой набивкой. Герметизация происходит за счет прилегания набивки из сальниковых колец к рубашке, установленной на валу насоса. Гидравлическое кольцо, устроенное между набивкой, предотвращает присосы воздуха через неработающий насос. К кольцу по специальному каналу подводится основной конденсат от напора КЭН-1. Регулировка плотности сальника осуществляется подтягиванием грундбуксы, которая перемещается на шпильках, ввернутых в корпус сальникового уплотнения. Во время работы место трения охлаждается и смазывается водой, которая протекает через сальники наружу. Нормальная величина протечки – частая капельная или тонкая струйная течь через сальники. Не рекомендуется эксплуатировать насос вообще без протечки через сальник. Это приводит к тому, что сальниковая набивка работает без охлаждения и смазки, роль которой выполняет вода, и перегреву уплотнения, что может привести к выходу насоса из строя. 7.1.7. Характеристики КЭН-1

Зависимости напора, мощности, коэффициента полезного действия и допустимого кавитационного запаса от расхода КЭН-1 типа КсВА-1500-120 представлены на рис. 7.6. 149

Рис. 7.6. Характеристики КЭН-1

7.1.8. Технические данные КЭН-1 Тип Расход Напор Допустимые отклонения величины напора Частота вращения Допустимый кавитационный запас Допустимое давление на входе Мощность КПД Внешняя утечка через концевые уплотнения: сальниковое, не более торцевое, не более Расход охлаждающего конденсата на концевое уплотнение Расход охлаждающей воды на подшипники насоса 150

Размерность м3/ч м %

КсВА-1500-120 1850 95 –3, +5

об/мин м кгс/см2 кВт %

740 2,8 2,0 606 79

м3/ч м3/ч

0,05 0,01

м3/ч

3,0

м3/ч

1,5

Окончание таблицы Размерность КсВА-1500 -120

Тип Температура перекачиваемой жидкости, не более Масса: насоса агрегата Электродвигатель: тип мощность напряжение

°С

70

кг кг

13 460 24 140

кВт В

АВ15-36-8 1000 6000

7.2. Конденсатный насос 2-й ступени 7.2.1. Общее описание конструкции

В тракте основного конденсата КЭН-II типа КсА-1500-240-2А (рис. 7.7) предназначены для подачи конденсата в деаэраторы через подогреватели низкого давления. Насос – центробежный, горизонтальный, одноступенчатый, с рабочим колесом двухстороннего всасывания. На блок устанавливаются три насоса: два рабочих, один − резервный. Насос укомплектован электродвигателем 2А3М-1600/6000-44. Предусмотрен подвод технической воды на воздухоохладители электродвигателя насоса. КЭН-2 не допускает обратного вращения из-за возможности срыва масляного клина в подшипниках. Другая опасность − засорение дрессеной (ракушкой) воздухоохладителей и маслоохладителей, что приводит к увеличению температуры воздуха в электрическом двигателе и масла. Масляные фильтры необходимо периодически чистить. На маслосистеме установлены шестеренчатые насосы, которые не допускают включения на закрытую напорную задвижку, так как резко возрастает давление напора и происходит срабатывание предохранительного клапана. В процессе эксплуатации необходим непрерывный контроль за состоянием насосных агрегатов, поскольку ухудшение работы конденсатных насосов может привести к останову блока. 151

Рис. 7.7. Конструкция КЭН-2: 1 – вал насоса; 2 – опорный подшипник скольжения; 3 – маслоподающее кольцо; 4 – водоотбойное кольцо; 5 – маслотбойное кольцо; 6 – грундбукса; 7 – сальниковое уплотнение; 8 – корпус; 9 – рабочее колесо; 10 – упорный шарикоподшипник

7.2.2. Устройство и работа насоса

Основные элементы насоса: • корпус; • ротор с закрепленным на нем рабочем колесом; • передний и задний подшипники; • концевые уплотнения вала. Соединение валов электродвигателя насоса осуществляется при помощи зубчатой муфты с проставкой для замены узла торцевого уплотнения. Корпус насоса литой, с полуспиральным подводом и спиральным двухзавитковым отводом, с горизонтальным разъемом. Входной и напорный патрубки насоса, расположенные в нижней части 152

корпуса, направлены в разные стороны, перпендикулярно оси вращения насоса. Насос установлен на плите. Ротор насоса состоит из вала и закрепленного на нём рабочего колеса, защитных втулок, маслоотражателей. Рабочее колесо двухстороннего всасывания с диаметром D = 390 мм. Ротор насоса разгружен от осевых усилий благодаря применению рабочего колеса 2-стороннего всасывания. Направление вращения ротора – по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода. Опорами ротора служат подшипники скольжения: опорный подшипник (со стороны эл. двигателя) и опорно-упорный (со стороны свободного конца вала).

Рис. 7.8. Схема подшипников КЭН-2

Остаточное осевое усилие ротора воспринимает упорный шарикоподшипник. Наружная обойма шарикоподшипника не зажата, в осевом направлении имеет зазор 0,05−0,10 мм. Это позволяет ротору свободно всплывать при вращении. Во внутренней расточке корпуса опорного подшипника установлен вкладыш с баббитовой заливкой, из двух половин, зафиксированный от проворота штифтом. Индивидуальная маслосистема КЭН-2 ступени осуществляет принудительную подачу масла (маслонасосами) на смазку опорного и опорно-упорного подшипников. При выходе из строя маслонасосов смазка осуществляется через специальные кольца. Подвод масла к подшипникам насоса и слив масла осуществляются по вспомогательному трубопроводу. 153

Концевые уплотнения изготовлены в двух взаимозаменяемых вариантах: торцевые уплотнения – для постоянной работы, сальниковые – для пусконаладки. Слив утечек из концевых уплотнений и подвод охлаждающей жидкости к концевым уплотнениям осуществляются по вспомогательному трубопроводу в воронку.

Рис. 7.9. Варианты уплотнения вала насоса

Привод насоса осуществляется от электродвигателя. Зубчатая муфта соединяет валы насоса и электродвигателя. 7.2.3. Опорные подшипники насоса

Рис. 7.10. Опорный подшипник насоса

Опорный подшипник (рис. 7.10) состоит из корпуса и вкладыша 2, которые имеют горизонтальный разъем. Вкладыш подшипника состоит из верхней и нижней половин, стянутых шпильками, и устанавливается на опорных подушках корпуса в расточке корпуса. Центровка вкладыша выполняется с помощью дистанционных прокладок. Вкладыш 2 зафиксирован от проворота штифтом. Рабочая часть вкладыша залита баббитом. На выходе ротора из корпуса подшипника установлены маслоотбойные кольца. Смазка всех подшипников принудительная, от индивидуальной маслосистемы агре154

гата. При выходе из строя маслонасосов смазки на время выбега ротора масло на смазку опорных подшипников подается из маслованны нижней части корпуса кольцами 3, свободно вращающимися на валу. КЭН-2 не допускает обратного вращения из-за возможности срыва масляного клина в подшипниках. 7.2.4. Концевые уплотнения

Концевые уплотнения ротора (рис. 7.11) выполнены в двух взаимозаменяемых вариантах – сальниковое или торцевое. На КлнАЭС применяются уплотнения сальникового типа. Уплотнение осуществляется мягкой сальниковой набивкой, герметизация происходит за счет прилегания набивки из сальниковых колец к рубашке, установленной на валу насоса. РегуРис. 7.11. Концевое лировка плотности сальника осущеступлотнение вляется подтягиванием грундбуксы 6, которая перемещается на шпильках, ввернутых в корпус сальникового уплотнения. Во время работы место трения охлаждается и смазывается водой, которая протекает через сальники наружу. Нормальная величина протечки – частая капельная или тонкая струйная течь через сальники. Не рекомендуется эксплуатировать насос вообще без протечки через сальник. Это приводит к тому, что сальниковая набивка 7 работает без охлаждения и смазки, роль которой выполняет вода, а также к перегреву уплотнения, приводящему к выходу насоса из строя. На концевые уплотнения подводится основной конденсат с напора КЭН-2 (вентиль установлен на корпусе насоса). Слив протечек из концевых уплотнений осуществляется по вспомогательному трубопроводу в воронку. 7.2.5. Характеристики КЭН-2

Зависимости напора, мощности, коэффициента полезного действия и допустимого кавитационного запаса от расхода КЭН-2 представлены на рис. 7.12. 155

Рис. 7.12. Характеристики КЭН-2

7.2.6. Технические данные КЭН-2 Характеристика Расход Напор Допустимые отклонения величины напора Частота вращения Допустимый кавитационный запас Допустимое давление на входе Мощность КПД Внешняя утечка через концевые уплотнения: сальниковое, не более торцевое, не более Расход охлаждающего конденсата на концевое уплотнение Расход охлаждающей воды на подшипники насоса Температура перекачиваемой жидкости Масса: насоса агрегата 156

Размерность м3/ч м

КсА-1500-240-2а 1850 170

% об/мин м кгс/см2 кВт %

–3, +5 2975 25 1,5 1020 84

м3/ч м3/ч

0,05 0,02

м3/ч

3,0

м3/ч

1,5

°С

70

кг кг

13 460 24 140

7.3. Общие вопросы эксплуатации конденсационной установки 7.3.1. Схема обвязки КЭН-1

157

7.3.3. Пуск конденсационной установки в работу

Основные этапы ввода в работу систем конденсационной установки: • включение одного КЭН-1 на рециркуляцию в конденсатор через гидропетлю или через РУК; • включение одного КЭН-2 на рециркуляцию в конденсатор турбины через РУК; • включение в работу фильтров БОУ (выполняет персонал ХЦ); • включение ЭП; 158

• включение эжекторов уплотнений, подача пара на уплотнения турбины; • включение ЭО; • заполнение основным конденсатом трубных систем ПНД и подача основного конденсата в Д-7 ата. Один из КЭН-1 включают в работу на закрытую напорную задвижку, после включения насоса необходимо убедиться в том, что: • сила тока ЭД не превышает номинальной величины – 116 А (в случае перегрузки ЭД необходимо остановить агрегат для выявления и устранения причин перегрузки); • давление конденсата в напорном трубопроводе нормальное (15 кгс/см2 на закрытую напорную задвижку); • отсутствуют ненормальный шум, стук и вибрация агрегатов; • давление конденсата, подводимого к концевому уплотнению и на уплотнение напорной крышки, равно 1,5; 2,5 кгс/см2; • давление воды, подводимой на охлаждение верхнего подшипника насоса, равно 2,0; 2,5 кгс/см2; • вентили отвода воздуха из камер разгрузочных барабанов SH51, 53S03 закрыты; • нагрев корпуса верхнего подшипника находится в допустимых пределах (температура не должна превышать 65 °С), что свидетельствует о нормальном поступлении воды на охлаждение корпуса подшипника и нормальной циркуляции масла; • сальник насоса работает нормально (из камеры сальника имеется небольшой слив воды, и сальник не нагревается). После разворота насоса и контроля нормальной работы по месту (докладывает МОТО) постепенно открывают напорную задвижку для работы КЭН-1 на рециркуляцию в конденсатор через гидропетлю. Работа насоса на закрытую напорную задвижку более двух минут не допускается. Открывают напорные задвижки насосов, находящихся в резерве, после этого контролируется плотность обратных клапанов на напоре по отсутствию обратного вращения ротора насоса. Переключатель блокировок работающего насоса ставится в положение «Работа», двух других – в положение «Резерв», резервные насосы должны быть готовы к пуску. 159

Можно включить КЭН-1 на рециркуляцию в конденсатор через стоящий КЭН-2, предварительно включив маслосистему этого КЭН-2 (для исключения вращения ротора без масла) и открыв всас и напор этого насоса. Перед пуском КЭН-2 убедиться, что: • давление конденсата на всасе насосов не менее 1,7 кгс/см2; • включены рабочие маслонасосы смазки подшипников КЭН-2, и давление масла в магистрали перед подшипниками не менее 0,7 кгс/см2. Включают один КЭН-2 на закрытый напор (работа насоса на закрытую напорную задвижку допускается не более 5 мин), после включения необходимо убедиться в том, что: • сила тока ЭД не превышает номинального значения 177 А; • давление конденсата в напорном трубопроводе нормальное (25 кгс/см2 на закрытую напорную задвижку); • отсутствуют ненормальный шум, стук и вибрация агрегатов; • подается конденсат к уплотнениям насосов, из камеры сальника имеется небольшой слив воды и сальник не нагревается; • температура корпусов подшипников не превышает 65 °С. Регулируется подача техводы на воздухоохладители ЭД и маслоохладители системы смазки для поддержания температуры масла после маслоохладителя на уровне 35, 40 °С. Переключатель блокировок одного насоса переводится в положение «Работа», двух других – в положение «Резерв», резервные насосы должны всегда находится в состоянии готовности к пуску, маслонасосы на резервных КЭН-2 должны быть постоянно включены и поставлены на АВР для уменьшения времени разворота КЭН-2 с целью избежания разгрузки блока устройством РОМ при срабатывании АВР по отключению рабочего КЭН-2. После медленнонго открывания напорной задвижки один КЭН-2 переводится на рециркуляцию в конденсатор, производится заполнение трубопроводов основного конденсата до выходных задвижек узла регуляторов уровня в конденсаторе. Открываются напорные задвижки КЭН-2, находящихся в резерве, и контролируется плотность обратных клапанов на напорном патрубке по отсутствию вращения ротора насоса в обратную сторону. 160

Подается конденсат к импульсным клапанам защиты ПВД и на охлаждение выхлопных патрубков ЦНД, открыв задвижки до и за фильтром. Закрываются задвижки промывки фильтров. После полной проверки защит и блокировок КЭН-1 и КЭН-2 и ввода в работу АВР насосов персоналом ХЦ производится включение в работу фильтров БОУ. После увеличения мощности ТГ до 450, 500 МВт включают в работу по второму КЭН-1 и КЭН-2 7.3.4. Работа конденсатных насосов в номинальных режимах

Во время работы КЭН-1, 2: • следить за температурой подшипников насосов и наличием масла, установившаяся температура верхнего подшипника КЭН-1 не должна превышать 65 °С, маслованна должна быть заполнена до уровня риски на маслоуказательном стекле (замена масла в маслованнах производится через каждые 2000 ч работы агрегата), давление воды, подводимой на охлаждение корпусов верхних подшипников насосов, должно составлять 2−2,5 кгс/см2; • контролировать работу маслосистемы смазки подшипников КЭН-2; • температура масла на входе в подшипники 35−40 °С, температура на сливе из подшипников не должна превышать 65 °С; • установившаяся температура корпуса подшипников не должна превышать 65 °С; • уровень масла должен составлять 2/3 высоты маслобаков по указателю; • перепад давления на фильтрах должен быть не более 0,3 кгс/см2; • давление масла, подводимого к подшипникам, должно составлять 0,7−1,2 кгс/см2; • давление масла на напоре маслонасосов должно быть не ниже 1,1 кгс/см2. • следить за нормальным поступлением масла к подшипникам по смотровым окнам на сливе, а также за качеством масла, периодически отбирая пробу на химанализ, ежемесячно сливать отстой масла из маслобаков; 161

• следить за состоянием болтовых соединений, плотностью фланцевых разъемов; • периодически проверять вибрацию подшипников насосов и двигателей (замер вибрации производит персонал лаборатории надежности), вибрация не должна превышать для КЭН-1 – 160 мкм, для КЭН-2 – 50 мкм (среднеквадратичное значение вибрационной скорости, измеренное на корпусе подшипника, должно быть не более 7 мм/с); • следить за работой концевых уплотнений насосов, при правильной затяжке вода через сальник должна просачиваться каплями или тонкой струйкой, нагрев сальника свидетельствует о слишком сильной затяжке или недостаточном поступлении охлаждающего конденсата к сальнику; • следить за температурой воздуха, циркулирующего в корпусе ЭД КЭН-2, которая не должна превышать 60 °С. 7.3.5. Возможные нарушения в работе конденсатных насосов

Повышение нагрузки КЭН-1, 2. Причинами перегрузки КЭН могут быть: • увеличение расхода конденсата на напоре; • механические дефекты: • задевания в электродвигателе или в проточной части насоса; • повреждение подшипников; • другие дефекты, увеличивающие потери на трение. Увеличение расхода основного конденсата сопровождается снижением давления на напоре. В этом случае включается (необходимо включить) резервный КЭН-1, 2. При появлении задеваний в электродвигателе или в проточной части насоса, а также при возрастании температуры подшипников насос необходимо остановить для ремонта. Снижение расхода КЭН-1, 2. Причинами неудовлетворительной работы КЭН могут быть: • неполное открытие задвижек на всасе и напоре; • подсос воздуха в КЭН-1; • дефекты проточной части насоса. 162

Неполное открытие арматуры на напоре и всасе определяется по положению штока или попыткой открытия. При подсосе воздуха в КЭН-1 необходимо проверить открытие вентиля на линии отсоса и проверить давление воды, подаваемой на уплотнение стыка наружного корпуса и крышки (2−3 кгс/см2). Если давление на всасе нормальное и по арматуре замечаний нет, то КЭН-2 необходимо остановить в резерв для последующего ремонта. Повышение температуры горячего воздуха электродвигателя КЭН-2. Причинами повышения температуры горячего воздуха электродвигателя могут быть: • засорение трубных досок воздухоохладителей электродвигателя; • недостаточное открытие вентилей по охлаждающей воде; • низкое давление охлаждающей воды. Если повысилась температура горячего воздуха электродвигателей всех КЭН-2, то причина этого – низкое давление охлаждающей воды (возможно забился фильтр в системе техводы), которое необходимо поднять. Если повысилась температура одного электродвигателя, то проверяется открытие вентилей на подводе и сливе охлаждающей воды. Неисправности верхнего подшипника КЭН-1. При работе КЭН-1 встречаются следующие неисправности: • нарушение подачи охлаждающей воды к подшипнику; • засорение дыхательного отверстия и нарушение работы подшипника (выгон масла); • течи масла, приводящие к падению уровня в маслованне; • засорение дыхательного отверстия на маслоуказательном стекле; • механические дефекты. Нарушение подачи охлаждающей воды к подшипнику вызвано засорением трубок на подводе и сливе в воронку. Эта неисправность приводит к увеличению температуры подшипника. Своевременное выявление дефекта позволяет устранить его на работающем насосе. Однако, особенно летом, когда температура воздуха повы163

шается, это может привести к останову насоса и выводу его в ремонт. Засорение дыхательного отверстия может стать причиной выгона масла и нарушения работы подшипника из-за недостаточной подачи масла. Из-за засорения дыхательного отверстия на маслоуказательном стекле невозможно определить изменение уровня масла в подшипнике, так как уровень по маслоуказательному стеклу не будет изменяться. Ухудшает работу подшипников плохое качество масла, в том числе наличие в нем воды или мехпримесей. В этом случае необходимо остановить насос и заменить масло в подшипнике. При подозрении на плохое качество масла – отобрать пробу и передать в химлабораторию для подробного анализа. Повышение температуры подшипника и повышенный шум в подшипнике свидетельствует о механическом дефекте в нем. Расцентровка ротора сопровождается повышенной вибрацией. Подсосы воздуха через КЭН-1 ведут к повышению концентрации кислорода в основном конденсате. Подсосы могут возникнуть через концевое уплотнение, верхний разъем, в местах отсосов и дренажей с КЭН-1 или через фланцевые соединения трубок подачи и слива воды с уплотнений. Все эти неисправности можно выявить на работающем агрегате, а если это не удается, насос необходимо опрессовать на Ризб = 1÷2 кгс/см2 и определить течи. Существуют два способа опрессовки – через уплотнения и через байпас обратного клапана на напоре насоса. Неисправности подшипников КЭН-2. При работе КЭН-2 встречаются засорение дросселя на линии подачи масла к подшипникам, неполадки упорного подшипника, повышение температуры подшипников. Перед каждым подшипником КЭН-2 на линии подачи масла установлен дроссель, в процессе работы он сможет засориться, и подача масла на подшипник прекратится. Собственно на насосе это можно определить по увеличению температуры подшипника, а трубопровод слива масла из подшипника имеет более высокую температуру, чем соседние. На подшипниках электродвигателя прекращение подачи масла можно определить по отсутствию слива 164

масла в окнах. Для устранения этой неисправности насос необходимо выводить в ремонт. Неполадки и разрушение упорного подшипника качения проявляются в виде: • резкого увеличения температуры торца упорного подшипника; • биения вала; • резкого увеличения перепада на масляных фильтрах (забивание сеток металлической стружкой). Причинами повышения температуры подшипников КЭН-2 могут быть: • высокая температура масла, подаваемого в подшипники: • малый проток охлаждающей воды; • низкое качество масла; • механические дефекты. Если повысилась температура всех подшипников КЭН-2, то причиной является высокая температура масла, подаваемого в подшипники. При этом необходимо отрегулировать температуру масла открытием вентиля на подаче охлаждающей воды в маслоохладитель. Если они открыты полностью, то необходимо проверить давление охлаждающей воды и поднять его, если возможно. При засорении маслоохладителей, особенно подводящей камеры (тиной, ракушкой), ухудшается теплосъем. Данному режиму соответствует полное открытие вентилей и слабая струя воды из воздушника. Нарушения в работе уплотнений КЭН-2. При работе насоса возможны повышенный нагрев сальникового уплотнения и повышенные протечки через сальниковое уплотнение. Причинами повышенного нагрева сальникового уплотнения могут быть отсутствие или недостаточная подача охлаждающего конденсата, туго затянутая набивка. Причины повышения протечки через сальниковое уплотнение: • повышенное давление в линии охлаждения сальника; • недостаточное обжатие сальниковой набивки; • механические дефекты; • изношенность или неправильная установка сальников; • натиры на сальниковой рубашке вала; 165

• биение вала или его рубашки, превышающее допустимую величину; • повышенное биение защитной втулки. Необходимо проверить и отрегулировать перепад давления воды, подаваемой на сальник. Подтяжка сальника производится до установления протечки в виде прерывисто-струйного или капельного истечения в следующем порядке: • каждая гайка буксы поочередно поворачивается примерно на 1/6 об; • после каждого поворота обеих гаек необходима обкатка сальника в течение 1−2 мин; • запрещается подтягивать сальник до полного прекращения протечки во избежание подгорания сальниковой набивки и интенсивного износа рубашки вала.

166

Глава 8. ТУРБОПИТАТЕЛЬНЫЙ НАСОС 8.1. Назначение

Питательный турбонасосный агрегат (ТПН) предназначен для подачи питательной воды из деаэраторов через систему регенерации высокого давления в парогенераторы во время работы блока на мощности более 4,5–6 % Nном. На блок установлено два ТПН, при работе блока на мощности более 500 МВт подача питательной воды в парогенераторы осуществляется двумя ТПН. При отключении одного из двух работающих ТПН нагрузка энергоблока снижается до 50 % Nном. Максимальная нагрузка блока, которую может обеспечить один ТПН, равна примерно 60 % Nном. 8.2. Критерии проектирования

При проектировании ТПН учитывались следующие требования: • обеспечить подачу питательной воды в ПГ для отвода тепловыделений от РУ при мощности блока более 4,5–5 % Nном; • производительность двух ТПН должна обеспечить подачу питательной воды в ПГ в количестве, соответствующем паропроизводительности парогенераторов и величине продувки из парогенераторов (расход питательной воды на один парогенератор в номинальном режиме составляет примерно 1550 т/ч); • напор ТПН должен обеспечить надежную подачу питательной воды в парогенераторы с учетом потери части напора на тракте от насоса до ПГ из-за гидравлического сопротивления самого тракта, а также перепада давления на регуляторах уровня в ПГ. Для обеспечения срока службы и высокой надежности оборудования и трубопроводов ТПН при выборе конструкционных материалов приняты во внимание такие факторы: • водно-химический режим рабочей среды и его влияние на коррозионное разрушение конструкционных материалов; • параметры рабочей среды (давление, температура); • нагрузки от параметров рабочей среды, совпадающие с проектными внешними воздействиями; 167

• параметры окружающей среды; • пригодность технологии изготовления для изготовления оборудования и трубопроводов без дефектов и соответствие требованиям технических условий. Трубопроводы, оборудование и арматура, входящие в систему питательной воды, проектируются и изготавливаются в соответствии с Правилами АЭС. Выбор материалов обеспечивает работоспособность системы в условиях нормальной эксплуатации, при нарушениях нормальной эксплуатации, в аварийных ситуациях. Системы и элементы АЭС разделяются: • по назначению – на системы нормальной эксплуатации и системы безопасности; • по влиянию на безопасность – на важные для безопасности и остальные, на безопасность не влияющие. По влиянию элементов АЭС на безопасность устанавливаются четыре класса безопасности. ТПН − составляющая часть системы питательной воды. По критериям безопасности система питательной воды относится к системам нормальной эксплуатации, важных для безопасности. Согласно классификации по ПНАЭГ-1-011-89 бустерные и питательные насосы, трубопроводы питательной воды с фильтрами и задвижками от входных до выходных задвижек ТПН относятся к классу безопасности 3Н. Проект системы обеспечивает наличие средств управления и контроля за технологическими параметрами и состоянием оборудования, а также автоматики, блокировок и сигнализации в различных режимах работы системы. 8.3. Описание технологических схем ТПН

Технологические схемы ТПН-1 и ТПН-2 одинаковы, поэтому ниже приводится описание упрощенных технологических схем на примере ТПН-1, а обозначение элементов ТПН-2, где это требуется, приведено в скобках. Все участки трубопроводов систем ТПН, заключенные между запорной арматурой, снабжены воздушниками и дренажами, предназначенными для обеспечения воздухоудаления в процессе заполнения и дренирования воды из оборудования и трубопроводов в период вывода системы в ремонт. 168

8.3.1. Схема питательной воды ТПН

Вода из деаэраторов Д-7 ата проходит через четыре механических фильтра и далее из общего трубопровода поступает на всас бустерных насосов (БН). Находящийся в резерве фильтр должен быть заполнен, входная задвижка у него должна быть закрыта, а выходная − открыта. БН предназначен для обеспечения бескавитационной работы питательного насоса. Для того чтобы избежать кавитации, на всасе БН предусмотрены следующие меры: • бак деаэратора поднят на высоту +27 м и служит подпорной емкостью для БН; • БН работает на пониженных оборотах ротора, для этого служит понижающий редуктор; • применено рабочее колесо с расширенной входной частью для повышения антикавитационных свойств. С напора БН питательная вода поступает по перепускному трубопроводу к питательному насосу (ПН). Для того чтобы исключить вскипание питательной воды в насосах и обеспечить работу ПН и БН в рабочей зоне расходной характеристики в режиме малых расходов, предусмотрены линии рециркуляции в Д-7. Рециркуляция каждого ТПН состоит из двух параллельно установленных дроссельных наборов и электрифицированных задвижек, расположенных перед ними. Трубопроводы рециркуляции объединяются в общий трубопровод, который заведен в бак деаэратора. На напоре ПН установлен обратный клапан для предотвращения обратного вращения остановленного ТПН и напорная задвижка. Далее питательная вода по двум ниткам питательных трубопроводов, пройдя две группы ПВД, поступает через узел питания в парогенераторы. 8.3.2. Схема уплотнений ПН и БН

Концевые уплотнения БН предназначены для предотвращения протечек перекачиваемой среды по валу насоса. В качестве концевых уплотнений БН используется одинарное торцевое уплотнение. 169

Охлаждается уплотнение водой, циркулирующей в автономном контуре охлаждения. Охлаждение жидкости в автономном контуре осуществляется в выносных теплообменниках. Для того чтобы снизить давление перед уплотнениями ПН, перед передним уплотнением (со стороны всасывания) установлена дросселирующая втулка, перед задним уплотнением (со стороны нагнетания) установлен разгрузочный барабан. После дросселирующей втулки питательная вода отводится во всас БН по трубе с дроссельной шайбой, камера после разгрузочного барабана также соединена со всасом БН трубой с дросселем. Слив во всас БН называется линией разгрузки. В качестве концевых уплотнений БН используется одинарное торцевое уплотнение. Охлаждается уплотнение водой, циркулирующей в автономном контуре охлаждения. Охлаждение жидкости в автономном контуре осуществляется в выносных теплообменниках. Концевые уплотнения ПН имеют аналогичную конструкцию. 8.3.3. Схема подачи пара на приводную турбину

Приводная турбина типа К-10-5/3400 служит для привода ПН и БН. Питание приводной турбины производится: • в пусковых режимах и при нагрузке энергоблока, когда давление перегретого пара за СПП менее 0,4 МПа насыщенным паром от коллектора СН; • при работе энергоблока при мощности, когда давление перегретого пара за СПП более 0,4 МПа паром, перегретым после СПП до 248 °С. Пар от СПП проходит через обратный клапан с гидравлическим приводом-сервомотором (КОС), который закрывается при отключении главной турбины с целью предотвращения разгона главной турбины обратным потоком пара от ТПН. Пар от СПП и коллектора СН отключается задвижками. При снижении нагрузки блока производится автоматический перевод питания ТПН на пар от коллектора СН. На линии подачи пара к приводной турбине установлены главная паровая задвижка (ГПЗ), байпас ГПЗ и два стопорных клапана 170

(СК). ГПЗ предназначена для отключения турбины по пару при отключении ТПН защитами или выводе его в ремонт. Байпас ГПЗ используется для прогрева паропроводов за ГПЗ при пуске ТПН. СК предназначены для быстрого прекращения подачи пара в турбину при действии защит или дистанционном отключении ТПН. Пар от СК двумя параллельными потоками направляется через два дроссельных регулирующих клапана (РК), предназначенных для изменения расхода пара, а следовательно, и нагрузки ТПН, в проточную часть турбины. Для обеспечения прогрева паропроводов, СК и РК при пуске турбины и предотвращения гидроударов в паропроводах предназначены дренажные линии. При прогреве схема дренажей собирается помимо конденсатоотводчиков, после окончания прогрева и затем при работе ТПН дренажи паропроводов должны быть всегда открыты через конденсатоотводчик для постоянного удаления влаги из паропроводов. 8.3.4. Схема откачки конденсата и циркводоснабжения ТПН

Отработавший в турбине пар конденсируется в конденсаторе ТПН (рис. 8.1). Конденсат из конденсатосборника конденсатора откачивается конденсатными насосами (КНТ) в конденсатор ТГ или в ДБ. На каждый ТПН установлено по два КНТ, один из них должен находится в работе, а другой − в резерве на АВР. Уровень в конденсаторе при работе КНТ должен поддерживаться автоматически регулятором уровня в конденсаторе (РУК). Часть конденсата проходит через холодильники ЭОТ и ЭУТ. Конденсат из конденсатосборника конденсатора может в случае необходимости сливается по линии безнасосного слива через открытую задвижку в конденсатор ТГ. Охлаждающая вода в конденсатор ТПН поступает от циркуляционной системы главной турбины. По охлаждающей воде конденсатор ТПН состоит из двух половин. Конденсатор ТПН допускает отключение одной половины при работе ТПН на пониженной мощности.

171

Рис. 8.1. Конденсатор ТПН-1 SD51

8.3.5. Схема уплотнений приводной турбины

Концевые уплотнения ротора приводной турбины предназначены для устранение утечки пара из передней части турбины и устранение подсоса воздуха в конденсатор турбины. Для нормальной работы уплотнений в камеры уплотнений необходимо подавать запирающий пар с давлением 0,015–0,02 МПа и отсасывать протечки пара из последних камер.

Рис. 8.2. Паропроводы ТПН-1 172

Пар на уплотнения приводной турбины поступает из коллектора подачи пара на эжектора ТГ (от РОУ ЭУ при пуске блока или от выпара Д-7 при работе блока на мощности) через задвижки. Избытки пара сбрасываются в конденсатор ТПН. Эжектор уплотнений предназначен для отсоса ПВС от концевых уплотнений турбины, а также отсоса протечек пара из уплотнений штоков СК и РК. Пар на ЭУТ подается от коллектора СН. Конденсат после холодильников ЭУТ через гидрозатвор сливается в ДБ. 8.3.6. Схема отсоса воздуха из конденсатора ТПН

Пусковой эжектор ЭПТ предназначен для отсоса воздуха из конденсатора с целью создания в нем разряжения и отсоса воздуха из циркуляционной системы для создания разрежения в сливных циркводоводах перед пуском приводной турбины. Эжектор основной ЭОТ предназначен для удаления воздуха, попавшего в конденсатор, с целью поддержания в конденсаторе постоянного разрежения. Пар на ЭОТ, ЭПТ, ЭУТ подается от коллектора СН. Конденсат пара ЭОТ сливается: после холодильника 1-й ступени через гидрозатвор высотой 6 м в конденсатор ТПН; после холодильника 2-й ступени через гидрозатвор высотой 2 м в ДБ. 8.3.7. Система маслоснабжения ТПН

Система смазки и регулирования ТПН снабжается турбинным маслом марки «Файркуэл-Л» из централизованной маслосистемы ТГ. Потребляемое количество масла – 25 л/с. Масло от маслонасосов смазки ТГ после редуционного клапана, пройдя маслоохладители ТГ, поступает на смазку ТПН-1, 2. Температура масла должна находится в пределах 40–45 °С. Масло к ТПН-1 и ТПН-2 поступает после очистки на механических фильтрах, всего установлено шесть фильтров, по три на каждый ТПН.

173

Рис. 8.3. Система смазки ТПН-1

На каждом ТПНе масло поступает на: подшипники турбины; подшипники бустерного и питательного насоса; подшипники редуктора; через маслоохладители на смазку зацепления редуктора с температурой 37 °С; соединительные муфты; валоповоротное устройство; всас маслонасосов регулирования МНРТ; на всас насоса-регулятора (импеллера). На подводе масла к опорным подшипникам ТПН установлены дроссельные шайбы для индивидуальной подгонки расхода масла на каждый подшипник. Расчетное давление масла: на смазку подшипников ПН и БН, зацепления редуктора, опорно-упорного подшипника турбины, валоповорота равно 0,08− 0,1 МПа; на подшипники редуктора − 0,05−0,07 МПа; на задний опорный подшипник турбины − 0,05 МПа. Отработавшее масло из системы смазки, а также протечки из системы регулирования и защиты возвращаются в централизованную маслосистему ТГ. 174

Для подачи масла в систему регулирования и защиты ТПН установлено два маслонасоса регулирования МНРТ. В работе находится один. При снижении давления масла в напорной линии до 0,8 МПа или отключении рабочего маслонасоса включается резервный МНРТ по АВР. Протечки масла из системы регулирования турбонасоса направляются в бак протечек системы регулирования ТПН, и далее перекачиваются шестерёнчатым насосом обратно в систему смазки ТГ. 8.3.8. Система регулирования и защиты ТПН

Для поддержания заданной частоты вращения ротора в рабочем диапазоне нагрузок турбина снабжена гидродинамической системой автоматического регулирования (САР) частоты вращения ротора (рис. 8.4). Гидродинамическая САР обеспечивает: автоматическое поддержание заданной частоты вращения ротора турбины в диапазоне 2800–3500 об/мин со степенью неравномерности 6–8 % номинальной частоты вращения при изменении мощности турбопривода от номинальной до мощности при работе ТПН на рециркуляции; дистанционное изменение частоты вращения ротора турбины во всем диапазоне нагрузок. Кроме того, в САР турбины предусмотрено специальное гидромеханическое устройство, ограничивающее давление в напорном патрубке питательного насоса и не допускающее его повышения сверх предельного при изменении расхода насоса от номинального значения вплоть до работы на закрытую задвижку. В состав гидродинамической САР входят: насос-регулятор (датчик частоты вращения ротора) 1; трансформатор давления 6; отсечной золотник 5; сервомотор регулирующих клапанов 4; регулятор предельного давления 7. Все узлы размещены в корпусе блока регулирования (кроме насоса-регулятора). В качестве датчика импульса изменения частоты вращения ротора используется насос-регулятор 1, рабочее колесо которого установлено на тихоходном валу редуктора. 175

Рис. 8.4. Система регулирования и защиты турбины ТПН: 1 – насос-регулятор (датчик частоты вращения ротора); 2 – клапан стопорный; 3 – реле закрытия РК; 4 – сервомотор; 5 – золотник отсечной; 6 – трансформатор давления; 7 – регулятор предельного давления; 8 – аккумулятор гидравлический; 9 – включатель дистанционный; 10 – реле давления в системе мазки; 11 – затвор автоматический; 12 – затвор автоматический с золотником гидропроб; 13 – бак дренажей; 14 – регулятор безопасности на валу шестерни редуктора; 15 – золотник гидроопробывания; 16 – регулятор безопасности на валу турбины

Трансформатор давления 6 предназначен для передачи импульса по частоте вращения ротора от насоса-регулятора в проточную импульсную линию отсечного золотника 5. Отсечной золотник 5 в зависимости от изменения давления в проточной импульсной линии регулирует подачу силового масла в полости сервомотора регулирующих клапанов, вызывая открытие или закрытие РК. Сервомотор 4 предназначен для одновременного управления двумя дроссельными регулирующими клапанами турбины. Связь между поршнем сервомотора и регулирующими клапанами выполнена с помощью рычагов. 176

Регулятор предельного давления 7, в случае повышения давления питательной воды до предельного значения, воздействует на проточную импульсную линию сервомотора регулирующих клапанов, заставляя их перемещаться в сторону прикрытия. В качестве импульса изменения частоты вращения используется изменение напора насоса-регулятора. Насос-регулятор центробежного типа с радиально сверленными каналами, рабочее колесо установлено на тихоходном валу редуктора. На всас насосарегулятора масло подается из линии системы маслоснабжения ТГ. Конструкция насоса-регулятора такова, что его напор, пропорциональный квадрату частоты вращения ротора, почти не зависит от расхода, т.е. характеристика насоса весьма пологая (близка к горизонтали). Такая характеристика насоса обеспечивает высокие динамические качества процесса регулирования. Изменение напора насоса-регулятора воспринимается золотником трансформатора давления, к нижнему поршеньку которого подведено масло из линии нагнетания насоса-регулятора, а к верхнему – из линии всаса системы маслоснабжения главной турбины. В любом установившемся режиме золотник трансформатора давления находится в равновесии, при этом усилия от верхней и нижней пружин и от давления масла на верхний и нижний поршеньки золотника уравновешены. Изменяя натяжение верхней пружины трансформатора давления, а следовательно, перемещая золотник во втулке, можно изменять частоту вращения ротора турбины в заданных пределах. Изменение натяжения верхней пружины трансформатора давления производится под воздействием регулятора производительности ТПН, который через электрическую схему управляет электродвигателем устройства для изменения частоты вращения среднего положения под действием усилий своей пружины. При этом открываются окна во втулке для впуска масла из линии нагнетания насосов регулирования в нижнюю полость сервомотора и одновременно окна слива масла из его верхней полости. В результате поршень сервомотора начнет перемещаться вверх, прикрывая РК. При движении поршня сервомотора будет уменьшаться площадь слива масла через щель в трубке обратной связи и давление в импульсной линии начнет восстанавливаться до первоначального значения. Отсечной золотник под действием восстановленного давления в импульсной линии возвратится в среднее 177

положение, перекрывая окна во втулке, сообщенные с сервомотором. Таким образом, турбопривод перейдет в новый установившийся режим, частота вращения ротора изменится в пределах заданной степени неравномерности. При снижении частоты вращения ротора турбопривода действие системы регулирования происходит в обратном порядке. Регулятор предельного давления воздействует на систему регулирования турбины, прикрывая регулирующие клапаны в случае повышения давления питательной воды сверх предельного значения. В качестве импульса используется давление воды за первой ступенью питательного насоса. При достижении определенного значения этого давления золотник регулятора предельного давления перемещается вниз и открывает окна во втулке, через которые происходит слив масла из проточной линии в линию слива. В результате давление масла в импульсной линии уменьшается, и отсечной золотник выйдет из равновесия и опустится вниз от своего среднего положения под действием усилия своей пружины и заставит поршень сервомотора перемещаться вверх на прикрытие регулирующих клапанов. В схеме регулирования имеется специальное реле 3 для автоматического закрытия РК турбины при срабатывании любого из элементов системы защиты. К реле, расположенному в корпусе блока регулирования, подведено масло из системы защиты ТПН. При снижении давления масла в системе защиты, вызываемом срабатыванием любого элемента защиты, реле закрытия клапанов под действием своей пружины перекрывает подвод масла высокого давления в проточную импульсную линию. Давление масла в этой линии падает, отсечной золотник смещается от своего среднего положения вниз и открывает подвод масла высокого давления под поршень сервомотора регулирующих клапанов. Поршень сервомотора перемещается вверх и закрывает регулирующие клапаны. Система защиты предназначена для автоматического останова турбины при достижении параметрами защиты предельных (аварийных) значений. Исполнительным механизмом при срабатывании того или иного устройства системы защиты является гидравлическое быстрозапорное устройство (автоматический затвор) стопорного клапана, которое отключает турбину от паропровода. Одновременно с за178

крытием СК происходит автоматическое закрытие РК при помощи реле закрытия регулирующих клапанов. Система защиты включает в себя: стопорный клапан 2 с гидравлическим быстрозапорным устройством; регулятор безопасности 14 на валу шестерни редуктора с автоматическим затвором 12 и золотником гидроопробования 15; регулятор безопасности 16 на валу турбины с автоматическим затвором 11; гидравлическое реле давления 10 в системе смазки; дистанционный выключатель 9; пружинный гидроаккумулятор 8 на входе масла в систему защиты. Масло от МНРТ поступает через гидроаккумулятор 8, дистанционный выключатель 9, реле давления в системе смазки 10, автоматический затвор 11 турбины, автоматический затвор 12 в линию подвода масла к гидравлическому быстрозапорному устройству СК 2. К линии защиты подключены также реле закрытия регулирующих клапанов. СК обеспечивает останов турбины путем быстрого прекращения доступа пара в турбину при падении давления масла в рабочей полости быстрозапорного устройства СК до величины менее 0,3 МПа. Такое падение давления масла в быстрозапорном устройстве происходит при: срабатывании либо регулятора безопасности 16 с автоматическим затвором 11, либо регулятора безопасности 14 с автоматическим затвором 12; срабатывании реле давления в системе смазки 10; воздействии на электромагнит дистанционного выключателя (при срабатывании защиты ТПН или дистанционно с БПУ); воздействии на автоматический затвор 11 или автоматический затвор от руки. Регулятор безопасности 16, установленный на валу турбины, обеспечивает срабатывание автоматического затвора 11 при достижении частоты вращения ротора турбины 3740−3808 об/мин. Регулятор безопасности 14, установленный на шестерне редуктора, обеспечивает срабатывание автоматического затвора 12 при достижении частоты вращения ротора турбины 3740−3808 об/мин. 179

Для регулятора безопасности 14 предусмотрено специальное приспособление 15, при помощи которого может осуществляться опробование этого регулятора безопасности на ходу турбины без повышения частоты вращения ротора и без срабатывания стопорного клапана 2. При этом автоматический затвор 12 ставится в положение «Испытание». Гидравлическое реле давления системы смазки 10 обеспечивает отсечку подвода силового масла и слив масла из рабочих полостей быстрозапорного устройства стопорного клапана 2 и тем самым вызывает его срабатывание при понижении давления смазки перед задним опорным подшипником турбины, в точке подключения реле, до величины 0,02–0,03 МПа, что соответствует понижению давления масла в системе смазки турбины до величины 0,06 МПа на уровне оси турбины. Дистанционный выключатель 9 обеспечивает отсечку подвода силового масла и слив масла из рабочих полостей быстрозапорного устройства стопорного клапана 2, вызывая закрытие СК при воздействии на электромагнит из схемы аварийных защит ТПН или дистанционно с БПУ. Гидроаккумулятор 8 предотвращает падение давления масла ниже 0,5 МПа на время от 3 до 6 с в линии системы защиты турбины в случае снижения давления масла за насосами системы регулирования при переключении в сети электроснабжения собственных нужд. 8.3.9. Смежные системы

Деаэратор Д-7 ата Питательная вода из Д-7 является рабочей средой для БН и ПН. Одна из функций Д-7 − создание необходимого подпора для БН с целью повышения антикавитационного запаса БН. В баки Д-7 заведены трубопроводы рециркуляции ТПН-1, 2. Пар от Д-7 подается на уплотнения приводных турбин ТПН при работе блока на мощности. Система регенерации высокого давления Эта система подогревает питательную воду, подающуюся ТПНами из Д-7 в парогенераторы. 180

Парогенераторы ТПН обеспечивают подачу деаэрированной питательной воды из Д-7 в ПГ для отвода тепловыделений от активной зоны реакторной установки при работе блока на мощности. Система промперегрева ТГ На перегретом паре от СПП работает приводная турбина питательного турбонасосного агрегата при мощности блока более 830– 850 МВт. Система паропроводов собственных нужд На паре из коллектора СН работает приводная турбина питательного турбонасосного агрегата при мощности блока до 830− 850 МВт. Пар из коллектора СН подается на эжекторы ТПН. Пар от РОУ ЭУ подается на уплотнения приводной турбины при пуске блока. Система основного конденсата ТГ Основной конденсат ТГ подается конденсатными насосами КЭН-2 на уплотнение ПН. Конденсатор ТГ В конденсатор ТГ производится слив конденсата из конденсатора ТПН (безнасосный слив либо конденсатными насосами КНТ). Вакуумная система ТГ Вакуумная система ТГ может использоваться для быстрого набора вакуума в конденсаторе ТПН (от ОЭ ТГ). Система вспомогательной питательной воды Система вспомогательной питательной воды предназначена для подачи питательной воды в ПГ при работе блока до мощности 4,5% Nном и включена параллельно ТПН по питательной воде. Система циркводоснабжения Цирквода из циркводоводов № 1 и № 2 используется как охлаждающая среда: в конденсаторах ТПН; маслоохладителях редукторов ТПН. 181

Система дренажей и воздушников Система обеспечивает воздухоудаление из оборудования и трубопроводов в процессе заполнения, дренирование воды из оборудования и трубопроводов в период вывода системы в ремонт, прогрев паропроводов при пуске и удаление влаги из паропроводов при работе ТПН. Система маслоснабжения ТГ Турбинное масло из системы маслоснабжения ТГ используется для: смазки подшипников, соединительных муфт, ВПУ, зацепления редуктора питательного турбонасосного агрегата; работы системы регулирования и защиты ТПН. Система электроснабжения агрегатов, приборов КИП и автоматики служит для надежного функционирования агрегатов и систем при нормальных и аварийных режимах, для проектного функционирования защит, блокировок, работы автоматики и достоверного контроля параметров. 8.4. Основное оборудование

Каждый питательный турбонасосный агрегат состоит из: конденсационной приводной турбины К-10-5/3400 Калужского турбинного завода; питательного насоса ПТА 3750-75 Сумского насосного завода; предвключенного (бустерного) насоса ПТА-3800-20 Сумского насосного завода. 8.4.1. Приводная турбина К-10-5/3400

Особенности конструкции турбины Турбина типа К-10-5/3400 – конденсационная, одноцилиндровая активного типа, с дроссельным парораспределением, рассчитана на работу с переменной частотой вращения. Работа приводной турбины ТПН имеет следующие особенности, определяющие ее конструкцию. 182

Рис. 8.5. Приводная турбина К-10-5/3400: 1 – муфта сварная; 2 – редуктор; 3 – муфта; 4 – подшипник передний; 5 – блок регулирования; 6 – уплотнение переднее; 7 – обшивка; 8 – корпус (передняя часть); 9 – сегмент сопел; 10 – диафрагма сварная; 11, 12 – щит паровой; 13 – корпус внутренний; 14 – корпус (выхлопная часть); 15 – уплотнение заднее; 16 – ротор; 17 – подшипник задний; 18 – валоповоротный механизм; 19 – муфта; 20 – блок специальный; 21 – шпонка специальная; 22 – плита фундаментная задняя; 23 – прокладка клиновая; 24 – прокладка; 25 – шпилька фундаментная; 26 – шпонка; 27 – болт специальный; 28 – болт; 29 – шпонка; 30 – болт дистанционный; 31 – плита фундаментная передняя; 32 – насос-регулятор; I – слив масла из кожуха муфты; II – слив масла из редуктора; III – подвод масла к переднему подшипнику; IV – напорное масло после МНПТ; V – слив масла на всас МНПТ; VI – отбор пара из переднего уплотнения в регулятор уплотнения; VII – слив масла из заднего подшипника

Турбина работает при переменной частоте вращения ротора, что вызывает большие сложности при вибрационной отстройке лопаточного аппарата, для увеличения прочности рабочие лопатки выполняются с увеличенными хордами, для повышения жесткости лопатки соединяются бандажом в пакеты по 10–13 шт., а пакеты соединяются между собой бандажными проволоками. 183

Рис. 8.6. Приводная турбина К-10-5/3400 (вид спереди)

Турбина работает с переменным начальным давлением пара, поскольку при изменении нагрузки блока меняется давление пара от СПП на ТПН, при этом объемный расход пара через турбину практически не меняется в широком диапазоне нагрузок, поэтому применяется дроссельное парораспределение. Параметры пара перед турбиной невелики, поэтому предусмотрено влагоудаление из проточной части. Турбина состоит из следующих основных узлов и механизмов: внешнего и внутреннего корпусов, в которых собрана проточная часть; ротора; дроссельного парораспределения; переднего и заднего подшипников; валоповоротного устройства; блока регулирования; предохранительных диафрагм; концевых лабиринтовых уплотнений; соединительных муфт. 184

Рис. 8.7. Приводная турбина К-10-5/3400 (вид сверху)

Дроссельные клапаны парораспределения размещены в двух клапанных коробках, расположенных по обе стороны нижней части корпуса турбины. В каждой клапанной коробке размещено по одному дроссельному регулирующему клапану с разгрузочным поршнем. Эти клапаны работают параллельно и приводятся в движение сервомотором, расположенным в блоке регулирования 5. Диафрагмы разделяют внутреннюю полость корпуса турбины на отдельные камеры – ступени давления, в которых располагаются по одному диску ротора с его рабочими лопатками. Сопловые аппараты диафрагм образованы каналами между приваренными лопатками специального профиля. Форма и расположение каналов таковы, что пар, проходя через них, расширяясь, приобретает дополнительную кинетическую энергию и направляется на рабочие лопатки соответствующего диска ротора. Проточная часть турбины состоит из восьми ступеней давления. Первая ступень давления состоит из сегмента сопел 9 и одновенечного рабочего колеса. Остальные ступени давления состоят из диафрагм 10 и одновенечных рабочих колес. Рабочие колеса, выпол185

ненные заодно с валом, с установленными на них рабочими лопатками образуют ротор 16. Сегмент сопел 9 и диафрагмы 10 − стальные, сварной конструкции. Направляющие лопатки всех диафрагм и сегмент сопел 9 изготовлены из нержавеющей стали. Условия, в которых работают диафрагмы различных ступеней давления, неодинаковы, что нашло отражение в конструктивном исполнении диафрагм. Сопловые аппараты диафрагм 2-й и 6-й ступеней набраны из цельных лопаток, диафрагмы 7-й и 8-й ступеней имеют полые лопатки для осуществления внутриканальной сепарации влаги. В полотне и ободе этих диафрагм имеются кольцевые каналы для сбора и вывода отсепарированной влаги. Диафрагменные уплотнения предназначены для уменьшения протечек пара в зазор между валом и диафрагмой помимо соплового аппарата. Уплотнение диафрагмы с ротором турбины обеспечивается уплотнительными кольцами, поджимаемыми плоскими пружинами к центру. Уплотнение работает эффективно, если зазоры в уплотнении (особенно вертикальный) – малы, в связи с этим требуются: точная центровка диафрагмы в корпусе; применение мягких материалов, способных к истиранию в условиях сухого трения (нейзильбер); строгое соблюдение графика прогрева турбины. Для уменьшения протечки пара, помимо рабочих лопаток, сегменты сопел и диафрагмы первых трёх ступеней имеют приваренные к верхнему ободу паровые щиты с уплотнительными усиками. На 4−8-й ступенях паровые щиты выполняются отдельно и крепятся непосредственно к корпусу цилиндра. Ротор турбины предназначен для восприятия своими рабочими лопатками кинетической энергии парового потока, проходящего по проточной части и передачи крутящего момента БН и ПН. Ротор размещается в корпусе турбины и своими шейками опирается на вкладыши переднего (4) и заднего (17) подшипников. Особенность турбины К-10-5/3400 − низкие начальные параметры пара, поэтому проточная часть турбины работает на влажном паре: часть ступеней − при работе на перегретом паре от СПП; 186

при работе от коллектора СН вся проточная часть работает на влажном паре. Для удаления влаги из проточной части выполнены следующие мероприятия: • начиная с 4-й ступени предусмотрены влагосборные канавки, где под действием центробежных сил капли влаги отбрасываются к периферии, по канавкам сливаются вниз и далее отводятся в дренаж; • выполнена специальная пятая (влагосепарирующая) ступень, на рабочих лопатках которой на 1/2 высоты лопатки со стороны спинки проточены продольные канавки-влагосборники, а на бандаже лопаток – радиальные сверления; собирающаяся в канавках влага под действием центробежных сил отбрасывается к периферии и отводится через радиальные сверления в бандаже в паровые щиты; • лопатки диафрагм 7-й и 8-й ступеней выполнены полыми и имеют щели в средней части и на выходной кромке. Внутренний и наружный бандажи диафрагм, образующие кольцевые каналы, с помощью выводных трубок сообщаются с полостью конденсатора; при работе турбины во всей внутренней системе каналов и полостей создается разрежение, что способствует отсосу влаги, сконденсированной на поверхности диафрагменных лопаток, во внутренние каналы и отводу ее в конденсатор. Предусмотренное в конструкции турбины влагоудаление позволяет: уменьшить эрозионный износ поверхностей лопаток; увеличить КПД турбины; устранить дополнительный источник возбуждения колебаний рабочих лопаток. Передний и задний подшипники турбины − опоры ее ротора, обеспечивающие его вращение с малым коэффициентом трения и центруют его относительно корпуса турбины и смонтированных в нем диафрагм и концевых уплотнений. Кроме того, передний опорно-упорный подшипник фиксирует положение ротора в осевом направлении и воспринимает кроме радиальной, осевую нагрузку.

187

Маслонасос регулирования ТПН Для подачи масла в систему регулирования и защиты на каждом ТПН установлено по два МНРТ типа НК-200/150Г. Электронасосный агрегат состоит из насоса и электродвигателя, смонтированных на общей фундаментной плите. Соединение валов насоса и двигателя осуществляется зубчатой муфтой с промежуточным валом. Направление вращения ротора насоса – левое (против часовой стрелки), если смотреть со стороны двигателя. Насос – центробежный, горизонтальный, консольный, одноступенчатый с направляющим аппаратом одностороннего входа жидкости. Корпус насоса выполняется совместно с опорными лапами, всасывающим и напорным патрубками и устанавливается на стойке насоса. Напорный патрубок направлен вертикально вверх, всасывающий − горизонтально вдоль оси вала насоса. Крышка насоса присоединяется к корпусу насоса с помощью шпилек с гайками и шайбами. Стык корпуса и крышки уплотняется спирально-навивной прокладкой. Уплотнение вала в месте выхода его из крышки насоса осуществляется сальниковым уплотнением. Направляющий аппарат выполняется из четырех частей, между стыками которых устанавливаются пластины. К корпусу насоса направляющий аппарат крепится с помощью прижимных дисков, винтов и фиксируется штифтами. Вал насоса 6 вращается в двух шарикоподшипниковых опорах. Опора, расположенная у муфты, состоит из двух радиальноупорных шарикоподшипников и воспринимает осевую и радиальную силы, действующие на вал насоса; вторая опора − из двух радиальных шарикоподшипников. Рабочее колесо посажено на цилиндрическую шейку вала и закрепляется с помощью шайбы и гайки. Редуктор Редуктор Р-2М предназначен для передачи крутящего момента от приводной турбины к предвключенному насосу с понижением числа оборотов. Редуктор − одноступенчатый, с горизонтальным расположением валов, шевронный, нереверсивный (рис. 8.8).

188

Рис. 8.8. Редуктор ТПН: 1 – колесо; 2 – корпус редуктора (нижняя половина); 3 – вкладыш; 4 – штифт; 5 – муфта; 6 – кольцо; 7 – проставка; 8 – кожух; 9 – втулка зубчатая; 10 – стопор; 11 – щиток; 12 – автоматический затвор; 13 – проставка; 14 – вкладыш; 15 – вибродатчик; 16 – сапун; 17 – шестерня; 18 – корпус редуктора (верхняя половина); 19 – вкладыш; 20 – проставка; 21 – щиток; 22 – стопор; 23 – кожух; 24 – муфта; 25 – рабочее колесо насосарегулятора; 26 – вкладыш; 27, 28 – втулки

Зубчатая передача состоит из колеса 1 и шестерни 17, откованных совместно с валом. На вал шестерни насажена втулка зубчатая 27 с прямозубым венцом для соединения с муфтой 24 и запрессован хвостовик автоматического затвора 12. Вал колеса имеет насадную втулку зубчатую 28 с прямозубым венцом для соединения с муфтой 5 и центральное отверстие для смазки зубьев муфты 5. Передача крутящего момента от вала турбины к шестерне и от колеса к валу насоса производится при помощи зубчатых муфт 24 и 5. Эти муфты имеют вертикальный разъем с фланцевым соединением. 189

Для предотвращения осевых перемещений зубчатых муфт 24 и 5 предусмотрены стопоры 10 и 22. Зубчатые муфты как со стороны насоса, так и со стороны турбины защищены кожухами. Шестерня 17 и колесо 1 редуктора вращаются в подшипниках скольжения с залитой баббитом марки Б-83 рабочей поверхностью. Вкладыши 14 и 19 шестерни имеют только опорную рабочую поверхность, а вкладыши 3 и 26 колеса − еще и упорную рабочую поверхность. Вкладыши шестерни выполнены неразъемными, а вкладыши колеса состоят из двух скрепленных между собой половин. Для контроля температуры вкладышей в них установлены термометры сопротивления. Корпус редуктора сварен из листовой стали и имеет горизонтальный разъем. Для предотвращения повышения давления в полости редуктора на верхней половине корпуса предусмотрен сапун. Там же установлены вибродатчик 15 и автоматический затвор с золотником гидравлического опробования. В корпусе редуктора предусмотрен смотровой люк со стеклом. Масло на смазку зацепления подается через специальный фланец в камеру, выполненную в верхней половине корпуса редуктора. Из этой камеры масло через ряд дросселей разбрызгивается на зацепление. Подвод масла на подшипники осуществляется двумя потоками следующим образом: через специальные фланцы и сверления в верхней половине корпуса масло поступает в камеры А и Б, образованные кольцевыми канавками корпуса и вкладышами 14 и 19, далее через сверления во вкладышах поступает на смазку подшипников шестерни. Часть масла из камер А и Б через сверления в верхней половине корпуса поступает в камеры В и Г, образованные кольцевыми канавками корпуса и вкладышами 3 и 26 и далее через сверления во вкладышах поступает на смазку подшипников колеса. Зубчатая муфта между редуктором и насосом смазывается сливным маслом из вкладыша 26 колеса, а между редуктором и турбиной − маслом, идущим через специальное сопло, закрепленное на переднем подшипнике турбины. Отработавшее масло из кожуха 8 и корпуса редуктора сливается через специальные трубы, а из кожуха 23 – картер переднего подшипника турбины. На тихоходном валу редуктора закреплено рабочее колесо 25 насоса-регулятора системы регулирования турбины. Корпус насо190

са-регулятора (на рисунке не показан) выполнен без разъема и прикреплен болтами к торцевой расточке корпуса редуктора. 8.4.2. Конденсационная установка и вспомогательное оборудование

В состав конденсационной установки входят конденсатор КП-1650 с трёхходовым золотниковым регулятором уровня, основной и пусковой эжекторы, конденсатные насосы. Конденсатор (рис. 8.9) регенеративного типа с поверхностью охлаждения 1650 м2 предназначен для конденсации отработавшего в турбине пара. Он состоит из корпуса паровой части 3, передней (10) и задней (1) водяных камер, конденсатосборника 19 и охлаждающих трубок 22. Корпус конденсатора − стальной, сварной конструкции. В верхней части корпуса расположен приемный патрубок 5, в нижней − конденсатосборник 19 с фланцем для отвода конденсата. К торцам корпуса конденсатора привариваются передняя (9) и задняя (2) трубные доски, к которым соответственно привариваются передняя и задняя водяные камеры. Водяные камеры с торцов закрываются полукрышками 29, которые открываются независимо одна от другой. Для осмотра водяных камер в полукрышках имеются люки, закрываемые заглушками 30. Для создания единой жесткой системы трубных досок и полукрышек установлены анкерные связи 12. Конденсатор по воде состоит из двух самостоятельных секций, имеющих отдельные патрубки входа (15) и выхода (11) охлаждающей воды, что позволяет производить ревизию и чистку охлаждающих трубок, не останавливая турбины. Каждая секция имеет два хода охлаждающей воды: первый – нижний, второй – верхний. Вода через патрубки 15 входит в переднюю водяную камеру и по трубкам, расположенным ниже водяной перегородки13, поступает в заднюю водяную камеру. По трубкам, расположенным выше перегородки, вода возвращается в переднюю водяную камеру, откуда через патрубки 11 выходит в циркуляционную систему главной турбины. 191

Рис. 8.9. Конденсатор ТПН: 1 – камера водяная задняя; 2 – доска рубная задняя; 3 – корпус; 4 – ребро; 5 – приемный патрубок; 6 – щит контрольно-измерительных приборов; 7 – патрубок переходной; 8 – указатель уровня; 9 – доска трубная передняя; 10 – камера водяная передняя; 11 – патрубок выхода охлаждающей воды; 12 – анкерная связь; 13 – перегородка водяная; 14 – тарелка верхняя; 15 – патрубок входа охлждающей воды; 16 – патрубок с фланцем; 17 – компенсатор линзовый; 18 – болт регулировочный; 19 – конденсатосборник; 20 – перегородка; 21 – ребро; 22 – охлаждающие трубки; 23 – уровнительный сосуд; 24 – опора; 25 – прокладка; 26 – стакан; 27 – пружина; 28 – выхлопной патрубок турбины; 29 – полукрышка; 30 – заглушка люка; 31 – перегородка по пару; 32 – желоб отсоса паровоздушной смеси; 33 – лапа опорная; 34 – трубный пучек

Охлаждающие трубки 22 из мельхиора МНЖ-5-1 размещены внутри корпуса конденсатора вдоль его оси и развальцованы с обеих сторон в двух трубных досках. Для предотвращения вибрации трубок внутри корпуса конденсатора в поперечном направлении размещены четыре трубные перегородки 20. 192

Охлаждающие трубки нижних пучков, расположенных с обеих сторон конденсатора, образуют зону воздухоохладителей. Отсос воздуха осуществляется через два желоба 32, размещенных вдоль конденсатора с противоположных сторон и имеющих окна для входа паровоздушной смеси. Каждый желоб в средней части имеет фланец для подключения к основному эжектору. Конденсатор − регенеративный. Это обеспечивается установкой перегородок 31, направляющих конденсат к центру, где он стекает вниз и подогревается паром, проникающим в нижнюю часть конденсатора по проходам в трубной системе. Визуальный контроль за уровнем конденсата в конденсатосборнике осуществляется с помощью водоуказательного устройства 8, на корпусе которого должна быть нанесена риска, соответствующая нижней точке трубного пучка. Превышение этого уровня свидетельствует о затоплении трубок. На внешней стороне корпуса приварены восемь опорных лап 33. Для компенсации вертикальных температурных расширений выхлопного патрубка турбины и корпуса конденсатора между лапами конденсатора и его опорами установлены шестнадцать спиральных пружин 27. Конденсатный насос турбопривода предназначен для подачи конденсата из конденсатора приводной турбины в конденсатор ТГ или дренажный бак в режимах автономной работы ТПН. Конденсатный насос КсВА-125-55 – вертикальный, центробежный, одноступенчатый с предвключенным винтовым колесом и наружным корпусом, состоящим из приёмной и напорной полостей. Опорная плита насоса, предназначенная для установки агрегата на фундамент, выполнена совместно с корпусом. Внутренний корпус (выемная часть насоса) состоит из ротора, статорных деталей (направляющие аппараты, секция, крышка секции, крышка напорная, фонарь и т.д.), сборочных единиц сальникового уплотнения и верхнего подшипника насоса. Ротор насоса разгружен от осевых сил с помощью уплотнения, расположенного на ведущем диске рабочего колеса; камера, установленная перед сальником, соединена посредством отверстий в напорной крышке и разгрузочной трубы с приемной полостью корпуса насоса. 193

Опорные подшипники ротора размещены в общем корпусе, закрепленном на фланце фонаря. Смазка подшипников – консистентная ЦИАТИМ-221. Концевое уплотнение насоса – сальникового типа. Для отвода тепла и создания гидрозатвора в камеру концевого уплотнения подводится ХОВ под давлением, превышающим давление в приемной полость насоса на 0,1−0,15 МПа. Насос и двигатель соединяются с помощью муфты упругой втулочно-пальцевой. Насос работает при минимальном кавитационном запасе, поскольку геометрический подпор невелик и равен 5 м. Насос должен надежно работать при наличии начальной или развитой кавитации в зоне рабочего колеса. Поэтому конденсатный насос выполнен с повышенными антикавитационными свойствами. Эжектор основной типа ЭО-50M (рис. 8.10) предназначен для удаления воздуха, попавшего в конденсатор, с целью поддержания в последнем постоянного разрежения. Корпус эжектора 21 сварной конструкции, состоит из двух обечаек, к которым сверху приварена крышка 23, а снизу – специальный фланец 16. Две внутренние и две боковые перегородки образуют внутри эжектора три камеры («а», «б», «в»). Первая ступень эжектора, состоящая из сопловой камеры 24, диффузора 22, соплодержателя 26 с соплом 25, и вторая ступень эжектора, состоящая из сопловой камеры 31, диффузора 32, соплодержателя 28 с соплом 29 – закреплены в крышке 23 корпуса. В камеры «а» и «в» соответственно установлены диффузоры первой и второй ступени эжектора. Каждая ступень эжектора имеет свой винтовой охладитель: 10 и 12. Охладитель состоит из двух пакетов трубок, расположенных один над другим. Каждый пакет состоит из четырех змеевиков 6, скрепленных хомутиками 3. По высоте витки змеевиков отделяются друг от друга спиральными перегородками 4, которые образуют винтовой канал для движения паровоздушной смеси. Шаги между витками и спиральными перегородками выдерживаются с помощью дистанционных трубок 2, собранных вместе с хомутиками и спиральными перегородками на тяги 18, прикрепленные снизу к опорам 17, а сверху – к крестовине 1. 194

Рис. 8.10. Эжектор основной ТПН: 1 – крестовина; 2 – трубки дистанционные; 3 – хомутики; 4 – перегородки спиральные; 5 – коллектор водопроводящий; 6 – змеевик; 7 – приварыш; 8 – коллектор водоотводящий; 9 – лапы опорные; 10 – охладитель первой ступени; 11 – стойка опорная; 12 – охладитель второй ступени; 13 – фланец отвода конденсата; 14 – фланец подвода охлаждающей воды; 15 – фланец отвода охлаждающей воды; 16 – фланец специальный; 17 – опора тяги; 18 – тяга; 19 – стояк; 20 – фланец охладителя; 21 – корпус эжектора; 22 – диффузор первой ступени; 23 – крышка корпуса эжектора; 24 – сопловая камера первой ступени; 25 – сопло; 26 – соплодержатель первой ступени; 27 – труба отвода воздуха; 28 – соплодержатель второй ступени; 29 – сопло второй ступени; 30 – щит с приборами; 31 – сопловая камера второй ступени; 32 – диффузор второй ступени; I – подвод паровоздушной смеси; II – выхлоп воздуха; III – вход охлаждающей воды; IV – выход охлаждающей воды 195

Концы змеевиков развальцованы в водоподводящем и водоотводящем коллекторах 5 и 8. Коллекторы в свою очередь подсоединены специальными болтами к стояку 19, разделенному вертикальной перегородкой на две секции. Одна секция соединена с фланцем подвода охлаждающей воды 14, вторая – с фланцем отвода охлаждающей воды 15. Стояк 19 приварен к фланцу 20 охладителя, который крепится болтами к фланцу 16 корпуса эжектора. Рабочий пар поступает одновременно к соплам первой и второй ступеней эжектора, в которых расширяется до давления в сопловых камерах. Выходящая из сопла 1-й ступени струя пара захватывает паровоздушную смесь, подводимую из конденсатора в сопловую камеру. Общий поток паровоздушной смеси, сжатый в диффузоре 1-й ступени, поступает в камеру «а». Поднявшись вверх, смесь через окно в обечайке попадает в верхнюю часть охладителя первой ступени и движется сверху вниз по винтовому каналу. Большая часть пара из паровоздушной смеси конденсируется в охладителе, а оставшаяся несконденсировавшаяся часть смеси через второе окно в обечайке попадает в камеру «б» и через отверстие в верхней части камеры поступает в сопловую камеру 31 второй ступени эжектора. Эжектируемая рабочим паром второй ступени паровоздушная смесь поступает в диффузор, сжимается там до давления несколько выше атмосферного и поступает в камеру «в», а затем через верхнее окно в обечайке попадает в верхнюю часть охладителя второй ступени. При движении сверху вниз пар, содержащийся в смеси, конденсируется, а воздух через трубу 27 удаляется в атмосферу. Охлаждающей водой в эжекторе является конденсат, подаваемый КЭН ТПН одновременно к фланцам 14 обоих охладителей. Охлаждающая вода попадает в подводящую секцию стояка каждого охладителя, откуда через водоподводящие коллекторы параллельно поступает в оба пакета змеевиков. Пройдя снизу вверх по змеевикам навстречу движущейся по винтовому каналу паровоздушной смеси, вода через отводящие коллекторы 8 пакетов попадает во вторую секцию стояка и через фланец 15 отводится из эжектора. Пусковой эжектор типа ЭП-150/П предназначен для отсоса воздуха из конденсатора с целью создания в нем разряжения и отсоса воздуха из циркуляционной системы для создания разрежения в сливных циркводоводах перед пуском турбины (рис. 8.11). 196

Рис. 8.11. Эжектор основной ТПН: 1 – диффузор; 2 – сопло; 3 – камера эжектора; 4 – соплодержатель; 5, 6 – фланцы

Струя пара, выходящая с большой скоростью из сопла, захватывает из всасывающие камеры эжектора воздух. Паровоздушная смесь в выходной части диффузора сжимается до давления, несколько превышающего атмосферное, и выбрасывается в атмосферу. Линии подвода ПВС от циркводовода и от конденсатора присоединяются каждый к своему фланцу. Давление рабочего пара регулируется вентилем, установленным перед эжектором. Эжектор уплотнений (рис. 8.12) предназначен для отсоса ПВС от концевых уплотнений турбины, а также отсоса протечек пара из уплотнений штоков СК и РК. Установлен ЭУ типа ЭУ-400, пароструйный, одноступенчатый. Эжектор уплотнений по конструкции аналогичен основному эжектору, но выполнен одноступенчатым (первая ступень снята). Установлено два охладителя с параметрами, аналогичными основному эжектору.

197

Рис. 8.12. Эжектор уплотнений ТПН: 1 – фланец отвода охлаждающей воды; 2 – фланец подвода охлаждающей воды; 3 – фланец специальный; 4 – опоры; 5 – коллекторы водоподводящие; 6 – перегородки винтовые; 7 – хомутик; 8 – стояк; 9 – болт специальный; 10 – трубки дистанционные; 11 – корпус эжектора; 12 – крестовина; 13 –приварыш; 14 – коллекторы водоотводящие; 15 – тяга; 16 – камера сопловая; 17 – соплодержатель; 18 – патрубок отвода паровоздушной смеси; 19 – диффузор; 20 – змеевики; 21 – перегородка вертикальная; 22 – фланец отвода конденсата; 23 – стойка; 24 – лапа опорная; 25 – труба отвода воздуха; 26 – щит с контрольно измерительными приборами; 27 – сопло; 28 – вентиль угловой; I – к манометру; II – к вакуумметру; III – вход охлаждающей воды; IV – выход охлаждающей воды; V – подвод паровоздушной смеси; VI – выход воздуха; VII – отвод конденсата

198

8.4.3. Питательный насос

Питательный насос ПТА 3750-75 (рис. 8.13) – центробежный, горизонтальный, двухкорпусной, трехступенчатый, с автоматическим уравновешиванием осевого усилия ротора разгрузочной системой.

Рис. 8.13. Питательный насос: 1 – входной патрубок; 2 – наружный корпус; 3 – напорный патрубок; 4 – крышка нагнетания; 5 – крышка всасывания; 6 – полуспиральный подвод; 7 – термометр сопротивления; 8 – комплект тарелочных пружин; 9 – секция внутреннего корпуса; 10 – направляющий аппарат; 11 – крышка секции 1-й ступени; 12 – вал; 13 – рабочее колесо 1-й ступени; 14 – рабочее колесо 2-й ступени; 15 – рабочее колесо 3-й ступени; 16 – разгрузочный барабан; 17 – диск упорного подшипника; 18 – передний опорный подшипник; 19 – задний опорный подшипник; 20 – датчик осевого сдвига ротора; 21 – втулка; 22 – рубашка вала; I – подвод питательной воды от бустерного насоса; II – отвод питательной воды(отвод); III – отвод питательной воды в систему регулирования и защиты; IV – отвод во всас бустерного насоса (линия разгрузки); V – отвод во всас бустерного насоса; VI – слив масла из опорного подшипника; VII – слив масла из упорного подшипника 199

Питательный насос ПТА 3750-75 – центробежный, горизонтальный, двухкорпусной, трехступенчатый, с автоматическим уравновешиванием осевого усилия ротора разгрузочной системой. Базовой деталью ПН является наружный корпус 2 – цилиндр с приваренным входным (1) и напорным (3) патрубками, направленными вертикально вниз. По торцам к наружному корпусу 16-ю шпильками крепится крышка нагнетания 4 и восемью болтами и шпильками крышка всасывания 5. К крышке всасывания крепится полуспиральный подвод 6. В крышке нагнетания 4 просверлены отверстия для отвода воды из полости разгрузочного поршня, подвода запирающей воды и отвода протечек. В крышке всасывания 5 также выполнены отверстия для подвода запирающей воды и отвода протечек в дренажный бак. Корпус насоса в местах стыков высокого давления, уплотняемых металлическими прокладками из отожженной эрозионностойкой стали, наплавлен эрозионно-стойким металлом. В верхней части корпуса насоса расположен вентиль для выпуска воздуха и патрубок для отбора питательной воды в систему регулирования ТПН от первой ступени насоса. Корпус опирается на фундаментальную плиту четырьмя лапами, расположенными в горизонтальной плоскости, проходящей через ось насоса, что предотвращает вертикальную расцентровку при прогреве насоса. Расширение корпуса насоса в сторону упорного подшипника обеспечивается установкой двух поперечных шпонок в лапах корпуса со стороны входного патрубка и двух продольных шпонок, расположенных на патрубках насоса. Для измерения температуры металла корпуса ПН установлены в верхней части один и в нижней части три термометра сопротивления. При пуске разность температур металла вверху и внизу должна быть не более 15 °С. Внутренний корпус – секционного типа, центрируемый в насосе на заточках крышки нагнетания и наружного корпуса. Установленные в крышке нагнетания с ее внутренней стороны восемь комплектов тарельчатых пружин 8 прижимают внутренний корпус к наружному и создают постоянный контакт по уплотняющей металлической прокладке на стыке внутреннего и наружного корпусов. 200

В секции 9 вставлены направляющие аппараты 10, зафиксированные от поворота круглыми шпонками. Уплотнение стыков секций осуществляется металлическим контактом уплотнительных поясков секций, для гарантии надежности устанавливаются резиновые уплотнительные кольца круглого сечения. Крышка секции первой ступени 11 имеет сверления для отбора питательной воды от 1-й ступени ПН к регулятору предельного давления системы регулирования, камера отбора уплотняется со стороны высокого давления стальной прокладкой, со стороны низкого давления – резиновым уплотнительным кольцом. В секциях и направляющих аппаратах в местах уплотнений рабочих колес установлены уплотнительные кольца из нержавеющей стали. В целом внутренний корпус фиксируется от поворота штифтом, запрессованным в направляющий аппарат последней ступени и входящим в отверстие крышки нагнетания. Ротор насоса состоит из вала 12, трех рабочих колес 13, 14 и 15, разгрузочного барабана 16, рубашек вала, диска упорного подшипника 17, втулок концевых уплотнений. От проворачивания все элементы, насаженные на вал, фиксируются шпонками. Между рабочими колесами находятся втулки, фиксирующие положение колес и создающие нажим на уплотнительные кольца. Уплотнительные резиновые кольца установлены между рубашками вала, рабочими колесами, барабаном и втулками, кольца предохраняют от перетока жидкости по валу под ступицами и устраняют таким образом возможную эрозию вала. Перед передним уплотнением (со стороны всасывания) в расточке полуспирального подвода установлена дросселирующая втулка. Перед задним уплотнением (со стороны нагнетания) расположен разгрузочный барабан. Дросселированием воды в этих устройствах снижают давление перед уплотнениями ПН. После дросселирующей втулки питательная вода отводится во всас БН по трубе с дроссельной шайбой, камера после разгрузочного барабана также соединена со всасом БН трубой с дросселем. Ротор опирается на два опорных подшипника скольжения 18 и 19. Осевое усилие ротора уравновешивается разгрузочным барабаном и упорным сегментным подшипником типа Митчелла. В торце вала около упорного подшипника установлен датчик осевого сдвига ротора ПН. 201

Ресурс работы ПН до ремонта 12 000 ч, при этом показателем необходимости замены частей является увеличение зазоров в дросселирующих щелях вдвое (до величины от 0,6 до 0,7 мм на радиус). При подаче масла к подшипникам насос допускает непрерывное вращение ротора валоповоротным устройством турбины с частотой вращения 10–15 об/мин. На рабочем колесе с односторонним всасом образуется неуравновешенная часть эпюры давления (рис. 8.14), обусловливающая осевую силу, действующую в сторону всасывания. Кроме того, возникает усилие из-за протечки через переднее уплотнение колеса, увеличивающееся по мере износа уплотнений.

Т1

Т2

Рис. 8.14. Схема уравновешивающих усилий на ПН: Т1 − результирующее усиление на рабочем колесе; Т2 − результурующее усиление на разгрузочном барабане

Возникающие в насосе осевые силы достигают больших значений, поэтому в конструкции ПН применен разгрузочный барабан 16, представляющий собой массивный цилиндр, жестко установленный на вал за последней ступенью насоса. Между разгрузочным барабаном 16 и втулкой 21, установленной в крышке нагнетания образована цилиндрическая дроссельная щель с зазором 0,1– 0,2 мм. Полость за барабаном соединяется обводной трубой со входом в БН (линия разгрузки), и в этой полости давление равно примерно давлению всасывания. В результате разности давлений слева и справа на барабан будет действовать усилие, направленное в сторону нагнетания. 202

Разгрузочный барабан выполняет две функции: 1) уравновешивание осевой силы, действующей на ротор ПН; 2) снижение давления перед концевым уплотнением ротора со стороны нагнетания ПН. Длина щели выбирается из конструктивных соображений с учетом возможности обеспечения минимальной протечки через нее для недопущения значительного снижения КПД насоса. Достоинства разгрузочного барабана – сохранение работоспособности при запаривании насоса и простота конструкции, недостаток – компенсация осевого усилия только в одном (расчетном) режиме, поэтому установлен двухсторонний упорный подшипник. Подшипники насоса Двухсторонний упорный подшипник типа Митчелла (рис. 8.15) предназначен для восприятия неуравновешенного усилия рабочих колес в переменных режимах работы. Основные детали упорного подшипника: два комплекта упорных колодок (по 6 шт. на каждую сторону); сепараторы, крепящие упорные пластины и удерживающие колодки в определенном положении; пластины, вставленные в прорези сепараторов и способные прогибаться при упоре в них колодок, что способствует равномерному нагружению колодок. Осевое усилие, действующее на вал, передается на диск упорного подшипника, жестко насаженный на вал и воспринимается через масляный клин упорными колодками. С каждой стороны упорного диска установлено по шесть упорных колодок, с помощью пружин усилие от упорных колодок передается на сепараторы. За счет прогиба пластин при упоре на них колодок усилия распределяются равномерно по окружности. Подвод масла к упорному подшипнику осуществлен двумя трубками к каждому комплекту колодок. Внутренняя полость подшипника в районе колодок полностью заполнена маслом, которое отводится через отверстие в верхнем кольце во внешнюю камеру и сливается в нижней части корпуса подшипника. Опорный подшипник скольжения служит для восприятия весовой нагрузки ротора и радиальных усилий, возникающих при работе насоса. Подвод масла к опорному подшипнику осуществляется 203

через нижний вкладыш, контроль за подачей масла − через смотровое окно на сливном маслопроводе. Вкладыши опорного подшипника залиты баббитом. От проворачивания вкладыши фиксируются штифтом.

Рис. 8.15. Подшипники питательного насоса: 1 – упорный диск; 2 – упорная колодка; 3 – сепаратор; 4 – пластина; 5 – стопорная гайка; 6 – верхний вкладыш опорного подшипника; 7 – нижний вкладыш опорного подшипника; 8 – баббитовая заливка; 9 – корпус подшипника; 10 – вал насоса; 11 – датчик осевого сдвига; 12 – крышка торцевая

Концевые уплотнения ротора ПН В качестве концевых уплотнений (рис. 8.16) используется одинарное торцевое уплотнение с импульсным уравновешиванием аксиального подвижного элемента. 204

Уплотнение состоит из трех основных узлов: 1) аксиально-подвижного (статорного) элемента; 2) вращающегося элемента; 3) винтового насоса. Аксиально-подвижный элемент состоит из обоймы 1, в которой установлено графитовое кольцо 2. Обойма размещена в неподвижной части уплотнения 3, которое крепится к корпусу 4 нажимным фланцем 5. Графитовое кольцо и обойма фиксируются от проворачивания относительно корпуса винтами. Зазоры между деталями уплотнения фиксируются резиновыми кольцами.

Рис. 8.16. Концевые уплотнения ротора ПН: 1 – обойма; 2 – графитовое кольцо неподвижное; 3 – неподвижная часть уплотнения; 4 – корпус; 5 – нажимной фланец; 6 – резиновое кольцо; 7 – рубашка ротора; 8 – вращающаяся обойма; 9 – графитовое кольцо вращающееся; 10 – гайка; 11 – пружина; 12 – винтовая нарезка; 13 – рубашка; 14 – втулка

Детали вращающегося элемента закреплены на рубашке 7 ротора. Вращающаяся обойма 8 фиксируется там же с помощью поводка. Во вращающейся обойме установлено графитовое кольцо 9, которое фиксируется относительно обоймы поводками. Вращающийся элемент крепится на валу насоса гайкой 10, которую фиксирует от самоотвинчивания стопорная гайка. Уплотнения достигаются за 205

счет плотного прилегания друг к другу графитовых колец неподвижного (статорного) и вращающегося элементов. Плотное прилегание обеспечивается пружинами 11. Охлаждается уплотнение водой, циркулирующей в автономном контуре охлаждения. Циркуляцию охлаждающей воды в контуре охлаждения обеспечивает винтовой насос, образованный многозаходной винтовой нарезкой 12 на наружной поверхности рубашки 13 и втулкой 14. Охлаждение жидкости в автономном контуре осуществляется в выносных теплообменниках. Теплообменник контура торцевых уплотнений выполнен двухходовым поверхностного типа по принципу труба в трубе. Жидкость автономного контура циркулирует во внутренней трубе 1. Охлаждающая вода подается во внешнюю трубу 2. Основные технические характеристики представлены в табл. 8.1 и на рис. 8.17–8.18. Таблица 8.1 Основные технические характеристики Наименование

Размерность

Величина

Тип ПТА 3750-75 Подача

м3/ч

3800

Напор

м вод. ст.

808

Давление на выходе

МПа

10,0

Давление на входе

МПа

2,7

Предельное давление на входе

МПа

3,7

Предельное давление на выходе

МПа

15,5

Допустимое давление на входе

МПа

0,17

Мощность

кВт

9130

об/мин

3400

м3/ч

800–1000

Частота вращения Расход через рециркуляцию

206

Рис. 8.17. Характеристики питательного насоса

Рис. 8.18. Зона работы питательного насоса

8.4.4. Бустерный насос

Бустерный (предвключенный) насос (рис. 8.19) предназначен для подачи воды из Д-7 к питательному насосу с давлением, обеспечивающим его бескавитационную работу. 207

Рис. 8.19. Бустерный насос: 1 – корпус насоса; 2 – вал; 3 – рабочее колесо; 4 – диск упорного подшипника; 5 – зубчиковая полумуфта; 6 – подшипник скольжения; I – подвод питательной поды от Д-7; II – от теплообменника торцевых уплотнений; IV – слив масла из опорных подшипников; V – слив масла из упорного подшипника

Предвключенный насос ПД 3750-200 – центробежный, горизонтальный, одноступенчатый, с рабочим колесом двухстороннего входа. Корпус 1-го насоса – литой, стальной, с полуспиральным подводом и спиральным двухзавитковым отводом. Входной и напорный патрубки насоса расположены в нижней части корпуса насоса и направлены: входной – вертикально вниз; напорный – горизонтально вбок. 208

В верхней части корпуса расположен вентиль для выпуска воздуха. Насос установлен на плиту четырьмя лапами, которые для уменьшения вертикальных перемещений корпуса подняты возможно ближе к оси насоса. Тепловое расширение в продольном направлении организовано в сторону упорного подшипника от неподвижной точки (фикспункта), организованного продольными шпонками в корпусе и двумя поперечными цилиндрическими шпонками, расположенными в лапах корпуса со стороны зубчиковой муфты. Ротор БН состоит из вала 2, рабочего колеса 3, рубашек вала (защитных втулок), диска упорного подшипника 4, зубчиковой полумуфты 5. Рабочее колесо выполнено с расширенной входной частью для придания ему более высоких антикавитационных свойств. Для компенсации осевого усилия рабочее колесо имеет двусторонний вход воды. Небаланс осевого усилия воспринимается упорным подшипником типа итчелла, конструкция упорного подшипника аналогична конструкции упорного подшипника ПН. Опорами ротора служат подшипники скольжения 6. Смазка опорного и упорного подшипников − принудительная, масло поступает из системы смазки. Насос допускает работу на линию рециркуляции при частоте вращения менее 1260 об/мин, а также кратковременную работу с частотой вращения 2000 об/мин. В качестве концевых уплотнений используется одинарное торцевое уплотнение с импульсным уравновешиванием аксиального подвижного элемента (см. рис. 8.16). Уплотнение состоит из трех основных узлов: 1) аксиально-подвижного (статорного) элемента; 2) вращающегося элемента; 3) винтового насоса. Аксиально-подвижный элемент состоит из обоймы 1, в которой установлено графитовое кольцо 2. Обойма размещена в неподвижной части уплотнения 3, которая крепится к корпусу 4 нажимным фланцем 5. Графитовое кольцо и обойма фиксируются от проворачивания относительно корпуса винтами. Зазоры между деталями уплотнения уплотняются резиновыми кольцами. 209

Детали вращающегося элемента закреплены на рубашке 7 ротора. Вращающаяся обойма 8 фиксируется на рубашке с помощью поводка. Во вращающейся обойме установлено графитовое кольцо 9, которое фиксируется относительно обоймы поводками. Вращающийся элемент крепится на валу насоса гайкой 10, которая фиксируется от самоотвинчивания стопорной гайкой. Уплотнения достигаются за счет плотного прилегания друг к другу графитовых колец неподвижного (статорного) и вращающегося элементов. Плотное прилегание обеспечивается пружинами 11. Охлаждается уплотнение водой, циркулирующей в автономном контуре охлаждения. Циркуляцию охлаждающей воды в контуре охлаждения обеспечивает винтовой насос, образованный многозаходной винтовой нарезкой 12 на наружной поверхности рубашки 13 и втулкой 14. Охлаждение жидкости в автономном контуре осуществляется в выносных теплообменниках. Теплообменник контура торцевых уплотнений выполнен двухходовым поверхностного типа по принципу труба в трубе. Жидкость автономного контура циркулирует во внутренней трубе 1. Охлаждающая вода подается во внешнюю трубу 2. Основные технические характеристики представлены в табл. 8.2 и на рис. 8.20 и 8.21. Таблица 8.2

Технические характеристики бустерного насоса (тип ПТА-3800-20) Наименование

Размерность

Величина

Подача

3

м /ч

3800

Напор

м вод. ст.

215

Давление на выходе

МПа

2,7

Давление на входе

МПа

0,77

Предельное давление на выходе

МПа

3,7

Допустимое давление на входе

МПа

0,17

Мощность

кВт

2450

об/мин

1800

Частота вращения

210

Рис. 8.20. Характеристики бустерного насоса

Рис. 8.21. Зона работы бустерного насоса 211

Глава 9. НАСОСЫ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ 9.1. Насосы системы аварийного и планового расхолаживания 9.1.1 Назначение системы

По характеру выполняемых функций система аварийного и планового расхолаживания первого контура относится к системам нормальной эксплуатации и к защитным системам безопасности. Система аварийного и планового расхолаживания первого контура предназначена для: аварийного расхолаживания активной зоны реактора и последующего длительного отвода от нее остаточных тепловыделений при авариях, связанных с разуплотнением первого контура (режим малой и большой течи, включая разрыв главного циркуляционного трубопровода); планового расхолаживания первого контура во время останова реакторной установки и отвода остаточных тепловыделений активной зоны при проведении перегрузки активной зоны, а также проведении ППР с отключением ГЦН; отвода остаточных тепловыделений активной зоны при проведении ремонтных работ на оборудовании реакторной установки со снижением уровня теплоносителя в реакторе до оси патрубков холодных ниток петель без выгрузки активной зоны. 9.1.2. Критерии и требования, предъявляемые к системе

В основу проекта системы аварийно-планового расхолаживания активной зоны положены следующие критерии и требования, предъявляемые к ней со стороны реакторной установки (п. 3.3.1.3 ТОБ): во всех ситуациях обеспечить подачу в первый контур раствора борной кислоты с расходом 250–300 м3/ч при давлении в первом контуре 21 кгс/см2 и 700–750 м3/ч при давлении в 1-м контуре 1 кгс/см2 и температуру РБК не ниже 20 °С; обеспечить подачу в контур борного раствора с концентрацией не менее 16 кг/кг борной кислоты, в начальный момент; 212

обеспечить подачу воды в аварийных ситуациях не позднее, чем через 35–40 секунд с момента достижения давления в 1-м первом контуре 21 кгс/см2; она должна допускать возможность опробования (поканально) при работе блока на мощности и при этом не терять своих функциональных свойств; система должна работать как во время аварийных ситуаций, так и в послеаварийный период (в течение всего периода нахождения топлива в активной зоне); система должна допускать кратковременный вывод в ремонт ее элементов (в составе одного канала) при работе реактора на мощности; система обеспечивает защиту 1-го контура от переопрессовки в «холодном» состоянии; она должна иметь трехканальную структуру, т.е. соответствовать структуре остальных систем безопасности. Система САОЗ совмещает функции устройства нормальной эксплуатации и защитного устройства. Как защитная система безопасности, система обеспечивает отвод тепла от активной зоны в аварийных режимах, как устройство нормальной эксплуатации − отводит тепло от активной зоны в режимах планового и ремонтного расхолаживания. 9.1.3. Принципы построения системы

В соответствии с требованиями единичного отказа и необнаруженного отказа система аварийно-планового расхолаживания выполнена их трех каналов, каждая из которых может выполнять назначение всей системы. САОЗ (активная часть) низкого давления состоит из трех каналов. Каждый из каналов включает в себя: насос аварийного расхолаживания; бак аварийного запаса бора; теплообменник аварийно-планового расхолаживания; трубопровод Ду 600, связывающий бак, теплообменник и насос; трубопровод Ду 300, связывающий насос c 1-м контуром; трубопровод Ду 300 отбора воды из 1-го контура; вспомогательные трубопроводы и арматуру. Упрощенная схема системы представлена на рис. 9.1. 213

Рис. 9.1. Упрощенная схема системы

Все три канала системы обеспечивают подачу борированной воды в верхнюю и нижнюю камеры смешения реактора; в режиме ремонтного расхолаживания вода подается только в верхнюю камеру. Два канала системы подключаются к трубопроводам связи «ГЕ САОЗ – реактор», а третий – к «горячей» и «холодной» ниткам одной из циркуляционных петель. На напорной линии насоса аварийного расхолаживания устанавливается оперативная арматура, обратные клапаны, а также нормально открытая арматура, которые обеспечивают необходимое направление движения теплоносителя в режимах аварийного и планового расхолаживания. Энергоснабжение арматуры осуществляется от того же канала безопасности (2-я категория надежного питания), что и двигатель насоса аварийного расхолаживания. Установленные последовательно два обратных клапана, задвижки с дренажем обеспечивают отсечение высокого давления от низкого. Для защиты оборудования и всасывающих трубопроводов системы вне герметичной части от превышения давления на линии планового расхолаживания в герметичной части установлены предохранительные клапана. 214

По всасу система подключается к баку-приямку ГА-201 герметичной оболочки, а также к «холодной» или «горячей» нитке четвертой петли ГЦК (линия планового и ремонтного расхолаживания). При работе блока на мощности, в аварийной ситуации с разгерметизацией 1-го контура система подключена к баку-приямку, во всех остальных режимах забор воды производится из 4-й петли ГЦК. Для обеспечения заданной скорости расхолаживания 1-го контура при плановом расхолаживании и аварийном расхолаживании при целом 1-м контуре на трубопроводе перед теплообменником САОЗ и на байпасе теплообменника установлено два регулирующих клапана. Насос аварийного расхолаживания имеет линию рециркуляции Дy 150 с дроссельной шайбой и арматурой (именуемую операторами БЩУ «большой» рециркуляцией), которая обеспечивает опробование насоса на ГА-201 с расходом до 248 м3/ч. Насос аварийного расхолаживания также имеет линию рециркуляции Дy 50 с дроссельной шайбой без арматуры (именуемую операторами БЩУ «малой» рециркуляцией), которая обеспечивает лишь кратковременное опробование насоса. Нежелательность длительной работы насоса по линии «малой» рециркуляции определяется тем, что она рассчитана на расход до 15 м3/ч, насосы при этом работают вне зоны рабочей характеристики, с малым расходом и повышенной вибрацией. Вследствие этого завод-изготовитель насосов САОЗ допускает работу насосов с минимальной подачей 16 м3/ч только в течение 10 % времени от общей наработки до капитального ремонта. На напоре насоса аварийного расхолаживания установлена дроссельная шайба, обеспечивающая устойчивую работу насоса при полностью разуплотненном 1-м контуре. Предусматривается совместная одновременная работа спринклерного насоса и насоса аварийно-планового расхолаживания, имеющих общие теплообменники САОЗ, бак аварийного запаса бора и всасывающие трубопроводы Дy 600. 9.1.4. Взаимосвязь с другими системами

САОЗ (активная часть) связана с трубопроводами ГЦК; системой организованных протечек; системой аварийного ввода бора; 215

спринклерной системой; узлом реагентов для заполнения (дозаполнения) системы борированной водой; системой техводы ответственных потребителей; системой САОЗ (пассивная часть); системой спецканализации; системой сбора дренажей боросодержащей воды. 9.1.5. Насос ЦНР-800-230

Насос предназначен для перекачивания борированной воды, поступающей из первого контура или бака-приямка в первый контур. Насос аварийного и планового расхолаживания тип – ЦНР 800230, центробежный, горизонтальный, одноступенчатый с рабочим колесом двухстороннего входа. Насос состоит из корпуса, ротора, встроенных теплообменников, торцевых уплотнений, плиты опорной, вспомогательных трубопроводов. Опорами ротора служат подшипники скольжения с кольцевой масляной смазкой и водяным охлаждением. В качестве смазки применяется масло турбинное (Т-22 или ТП-22), а для смазки муфты зубчатой – консистентная смазка. На рис. 9.2 показана конструкция насоса ЦНР-800-230. Применением рабочего колеса двухстороннего входа разгружается осевое усилие ротора. Остаточное осевое усилие ротора разгружается сдвоенным радиально-упорным подшипником, смонтированным в опорно-упорном подшипнике. Концевые уплотнения вала насоса – торцевого типа. Система концевого уплотнения включает в себя: торцевое уплотнение, предназначенное для ограничения утечек из насоса; встроенный теплообменник (термобарьер), предназначенный для снижения температуры в торцевом уплотнении до 60 °С; внешний теплообменник, который совместно с винтовым насосом, расположенным в узле торцевого уплотнения, и трубопроводами образует индивидуальный контур охлаждения камеры торцевого уплотнения. Насос приводится во вращение электродвигателем типа 4АЗМ800/6000-УХЛ4 (рис. 9.3), асинхронным с замкнутой системой вентиляции через охладитель, охлаждаемой техводой группы «А».

216

Рис. 9.2. Конструкция насоса ЦНР-800-230: 1 – подшипники; 2 – крышка; 3 – торцевое уплотнение; 4 – встроенные теплообменники; 5 – выносные теплообменники; 6 – крышка корпуса; 7 – зубчатая муфта 217

Рис. 9.3. Общий вид насоса ЦНР-800-230: 1 – электродвигатель; 2 – зубчатая муфта; 3 – насос; 4 – анкерный болт; 5 – фундамент

Направление вращения ротора насоса – по часовой стрелке, со стороны электродвигателя. 9.1.6. Характеристики насоса ЦНР-800-230

Технические характеристики насоса аварийного расхолаживания представлены в табл. 9.1 и на рис. 9.4. Таблица 9.1 Основные технические характеристики насоса ЦНР-800-230 Единицы измерения м3/ч

Наименование

Производительность

Величина

800

Производительность по линии опробования

3

м /ч

220

Производительность по линии «малой» рециркуляции

м3/ч

15

Напор

МПа

2,3

Допускаемое давление на всасе

МПа

2,25

Мощность насоса

кВт

681

Частота вращения

об/мин

2980

м3/ч

0,01

Внешняя утечка 218

Окончание табл. 9.1 Единицы измерения

Величина

Температура перекачиваемой жидкости

°С

–

Т подшипника допустимая: электродвигатель насос

°С

70 70

Расход техводы на охлаждение электродвигателя

м3/ч

4,7

Расход техводы на охлаждение подшипников, встроенных и выносных теплообменников

м3/ч

8–9

Расход дистиллята на отмывку торцевых уплотнений

м3/ч

0,02

Температура дистиллята на отмывку торцевых уплотнений

°С

20–55

Давление дистиллята на отмывку торцевых уплотнений

МПа

0,2–0,3

Мощность электродвигателя

кВт

800

В

6000

Наименование

Напряжение электродвигателя

Рис. 9.4. Характеристика насоса ЦНР-800-230 219

9.2. Спринклерная система 9.2.1. Назначение системы

Спринклерная система по характеру выполняемых функций является локализующей системой безопасности. Упрощенная схема системы представлена на рис. 9.5.

Рис. 9.5. Упрощенная схема спринклерной системы: 1 – гермооболочка; 2 – первый контур; 3 – бак-приямок ГА-201; 4 – теплообменник; 5 – спринклерный насос; 6 – водоструйный насос; 7 – бак спринклерного раствора

Спринклерная система предназначена для: 1) снижения давления внутри герметичной оболочки при разрывах трубопроводов первого контура или трубопроводов 2-го контура путем конденсации пара на каплях воды, разбрызгиваемой через спринклерные сопла внутри оболочки; 220

2) связывания радиоактивных изотопов иода в атмосфере оболочки с помощью бората калия. Иод в атмосферу оболочки поступает через течи теплоносителя в герметичную оболочку, приводящие к разрушению твэлов активной зоны реактора; 3) аварийного заполнения бассейна выдержки отработанного топлива. 9.2.2. Состав оборудования системы

Спринклерная система состоит из трех функциональных групп, входящих в состав трех каналов систем безопасности АЭС каждая. Каждая группа имеет независимые технологические связи, приборы КИП и цепи блокировок, штатные и аварийные источники питания. Общими для функциональных групп являются бак (помещение ГА-201) аварийного запаса борной кислоты 16 г/кг и насос перемешивания раствора бората калия в баках его хранения. Каждый из трех каналов состоит из спринклерного насоса (рис. 9.6), водоструйного насоса, бака запаса спринклерного раствора (бората калия), теплообменника аварийного и планового расхолаживания, арматуры, трубопроводов КИП.

Рис. 9.6. Спринклерный насос: 1 – вал насоса; 2, 8 – подшипники; 3, 5 – встроенные теплообменники; 4 – корпус; 6, 7 – торцевые уплотнения; 10 – опорная плита 221

Насосное оборудование, теплообменники, баки и часть трубопроводов системы размещены в специальных помещениях, раздающие коллекторы спринклерной системы, оснащенные распыляющими форсунками, − под куполом центрального зала ГО. 9.2.3. Принцип работы системы

Система при нормальном режиме работы блока находится в режиме ожидания, т.е. заполнены все всасывающие трубопроводы и система подключена по всасу к баку. Бак заполнен раствором бората калия и отключен от струйного насоса. Спринклерная система вводится в работу автоматически по сигналам защиты блока («разрывные защиты» САОЗ) по рабочему электропитанию без выдержки времени, а также в режиме обесточивания энергоблока на 30-й секунде по АСП. На 10-й секунде после включения насоса открываются задвижки на рециркуляции и насос работает на рециркуляцию. При повышении давления в ГО до 30 кПа (0,3 кгс/см2) открывается задвижка из бака бората калия. При повышении давления в ГО до 20 кПа (0,2 кгс/см2) открываются задвижки от спринклерного насоса под ГО на форсунки и происходит разбрызгивание раствора в паровом объеме ГО. При работе спринклерного насоса часть воды с напора подается на сопло водоструйного насоса. Струя воды, выходящая под давлением с большой скоростью из сопла, увлекает за собой из всасывающей полости насоса раствор бората калия из бака, после чего, расширяясь в диффузоре, поступает на всас спринклерного насоса. Всё это приводит к конденсации пара и снижению давления в ГО, а также связыванию иода. В первоначальный момент используются запас борированной воды бака и раствор бората калия из бака, а в дальнейшем − сконцентрированная вода паровоздушной смеси, сливающаяся из гермообъема в бак помещения ГА-201 через водоприемные люки. При увеличении расхода от насоса до 480 м3/ч закрывается рециркуляция насоса и насос работает только в ГО. При снижении давления в ГО до 0,08 МПа (0,8 кгс/см2 (абс)) автоматически закрываются задвижки в ГО от спринклерной системы и насос переводится на работу на рециркуляцию. 222

9.2.4. Конструкция насосов

Водоструйный насос Насос водоструйный типа СН-10/50-К (рис. 9.7) предназначен для перекачивания раствора бората калия из бака на всас спринклерного насоса. Материал корпусных деталей насоса – сталь 08Х18Н10Т.

Рис. 9.7. Водоструйный насос марки СН-10/50-К

Струйные насосы отличает простота устройства и обслуживания, поскольку отсутствуют трущиеся части и клапаны. Такие насосы малочувствительны к загрязненным жидкостям. По всей видимости поэтому они и выбраны проектировщиками для перекачки раствора бората калия, имеющего при некоторых условиях склонность к кристаллизации. 223

Струйный насос (рис. 9.8) состоит из следующих основных элементов: рабочего сопла 2, камеры смешения 3, диффузора 4, входного участка горловины (конфузора). Полость, куда поступает перекачиваемая жидкость, обычно называют всасывающей камерой.

Рис. 9.8. Конструкция струйного насоса: 1 – подвод рабочей жидкости; 2 – рабочее сопло; 3 – камера смешения; 4 – диффузор; 5 – отвод; 6 – подвод перекачиваемой жидкости

Насос для перемешивания растворов в баках Для перемешивания растворов бората калия во всех трех баках установлен один общий для всех этих баков насос перемешивания бората калия марки Х45/90-К-2Г: тип − центробежный, горизонтальный, одноступенчатый; подача − 45 м3/ч; напор − 0,9 МПа; уплотнение − двойное, торцевое; максимальные протечки через уплотнения − 0,01м3/ч. Спринклерный насос ЦНСА-700-140 − основной насос, предназначенный для подачи воды из бака через теплообменники аварийного расхолаживания в герметичный объем защитной оболочки и разбрызгивания там воды через форсунки. Насос ЦНСА-700-140 – центробежный, горизонтальный, одноступенчатый с рабочим насосом двухстороннего входа. Для обеспечения рабочего диапазона работы насоса на его напоре врезана дроссельная шайба: рабочее давление − 1,47 МПа (15 кгс/см2); перепад на шайбе 0,68 МПа (6,9 кгс/см2). Форсунки спринклерные: 224

проектный перепад давления − 0,098 МПа (1 кгс/см2); проектный расход на форсунку − 30 м3/ч; число форсунок на одно кольцо − 20; угол распыления факела форсунки 75°; эквивалентный диаметр капель распыления − 800 мкм. Насосы можно использовать и для аварийного заполнения бассейна выдержки. На линии рециркуляции насосов установлено по две арматуры и дроссельные шайбы для обеспечения работы насосов в рабочем диапазоне. Принцип работы насоса заключается в преобразовании механической энергии приводного электродвигателя в гидравлическую энергию перемещаемой насосом жидкости. Преобразование механической энергии в гидравлическую производится вращающимся колесом, снабженным лопастями. Насос (см. рис. 9.6) состоит из корпуса 4, вала 1, встроенных теплообменников 3 и 5, подшипников 2 и 8, торцевых уплотнений 6 и 7, плиты опорной 10 и вспомогательных трубопроводов. Корпус насоса – литой, стальной с полуспиральным подводом и спиральным двухзавитковым отводом, имеет горизонтальный разъем, который уплотняется паронитовой прокладкой толщиной 1,0 мм. Входной и напорный патрубки насоса выполнены под приварку с трубопроводами и расположены в нижней части корпуса. Корпус насоса опирается на чугунную литую плиту четырьмя лапами и крепится к ней с помощью шпилек с дистанционными втулками; Между дистанционными втулками и плоскостью лап корпуса предусмотрены зазоры для свободного перемещения насоса при его нагреве. Сохранение центровки обеспечивают две продольные шпонки, расположенные под корытами корпуса насоса. Для сохранения величины допускаемых осевых зазоров зубчатой муфты, передние лапы корпуса зафиксированы двумя цилиндрическими штифтами. В местах уплотнения рабочего колеса, в корпусе насоса установлены уплотнительные кольца, изготовленные из стали 30Х13 ГОСТ 5632-72. В кольцах предусмотрены пазы для свободного прохода частиц механических примесей, имеющихся в перекачиваемой жидкости. Ротор насоса состоит из вала, рабочего колеса, подшипников, втулок колец маслоотбойных, кольца, деталей крепления и пред225

ставляет собой самостоятельную сборку. Вал изготовлен из стали 14Х17Н2 ГОСТ 5632-72. Рабочее колесо − сварно-литое, из стали 20Х13Л-1 ГОСТ2176-77, посажено на вал по посадке К6. Эта посадка выбрана из условий: 1) обеспечения повышенных требований по допустимой величине вибрационной скорости; 2) исключения нагрузок на вал со стороны рабочего колеса, которые имеют место при режимах, отличных от номинального. Опорами ротора служат подшипники скольжения с кольцевой масляной смазкой и водяным охлаждением. Применением рабочих колес двухстороннего входа разгружается осевое усилие ротора. Остаточное осевое усилие ротора воспринимается сдвоенным радиально-упорным шарикоподшипником, вмонтированным в опорно-упорном подшипнике насоса. Наружная обойма шарикоподшипника не зажата в осевом направлении, имеется зазор 0,03−0,1 мм. Это позволяет свободно всплывать ротору при вращении. От проворота наружная обойма зафиксирована напрессованной втулкой. Корпус опорно-упорного подшипника выполнен из двух половин с расположением разъема в горизонтальной плоскости. Во внутренней расточке корпуса подшипника находится вкладыш, выполненный из двух половин и зафиксированный от проворота штифтом. Во вкладыше подшипников скольжения вмонтировано по два термопреобразователя сопротивления, кабели от которых выведены через специальные штуцера и уплотнены паронитовыми прокладками от просачиваемого масла. Положение корпуса подшипника выставляется тремя регулировочными винтами. После обеспечения концентричного расположения ротора относительно статора положение корпусов подшипников фиксируется коническими штифтами. Концевые уплотнения вала насоса – двойного торцевого типа. Насос приводится во вращение двигателем через зубчатую муфту. Направление вращения ротора насоса – по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода, указано стрелкой, укрепленной на корпусе насоса. Вспомогательные трубопроводы предназначены для подвода и отвода охлаждающей воды к подшипникам и встроенным холодильникам, слива утечек из концевых уплотнений, а также для циркуляции перекачиваемой среды по замкнутому контуру: торце226

вое уплотнение – внешние теплообменники. Не допускает промывку дезактивирующими растворами. В качестве привода центробежного насоса применяется асинхронный трехфазный двигатель с замкнутой системой вентиляции. 9.2.5. Характеристики насосов

Основные технические храктеристики водоструйного насоса марки СН-110/50-К представлены в табл. 9.2 и рис. 9.9. Таблица 9.2 Основные технические характеристики СН-10/50-К Наименование Давление рабочей жидкости на входе в насос, кгс/см2

Величина 7–12

Давление перекачиваемой жидкости на входе в насос, кгс/см2

1

Давление перекачиваемой жидкости на выходе из насоса, кгс/см2 Подача рабочей жидкости, м3/ч

4,1–7,0 50

3

Подача перекачиваемой жидкости, м /ч

10

КПД, %

30

Рис. 9.9. Характеристика насоса СН-10/50-К 227

Основные технические храктеристики спринклерного насоса ЦНСА-700-140 представлены в табл. 9.3 и на рис. 9.10. Таблица 9.3 Основные технические характеристики ЦНСА-700-140 Наименование

Величина 700

3

Подача, м /ч Напор, кгс/см2

14

Температура перекачиваемой среды, °С

10–150

Мощность электродвигателя насоса, кВт

500

Частота вращения, об/мин

2980

Допустимый кавитационный запас, не менее, кгс/см2

1,1

Время полного разворота, с

7,5

Ресурс до капремонта, лет

5 3

Максимальная утечка через уплотнения, не более, м /ч Расход технической воды на охлаждение насосного агрегата, включая двигатель, м3/ч Тип масла для смазки подшипников насоса и электродвигателя

0,01 11,6–12,6 Т-22, ТП-22

Рис. 9.10. Характеристики насоса ЦНСА-700-140 228

9.3. Система аварийного ввода бора 9.3.1. Назначение системы

Система аварийного ввода бора предназначена для аварийной подачи высококонцентрированного раствора бора в первый контур при авариях, связанных с выделением положительной реактивности в активной зоне реактора с сохранением высокого давления в первом контуре, а также в режимах, связанных с разуплотнением первого контура. Система аварийного ввода бора состоит из трех идентичных каналов. Каждый канал состоит из двух групп. В основу проекта групп аварийного ввода бора высокого давления положены следующие критерии и требования, предъявляемые к ним со стороны реакторной установки: обеспечить подачу в первый контур раствора борной кислоты с расходом не менее 130 м3/ч и начальной концентрацией 40 г/кг в диапазоне давлений 1-го контура 90−15 кгс/см2, а при давлении в 1-м контуре 100 кгс/см2 – не менее 100 м3/ч; обеспечить возможность работы насоса аварийного ввода бора высокого давления из бака-приямка под оболочкой при авариях, связанных с течью 1-го контура, в течение времени, необходимого для расхолаживания блока и отвода остаточных тепловыделений; она должна допускать возможность опробования (поканально) при работе блока на мощности и при этом не терять своих функциональных свойств; она должна обеспечивать в аварийной ситуации подачу борного раствора в 1-й контур не позднее чем через 35−40 секунд с момента достижения давления в 1-м контуре 90 кгс/см2 от насоса аварийного ввода бора высокого давления; она должна иметь трехканальную структуру, т.е. соответствовать структуре остальных систем безопасности. В соответствии с требованиями единичного отказа и необнаруженного отказа система аварийного ввода бора состоит из трех идентичных каналов, каждый из которых может выполнять назначение всей системы. Таким образом, степень резервирования равна двум. Такая степень резервирования достаточна для выполнения функций системы при сочетаниях повреждений, определенных в 229

ОПБ 88/97, поэтому отказ в одном канале не приводит к потере функциональных свойств системы. Система аварийного ввода бора является защитной системой безопасности и относится к 1-й категории сейсмостойкости. Пространственное разделение каналов с установкой стен и перекрытий, огнестойкостью не менее 1,5 ч и наличие системы автоматического пожаротушения кабельных помещений позволяют сохранять работоспособность системы при пожаре в одном из каналов. Все оборудование и трубопроводы выполнены по 1-й категории сейсмостойкости и рассчитаны на МРЗ, что обеспечивает выполнение системой своих функций. 9.3.2. Группа аварийного ввода бора

Группа системы аварийного ввода бора состоит из трех независимых каналов (рис. 9.11), каждый из которых включает в себя следующее технологическое оборудование: бак аварийного запаса концентрированного раствора борной кислоты; насосный агрегат аварийного ввода бора; трубопроводы, арматуру, дроссельные шайбы и КИП. Всасывающие, напорные трубопроводы и трубопроводы рециркуляции насосов аварийного ввода бора выполнены из стали 08Х18Н10Т. На всасывающих трубопровода установлены предохранительные клапаны, защищающие эти трубопроводы от недопустимого повышения давления. Давление срабатывания клапанов – 5,5 кгс/см2. На напорных трубопроводах внутри гермозоны установлены по два быстродействующих вентиля, далее по ходу установлено четыре обратных клапана, объединенных попарно-параллельно, каждая пара обратных клапанов имеет байпас, выполненный из трубопровода Ду 15 с дроссельной шайбой и двумя ручными вентилями. Назначение байпаса – проведение контроля плотности пары обратных клапанов; прогрев напорного трубопровода до температуры гидроиспытаний. Для отвода возможных протечек через обратные клапана из полости между быстродействующими вентилями выполнен дренаж в 230

систему оргпротечек, снабженный дроссельной шайбой и электроприводным вентилем.

Рис. 9.11. Упрощенная схема группы аварийного ввода бора: 1 – бак аварийного запаса раствора борной кислоты; 2 – механический фильтр; 3 – насос; 4 – гермооболочка

На напорном трубопроводе насоса установлена дроссельная шайба для обеспечения надежной работы насоса при снижении давления в первом контуре ниже 40 кгс/см2. Указанная шайба обеспечивает работу насоса в рабочей части характеристики при любых противодавлениях в 1-м контуре, вплоть до 1 кгс/см2, что позволяет использовать насос в аварийных ситуациях и при давлениях менее 15 кгс/см2. Имеется линия рециркуляции с арматурой на бак, обеспечивающая опробование насоса и его работу в режиме ступенчатого 231

пуска и аварийных ситуациях, когда отсутствуют технологические условия на подачу борного раствора в 1-й контур. Арматура на линии рециркуляции управляется автоматически по технологическому параметру (расходу насоса), обеспечивая работу насоса в рабочей части характеристики. Обратные клапаны, баки аварийного запаса бора и оперативная арматура находятся в герметичной части защитной оболочки, остальное оборудование системы располагается в негерметичной части. Врезка напорных трубопроводов аварийного ввода бора Дy 150 всех трех СБ в холодные нитки петель выполнена с установкой сужающих устройств, ограничивающих утечку из первого контура в случае разрыва указанных напорных трубопроводов. Каналы аварийного ввода бора обеспечивают подачу в реактор раствора борной кислоты в начале концентрацией 40 г/кг из баков объемом 15м3, а после их опорожнения раствора бора с концентрацией 16 г/кг из бака-приямка герметичной оболочки объемом 680 м3. Насосный агрегат аварийного ввода бора В системе аварийного ввода бора применяется насос типа ЦН-150-110 (рис. 9.12) изготовления НПО им. Фрунзе (г. Сумы, Украина). На некоторых блоках установлены аналоги данных насосов, изготовленные по российской техдокументации заводом «Litostroj» (бывшая Югославия). Насосы аварийного ввода бора установлены в помещениях обстройки РО соответственно и относятся к категории многоступенчатых центробежных насосов. Для обеспечения безопасности эксплуатации и облегчения сборки и разборки насоса применена двухкорпусная конструктивная схема, которая имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными секционными насосами. Насос изготавливается из материалов, допускающих его работу на воде с добавками борной кислоты, едкого кали и механических примесей. Насос – центробежный, восьмиступенчатый, горизонтальный, двухкорпусной, с секционным внутренним корпусом. Насос изготавливается в сейсмостойком исполнении. Базовыми деталями являются кованый цилиндрический наружный корпус со входным и напорным патрубками, направленными 232

Рис. 9.12. Общий вид ЦН-150-110: 1 – электродвигатель; 2 – зубчатая муфта; 3 – насос; 4 – железобетонный фундамент

вертикально вверх, и напорная крышка, которые центрируются между собой на заточке. Корпус насоса опирается на плиту четырьмя лапами, расположенными в горизонтальной плоскости, проходящей ниже оси насоса. На заточках напорной крышки и наружного корпуса центрируется внутренний корпус. На рис. 9.13 представлен (в разрезе) насос ЦН-150-110.

Рис. 9.13. Разрез ЦН-150-110: 1 – подшипники скольжения; 2 – торцевое уплотнение; 3 – металлические прокладки; 4 – корпус; 5 – направляющие аппараты; 6 – сменные уплотнительные кольца; 7 – секции внутреннего корпуса; 8 – рабочее колесо; 9 – напорная крышка; 10 – подушка гидропяты; 11 – вал; 12 – опорная плита; 13 – шпилька 233

Проточная часть насоса состоит из подвода, рабочих колес, посаженных на вал по плотной посадке, направляющих аппаратов, запрессованных в секции. Стыки высокого давления между наружным и внутренним корпусами, наружным корпусом и напорной крышкой уплотняются обжатыми металлическим прокладками. Герметичность стыков секций обеспечивается за счет металлического контакта уплотняющих поясков. Дополнительно в стыках секций установлены уплотнительные резиновые кольца. Внутренний корпус фиксируется в наружном корпусе от проворачивания цилиндрическим штифтом. Напорная крышка притягивается к наружному корпусу шпильками. К напорной крышке прикреплена подушка гидропяты. Рабочие колеса совместно с направляющими аппаратами и секциями, стянутыми шпильками, образуют внутренний корпус, который устанавливается в наружный корпус. Между рабочими колесами и секциями расположены щелевые уплотнения. Конструкция насосов ЦН-150-110 предусматривает в качестве концевых уплотнений ротора установку взаимозаменяемых одинарных торцевых или сальниковых уплотнений. В качестве концевых уплотнений вала первоначально использовались сальниковые уплотнения, однако в настоящее время на насосных агрегатах устанавливаются одинарные торцевые уплотнения. Допустимая протечка через уплотнение – до 30 см3/ч. Разгрузочное устройство – гидравлическая пята, расположенная в напорной крышке насоса. Осевое усилие ротора воспринимается подушкой гидропяты и разгрузочным диском. Гидравлическая пята является саморегулиpующим устройством: зазор между гидропятой и корпусом автоматически устанавливается за счет осевых смещений ротора таким, что разность сил давления по обе стороны диска равна усилию на роторе насоса. Не разрешается работа насоса при увеличении температуры в камере гидропяты более 70 °С. Особенность установки насосов состоит в том, что линия отвода воды с гидропяты выполнена напрямую на всас насоса, вследствие этого заводом-изготовителем данных насосов категорически запрещена их работа в безрасходном режиме.

234

Поскольку за счет трения к камере гидропяты жидкость дополнительно подогревается на 10–20 °С, то разрешается перекачивание среды с температурой не более 60 °С. Опоры ротора – гидродинамические подшипники скольжения с кольцевой смазкой, которые крепятся к статору насоса шпильками и штифтуются. Смазка подшипников осуществляется маслом турбинным Т-22 (ТП-22, ТП-22С). В картер каждого подшипника заливается по 2 л указанного масла. Контроль температуры вкладышей подшипников производится при помощи термометров сопротивления. Для ограничения осевых сдвигов ротора в сторону нагнетания используется упорный шарикоподшипник. Кроме того, в заднем подшипнике установлен концевой упор ротора с визуальным указателем осевого сдвига. При нормальной работе насоса указатель сдвига находится против риски на корпусе подшипника. Лапами, расположенными в горизонтальной плоскости, насос опирается на плиту. Крепление лап к плите − подвижное, допускающее температурные расширения корпуса. Направление вращения ротора насоса со стороны электродвигателя – левое. Максимально допустимая температура подшипников насоса и электродвигателя – 70 °С. Насос не имеет собственной защиты, требующей его автоматического отключения. Для передачи усилия от электродвигателя к насосу предусмотрена зубчатая муфта, воспринимающая перемещение вала и тепловое расширение. Электродвигатели насосов подключаются к секциям надежного питания. В аварийных ситуациях, связанных с включением программы ступенчатого пуска, эти секции запитываются от работающих дизель-генераторов. Основные технические характеристика насосов представлены в табл. 9.4. и на рис. 9.14. Тип насоса − ЦН-150–110; смазка подшипников − Т-22,ТП-22; тип электродвигателя − 2АЗМ1-800/6000. Таблица 9.4

Параметр Производительность, м3/ч

Величина 150

Напор, м вод. ст.

980 235

Окончание табл. 9.4 Параметр Диапазон работы по напору, кгс/см2 Температура перекачиваемой среды, °С Номинальная частота вращения, об/мин Номинальное давление на всасе, кг/см2 Протечка через уплотнение, см2/ч Мощность двигателя, кВт Мощность насоса (при ном. подаче), кВт Напряжение питания, кВ

Величина 110–140 20–60 2970 0,2–3,0 30 800 640 6/50 Гц

Рис. 9.14. Характеристики насоса ЦН-150-110

9.3.3. Группа аварийного впрыска бора (рис. 9.15)

В соответствии с тpебованиями ОПБ-88/97 на каждом энеpгоблоке АЭС пpедусматpивается по тpи независимых канала аварийного впрыска бора высокого давления, каждый из которых включает в себя следующее технологическое оборудование: бак аварийного запаса концентрированного раствора борной кислоты; насосный агрегат аварийного впрыска бора высокого давления; трубопроводы, арматуру, дроссельные шайбы и КИП. 236

Рис. 9.15. Упрощенная схема группы аварийного впрыска бора: 1 – бак аварийного запаса концентрированного раствора борной кислоты; 2 – насос аварийного впрыска бора высокого давления; 3 – линия рециркуляции; 4 – гермооболочка; 5 – к теплообменнику организованных протечек; 6 – к «холодной» нитке петли

Всасывающие, напорные трубопроводы и трубопроводы рециркуляции насосов аварийного ввода бора высокого давления выполнены из стали 08Х18Н10Т. На напорных трубопроводах внутри гермозоны устанавливаются один или два электроприводных быстродействующих вентиля, далее по ходу устанавливаются четыре или два, объединенных попарно-параллельно. Каждая пара обратных клапанов имеет байпас 237

(который может и отсутствовать), выполненный из трубопровода Ду 15 с дроссельной шайбой и двумя ручными вентилями. Байпас предназначен для проведение контроля плотности пары обратных клапанов и прогрева напорного трубопровода до температуры гидроиспытаний. Для отвода возможных протечек через обратные клапана из полости между быстродействующими вентилями выполнен дренаж в систему оргпротечек, снабженный дроссельной шайбой и электроприводным вентилем. Врезка напорных трубопроводов аварийного ввода бора Дy 150 всех трех СБ в холодные нитки петель выполнена с установкой сужающих устройств, ограничивающих утечку из первого контура в случае разрыва указанных напорных трубопроводов. Насосы имеют линии рециркуляции на бак с арматурой и дроссельными шайбами. Имеются три независимых канала, каждый из которых может выполнять все требуемые функции. Таким образом, степень резервирования равна двум. Эта степень резервирования системы достаточна для выполнения функций системы при сочетаниях повреждений, определенных в ОПБ 88/97, поэтому отказ в одном канале не приводит к потере функциональных свойств системы. Система аварийного впрыска бора высокого давления является защитной системой безопасности и относится к 1-й категории сейсмостойкости. Пространственное разделение каналов с установкой стен и перекрытий, огнестойкостью не менее 1,5 ч, и наличие системы АУПТ позволяет сохранять работоспособность системы при пожаре в одном из каналов. Все оборудование и трубопроводы выполнены по 1-й категории сейсмостойкости и рассчитаны на МРЗ, что обеспечивает выполнение системой своих функций при МРЗ. Насосный агрегат аварийного впрыска бора В системе аварийного впрыска бора высокого давления применяется насос типа ПТ-6/160-С, изготавливаемый Лебедянским машиностроительным заводом (рис. 9.16). Насосы аварийного впрыска бора высокого давления установлены в помещениях А036/1, 2, 3 обстройки РО соответственно и относятся к категории поршневых. Заводское условное обозначение агрегата означает: 238

ПТ – трехплунжерный; 6 – подача, м3/ч; 160 – давление на выходе из насоса, кгс/см2; С – специальное исполнение. Насосный агрегат состоит из насоса с электродвигателем и двухступенчатым цилиндриче- Рис. 9.16. Внешний вид электронасосским редуктором, смонного агрегата типа ПТ-6/160-С тированными на общей фундаментной раме. Для защиты насоса от перегрузок в период проведения гидроиспытаний в состав ЗИП входит перепускной клапан, крепящийся на гидроблоке и отрегулированный на заводеизготовителе на давление полного перепуска 200 кгс/см2. Насос – горизонтальный кривошипный трехпоршневой тройного действия; состоит из приводной и гидравлической частей и маслосистемы. Приводная часть (рис. 9.17) включает в себя корпус (станину) 3, коленчатый вал 1, шатуны 2, ползуны 4 с направляющими 5 и проставки 6 с шарнирно плавающим соединением проставков со штоками 11. В корпус заливается масло для смазки трущихся пар приводной части. Коленчатый вал коренными шейками базируется на двух шариковых подшипниках, расположенных в расточках боковых стенок станины. Шатун своей большой разъемной головкой шарнирно связан с коленчатым валом, а малой головкой через палец шарнирно связан с ползуном. Гидравлическая часть состоит из гидроблока 14, рабочих клапанов 13, штоков с поршнями 12 и уплотнений 16. Между корпусом привода и гидроблоком предусмотрен проставок 15 для размещения защитного экрана и отделения необслуживаемой гидравлической части насоса от других (обслуживаемых) частей насосного агрегата. В расточках корпуса (станины) и проставка установлены корпуса сальников 8, в которых, в свою очередь, размещены гильзы 10 и обоймы уплотнений. Для подвода и отвода гидрозатворной жидкости (конденсата) предусмотрены коллекторы 7. 239

Рис. 9.17. Разрез насоса ПТ-160/6-C: 1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – корпус (станина); 4 – ползун; 5 – направляющая; 6 – проставок; 7 – коллекторы гидрозатворной жидкости; 8 – корпус сальника; 9 – трубопровод запоршневой зоны; 10 – гильза; 11 – шток; 12 – поршень; 13 – рабочие клапаны; 14 – гидроблок; 15 – проставок; 16 – уплотнения; 17 – масляная камера

Для поддержания в запоршневой зоне требуемого давления жидкости, необходимого для смазки элементов уплотнения штоков и поршней, грундбукс и насадок, предусмотрен коллектор запоршневой зоны с предохранительным клапаном и трубопроводом 9. При появлении утечек через поршни давление в коллекторе запоршневой зоне должно составлять не менее 1,5 кгс/см2. Максимально допустимое давление в коллекторе запоршневой зоны – 2,5 кгс/см2. Утечки перекачиваемой жидкости отводятся в спецканализацию. Маслосистема состоит из маслопровода с фильтром, установленного в нижней части корпуса привода, шестеренного насоса и напорного маслопровода, по которому масло под давлением подводится к масляной камере 17 для смазки ползунов. Подвод масла под давлением от шестеренного насоса к другим трущимся парам осуществляется по сверлениям в коленчатом валу и шатунам. Шестеренный насос, укрепленный на торцовой крышке корпуса привода со стороны глухого конца коленчатого вала, приводится во вращение от этого вала. Производительность шестеренного насоса при номинальной частоте вращения коленчатого вала составляет 8,5 л/мин. Перепускной клапан шестеренного маслонасоса срабатывает при давлении в нагнетательной полости свыше 5 кгс/см2. 240

Технические характеристики насоса аварийного впрыска бора представлены в табл. 9.5 и на рис. 9.18. Марка насоса − ПТ-160/6-С; применяемое масло − И-40А. Таблица 9.5 Технические характеристики насоса аварийного впрыска бора Параметр 3

Подача, м /ч Номинальное давление на выходе из насоса, кгс/см2 Номинальная частота двойных ходов, ход/мин Номинальная мощность насоса, кВт Утечки среды через сальники, не более, см3/ч Рабочая температура воды, °С Объем масла в камере станины, л Объем масла в камере ползунов, л Допустимая температура масла, °С Допустимое давление в системе смазки, кгс/см2 Мощность электродвигателя, кВт Частота вращения электродвигателя, об/мин Длина хода поршня, мм Диаметр поршня, мм Масса насоса, кг

Величина 6,3 160 150 37,3 3000 От 30 до 104 35 13,5 65 0,2−5 55 1470 125 50 1250

Рис. 9.18. Характеристики насоса ПТ-160/6-с 241

Глава 10. НАСОСЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

10.1. Система организованных протечек 10.1.1. Назначение и общее устройство

Оргпротечки – это протечки теплоносителя из основного и вспомогательного оборудования реакторной установки через специально организованные трубопроводы (дренажи, контрольные дренажи и воздушники), направляемые обратно в первый контур. При нормальной эксплуатации реакторной установки на АЭС с ВВЭР всегда должна находиться в работе система, предназначенная для сбора организованных протечек из оборудования и вспомогательных систем 1-го контура и их возврата в технологический цикл. На ВВЭР-1000 с РУ В-320 эта система называется системой оргпротечек. Система предназначена для сбора, охлаждения и возврата в систему продувки-подпитки 1-го контура организованных протечек теплоносителя 1-го контура во всех режимах эксплуатации энергоблока, а также дренирования 1-го контура. Система оргпротечек выполнена как система, совмещающая функции системы важной для безопасности и системы нормальной эксплуатации. К части системы, важной для безопасности, относятся трубопроводы в части от врезок в ГЦК до последней запорной арматуры на коллекторе дренажей и параллельно установленных дроссельных шайб (включительно), а также трубопроводы дренажей ГЕ САОЗ до граничной арматуры (включительно). К устройствам нормальной эксплуатации относятся все остальные трубопроводы, арматура, оборудование. Организованные протечки отводятся от: трубопроводов аварийного впрыска бора, аварийного расхолаживания, трубопровода заполнения гидроемкостей САОЗ; трубопроводов ГЕ САОЗ; воздушников реактора, КД, ПГ, а также из системы аварийного газоудаления. Критериями выполнения системой оргпротечек своих функций являются обеспечение отвода протечек от оборудования, арматуры, 242

участков трубопроводов, а также выполнение требования по дренированию одной петли ГЦК со скоростью 1 т/ч при рабочем давлении среды в 1-м контуре с целью смягчения протекания аварийного режима течи 1-го контура. Система обеспечивает дренирование: первого контура от четырех петель ГЦК через дренажные вентили; трубопроводов системы СВО-2 и СВО-1; ББ; ГЕ САОЗ; КД. Учитывая, что система организованных протечек должна непрерывно функционировать в период нормальной эксплуатации энергоблока на мощности, насосные агрегаты оргпротечек были продублированы с целью возможности вывода агрегатов на техническое обслуживание и ремонт (рабочий, резервный). Материалы (основные и сварочные), используемые в системе оргпротечек, и их качество соответствуют требованиям действовавших на момент выпуска документации стандартов, технических условий, норм и правил. При выборе материалов учитывались рабочие параметры системы, свойства среды, коррозионная стойкость материалов в рабочей среде и дезактивирующих растворах. Исходя из условий работы оборудования, трубопроводов и арматуры, в качестве основного конструкционного материала принята коррозионно-стойкая нержавеющая сталь типа 08Х18Н10Т. 10.1.2. Краткое описание технологической схемы

В состав системы входят трубопроводы, бак организованных протечек, охладитель организованных протечек и три насоса оргпротечек. Согласно ТОБ система оргпротечек состоит из двух подсистем: подсистемы сбора дренажей протечек и подсистемы возврата дренажей протечек. Арматура трех из четырех дренажных линий ГЦК имеет надежное питание от дизель-генераторов. К первой подсистеме относятся трубопроводы сбора дренажей и охладитель организованных протечек, ко второй − бак организованных протечек и насосы оргпротечек со всем вспомогательным оборудованием. Величина организованных протечек из 1-го контура, принятая в проекте, составляет величину 0–2,5 т/ч. Упрощенная принципиальная схема представлена на рис. 10.1.

243

Рис. 10.1. Упрощенная принципиальная схема

Система организованных протечек TY технологически связана со следующими системами: первого контура; подпитки-продувки 1-го контура; аварийного впрыска бора; аварийного и планового расхолаживания 1-го контура; очистки организованных протечек; азота низкого давления; спецгазоочистки СГО; бакового хозяйства; аварийного газоудаления. По расположению все организованные протечки можно разделить на две группы: оргпротечки гермозоны и обстройки. Оргпротечки гермозоны – это, в основном, контрольные дренажи с оборудования и трубопроводов РУ, имеющих высокие параметры по t и Р. Поэтому все эти линии имеют дроссельные шайбы и отводимая по ним среда перед попаданием в бак охлаждается в теплообменнике при помощи воды промконтура. 244

Оргпротечки обстройки имеют низкие параметры и поэтому не требуют дополнительного охлаждения и дросселирования. Линия слива оргпротечек с гермозоны заводится в бак через гидрозатвор для разделения трубопроводов оргпротечек, находящихся в герметичной и негерметичной части оболочки, и препятствуют выходу воздуха из-под герметичной части оболочки при повышении давления в ней до 0,7 кгс/см2. Гидрозатвор – типа «труба в трубе». Насосы и их обвязка запитаны от системы надежного питания 2-й категории. Это означает, что при обесточении СБ после запуска ДГ и включения его на секцию надежного питания включается соответствующий насос на четыре ступени АСП. Система оргпротечек функционирует во всех режимах нормальной эксплуатации, включая переходные режимы, а также в режиме обесточивания. В режимах нормальной эксплуатации функция системы состоит в отводе организованных протечек и возврате их в контур, а также дренировании ГЦК при ремонтах. Из бака вода подается насосами через фильтры СВО-2 (или по байпасу фильтров СВО-2) в деаэратор подпитки и, далее, на всас насосов для возврата оргпротечек в баланс воды 1-го контура. При необходимости оргпротечки могут перекачиваться в баки минуя ДП по перемычке. 10.1.3. Конструкция насоса

Насос оргпротечек марки Х45/240-К-2Г (рис. 10.2) − центробежный, консольный, двухступенчатый, горизонтальный, самовсасывающим, с механическим двойным торцевым уплотнением вала. Допускаемая протечка через уплотнение – не более 100 г/ч. Самовсасывание при первом запуске насоса осуществляется за счет воды, залитой насосами боросодержащей воды через арматуру во вспомогательный бак (V = 0,19 м3), смонтированный в разрез трубопровода всаса. Падение уровня во вспомогательном баке в момент пуска создает разрежение, которое обеспечивает подъем воды из основного бака. Для обеспечения повторного запуска предусмотрена байпасная линия, обеспечивающая постоянную подачу части перекачиваемой жидкости из напорного трубопровода насоса во вспомогательный 245

бак в количестве 1 м3/ч, что обеспечивает установленная на байпасе дроссельная шайба. Подшипники покрываются через пресс-масленки консистентными смазками 1-13, 10Л3 или «Литол-24». Разгрузка ротора от осевых усилий осуществляется за счет встречного расположения рабочих колес на валу насоса. Направление вращения ротора насоса – по часовой стрелке, если смотреть со стороны электродвигателя. Допускаемая температура подшипников насосного агрегата – не более 70 °С.

Рис. 10.2. Насос оргпротечек марки Х45/240-К-2Г: 1 – всасывающий патрубок; 2 – корпус насоса; 3 – торцевое уплотнение; 4 – подшипник передний; 5 – опорно-упорный подшипник; 6 – полумуфта насоса; 7 – рабочее колесо первой ступени; 8 – рабочее колесо второй ступени; 9 – напорный патрубок; 10 – фундаментная рама; 11 – полумуфта привода насоса; 12 – вал насоса

10.1.4. Технические характеристики

Насос Х80/50-250К-55-2У – центробежный, горизонтальный, одноступенчатый, консольный, самовсасывающий, с двойным торцевым уплотнением вращающегося вала. Основные технические характеристики насосов представлены в табл. 10.1 и 10.2. 246

Таблица 10.1 Технические характеристики насосов Х45/240-К-2Г Параметр

Величина 45

Расход насоса, м3/ч Напор насоса, м вод. ст.

240

Напор насоса, м вод. ст.

4

Температура перекачиваемой жидкости, не более, °С

40–90

Максимальное давление на входе, кгс/ см2

5

Мощность электродвигателя, кВт

75

Температура подшипников, °С

70

Таблица 10.2 Технические характеристики насосов Х80/50-250К-55-2У Параметр

Величина 50

Расход насоса, м3/ч Напор насоса, м вод. ст.

80

Напор насоса, м вод. ст.

4,5

Температура перекачиваемой жидкости, не более, °С

60

Максимальное давление на входе, кгс/ см2

5

Мощность электродвигателя, кВт

37

Температура подшипников, °С

70

10.1.5. Эксплуатация системы

Максимальная величина организованных протечек из 1-го контура, принятая в проекте блока В-320, составляет величину 2,5 т/ч. Согласно же инструкции по эксплуатации системы при работе энергоблока на мощности в систему поступает 0,5 м3/ч протечек теплоносителя от отсечной арматуры систем безопасности. Укомплектованные по проекту щелевыми уплотнениями подпиточные насосы давали еще 15 м3/ч организованных протечек. Поэтому в проектных алгоритмах была предусмотрена постоянная работа насоса оргпротечек с автоматическим регулятором поддержания постоянного уровня в баке. 247

Однако после замены щелевых уплотнений на подпиточных насосах на торцевые в связи с резким уменьшением расходом оргпротечек работа насосов с поддержанием уровня в баке стала невозможна, теперь они автоматически включаются по мере повышения уровня в баке и отключаются при его снижении. При повышении уровня в баке до 1350 мм по блокировке автоматически в работу включается один из насосов (режим I). При дальнейшем росте уровня в баке до 1400 и 1450 мм в дополнение к работающему включается один или два оставшихся насоса (режимы II и III соответственно). Вследствие этого становится проблематичной очистка воды оргпротечек, так как система СВО-2 не может работать в импульсном режиме возобновления и прекращения подачи воды оргпротечек на очистку. В соответствии с нынепринятой технологией оргпротечки перекачиваются по байпасу в деаэратор подпитки без очистки, т.е. минуя систему СВО-2. При собранной электрической схеме насосов рекомендуется держать собранной схему приема оргпротечек в деаэратор подпитки или баки, так как их автоматическое включение по уровню без собранной технологической схемы приема оргпротечек приведет к подрыву предохранительного клапана. При откачке бака уровень воды в деаэраторе поднимается до уставки включения в работу регулятора уровня в деаэраторе, который производит сброс части воды в баки. Деаэратор подпиточной воды имеет полный объем 30 м3, а его объем при рабочем уровне равен 19 м3. При откачке бака в деаэратор поступает около 10 м3 воды, что может приводить к снижению давления на всасе работающего подпиточного агрегата. Поскольку из-за периодического режима работы насосов трудно контролировать характер изменения оргпротечек, то для персонала БЩУ очень важен контроль количества включения насосов на откачку бака, как показателя плотности дренажей и воздушников РУ. При потере работоспособности всех насосов организованных протечек будет происходить заполнение бака до его перелива в спецканализацию, т.е. оргпротечки перейдут в разряд неорганизованных протечек 1-го контура. 248

Отключение всех насосов оргпротечек (c запретом включения) может произойти, например, вследствие действия защиты при повышении температуры в баке до 60 °С. 10.2. Система промконтура 10.2.1. Назначение и общее устройство

Для охлаждения оборудования и снижения температуры рабочих сред систем РО, как правило, используется техническая вода группы «А» (VF) и «В» (VB). Однако в случае охлаждения потребителей с радиоактивной средой при высоких параметрах с использованием систем техводы при повреждении теплообменных устройств возможно ее загрязнение вследствие поступления радиоактивных веществ. В этом случае использование технической воды нежелательно, так как может происходить загрязнение окружающей среды. Поэтому в РО имеется промконтур – система, спроектированная для отвода тепла от потребителей, работающих с радиоактивными теплоносителями высоких параметров: главных циркуляционных насосов; охладителя организованных протечек; доохладителя продувки 1-го контура; охладителя барботера; охладителей отбора проб из реактора; охладителя отбора проб из КД; охладителя отбора проб газового объема ББ; охладителей отбора проб фильтров СВО-1. Вода промконтура, охлаждая потребителей, циркулирует по замкнутому контуру с помощью насосов промконтура и охлаждается в теплообменниках промконтура технической водой. Таким образом, промконтур – замкнутая система, не выходящая за пределы здания реакторного отделения и служащая связующим звеном между радиоактивными потребителями и техводой группы «А» 1, 2 систем безопасности. Промконтур предотвращает попадание радиоактивных изотопов в техническую воду при нарушении герметичности оборудования, непосредственно связанного с 1-м контуром. 249

Рис. 10.3. Упрощенная схема системы промконтура

В основу проекта системы промконтура положены требования к ней со стороны реакторной установки, согласно которым критерием выполнения возложенных на систему функций является обеспечение отвода тепла от оборудования. Система промконтура − система нормальной эксплуатации, важной для безопасности. Оборудование и арматура части системы, расположенной в герметичной оболочке, рассчитаны на аварийные параметры, возникающие при авариях связанных с разуплотнением трубопроводов 1-го контура. Система относится ко 2-й категории сейсмостойкости. Оборудование системы промконтура маркируется латинскими буквами TF. Система промконтура функционирует во всех режимах нормальной эксплуатации, включая пуск и останов энергоблока, в режимах обесточения энергоблока. В аварийных режимах, связанных с повышением давления под оболочкой более 0,3 кгс/см2 или снижением запаса до вскипания теплоносителя 1-го контура менее 10 °С, работа системы не требуется. В данной ситуации закрывается вся пневмоотсечная арматура на подаче промконтура к потребителям гермообъема и система перестает выполнять свои функции. 250

10.2.2. Состав системы

Система промконтура состоит из трех насосов промконтура, двух теплообменников, дыхательного бака, трубопроводов, арматуры и потребителей охлаждающей воды. Тепло, отведенное теплоносителем промконтура от потребителей РО, передается технической воде группы «А» VF в теплообменниках промконтура. В целях организации возможности ремонта и чистки теплообменников TF их в системе установлено два; нормальной работы одного достаточно для организации теплосъема. Для бесперебойного охлаждения потребителей в системе предусмотрено три насоса, один из которых находится в работе при эксплуатации системы, а остальные – в резерве. Один из резервных насосов промконтура может быть выведен в ремонт. Регулирование расхода промконтура на потребители (где оно предусмотрено проектом) производится оператором РО по месту при помощи регуляторов с ручным приводом. Общий расход по потребителям составляет 610 м3/ч. Непосредственного контакта с системами реакторной установки, являющимися потребителями промконтура, система не имеет, так как она и предназначена для исключения контакта охлаждаемой и охлаждающей сред. Отвод тепла от потребителей происходит в теплообменниках поверхностного типа, где контакт сред отсутствует. В качестве теплоносителя в системе промконтура используется химически очищенная вода (дистиллят). Система промконтура имеет связь с системой дистиллята РО, так как она заполняется и подпитывается от системы дистиллята через трубопровод Ду 80. Проектом предусмотрен автоматический контроль радиоактивности воды промконтура. Для компенсации температурных изменений и поддержания необходимого объема воды в замкнутой системе промконтура установлен дыхательный бак объемом 1 м3. Трубопроводы и оборудование системы промконтура изготовлены исходя из требований к качеству рабочей среды, обеспечения работоспособности системы в условиях нормальной эксплуатации и нарушений нормальных условий эксплуатации из коррозионностойкой стали 08X18Н10Т. Для выполнения технологических переключений система снабжена сильфонной запорной арматурой, выполненной в специаль251

ном исполнении для АЭС. На напорных и сливных трубопроводах промконтура потребителей гермозоны устанавлена пневмоприводная арматура, по две в обстройке и одна в гермозоне на каждом трубопроводе, которая служит для локализации гермообъема при авариях, связанных с разуплотнением 1-го контура. Время закрытия арматуры не должно превышать 10 с. Арматура и оборудование системы промконтура запитаны по электроснабжению от системы надежного питания. При обесточении секций надежного питания они запитываются от аварийных дизель – генераторов. 10.2.3. Конструкция насоса

Электронасосный агрегат (рис. 10.4) выполнен в общепромышленном исполнении и не предназначен для взрывоопасных и пожароопасных производств. Насосы промконтура (рис. 10.5) – центробежные, горизонтальные, консольные, одноступенчатые. Уплотнение вала – одинарное торцевое. Смазка и охлаждение трущихся поверхностей в уплотнении осуществляются перекачиваемой жидкостью. Основные узлы и детали насоса – корпус, рабочее колесо, всасывающая крышка, защитная втулка, узел опорной стойки. Для компенсации износа рабочих колес и защиты корпуса насоса конструкцией предусмотрены передний и задний защитные диски. Рабочее колесо – открытого типа. Корпус, всасывающая крышка и рабочее колесо – литые. Ротор насоса вращается в двух подшипниковых опорах. В левой опоре устанавливается сферический шарикоподшипник. В правой опоре устанавливается радиально-упорный подшипник, который воспринимает осевую нагрузка на ротор. Смазка подшипников – консистентная, ЦИАТИМ-202. Она должна заполнять 1/2−2/3 объема полости подшипника. Для защиты полости подшипников от попадания протечек среды из уплотнения, а также вытекания смазки из кронштейна на валу насоса, перед крышками подшипников установлены отбойники. Максимальная температура подшипников насоса и электродвигателя – 70 °С. Направление вращения вала насоса – против часовой стрелки, если смотреть со стороны электродвигателя. 252

Рис. 10.4. Общий вид насоса промконтура: 1 – насос центробежный; 2 – ограждение муфты; 3 – муфта; 4 – электродвигатель; 5 – рама фундаментальная

Рис. 10.5. Конструкция насоса промконтура: 1 – корпус насоса; 2 – всасывающий патрубок; 3 – диск защитный передний; 4 – диск защитный задний; 5 – уплотнение торцевое; 6 – рабочее колесо; 7 – вал насоса; 8 – подшипник опорный; 9 – напорный патрубок; 10 – подшипник опорно-упорный 253

Материал основных деталей насоса − TX800/70: рабочего колеса, всасывающей крышки, корпуса насоса, переднего и заднего защитных дисков – сталь 12Х18Н9ТЛ-II, защитной втулки и вала – сталь 12Х18Н9Т, кронштейна – Ст3, полумуфты – сталь-35. 10.2.4. Технические характеристики

Технические характеристики насосов промконтура представлены в табл. 10.3. Тип насоса − ТХ800/70/8-К-2Е; тип электродвигателя − А03-3555-83. Таблица 10.3

Параметр Производительность, м3/ч

Величина 600

Напор, м вод. ст.

35

Частота вращения, об/мин

730

Дополнительный кавитационный запас, м вод. ст.

6,0

КПД, %

65

Давление на всасе, не более, кг/см

2

3

Утечки через уплотнение, л/ч

0,03

Мощность двигателя, кВт

132

Напряжение питания, В/Гц

380/50

Масса насосного агрегата, кг

2050

10.2.5. Эксплуатация системы

Режим работы системы – постоянный, она вводится в работу пред пуском блока при разогреве 1-го контура более 70 °С или перед включением любого ГЦН в работу независимо от температуры 1 контура. Перед выводом реактора на МКУ должны быть работоспособны как минимум два насоса промконтура, два теплообменника промконтура. В режимах нормальной эксплуатации, при выполнении системой промконтура функции отвода тепла от оборудования, открыта арматура на отводе и подводе охлаждающей воды к теплообменни254

кам промконтура и локализующая арматура на трубопроводах, пересекающих контур герметизации. При работе системы промконтура включение-отключение потребителей или регулировка расходов через них как правило не производится, так что в работе всегда находится один насос с расходом около 610 т/ч. При этом один из насосов должен находиться в готовности к включению. Система отводит тепло от потребителей и, в свою очередь, охлаждается технической водой группы «А» в теплообменниках. При неработоспособности двух насосов или теплообменников промконтура, согласно инструкции по эксплуатации, требуется останов реактора и его перевод в холодное состояние. С точки зрения эксплуатации подшипников и электродвигателей насосов промконтура температура в помещениях их установки в обстройке не должна превышать 45 °С. Для отвода избыточного тепла, выделяемого насосами при их работе имеется рециркуляционная вентсистема. Температура воды на выходе из теплообменников не должна превышать 40 °С. При повышении температуры на выходе из теплообменников промконтура более 70 °С насосы отключаются с запретом включения. Так как система изготовлена из нержавеющей стали 08Х18Н10Т, а насосы снабжены торцевыми уплотнениями, то при нормальной эксплуатации системы утечки воды из нее составляет величину порядка 0,001 м3/ч. В то же время система – замкнутая, запас на изменение ее объема составляет всего 1 м3. Появление течи требует более частой подпитки системы. Отключение системы TF на работающем блоке не только приводит к его останову, но также может вызвать серьезные повреждения основного оборудования. При нарушении герметичности теплообменного оборудования радиоактивного контура промконтур предотвращает попадание радиоактивных веществ в техническую воду. Наиболее вероятным является возникновение течей в энергонапряженных потребителях с высокими параметрами среды – таких, как ГЦН, доохладитель продувки 1 контура. 255

Признаками этого будет повышение уровня в дыхательном баке промконтура при закрытой подпитке и повышение активности. Конкретное определение потребителя с внутренней течью затруднено отсутствием индивидуальных отборов из них в систему радиационного контроля. 10.3. Система маслоснабжения ГЦН 10.3.1. Техническое описание

Маслосистема ГЦН (рис. 10.6) состоит из двух функциональных групп, каждая из которых обеспечивает маслом два ГЦН. Одна функциональная группа обеспечивает маслом два ГЦН, другая − обеспечивает маслом два других ГЦН. Каждая из функциональных групп включает в себя следующие основные элементы: маслобак ГЦН; бак аварийного слива масла; маслонасосы; маслофильтры; маслоохладители. Функциональные группы работают независимо друг от друга. Обе группы аналогичны по компоновке, направлениям движения потоков, составу и типам оборудования. В связи с этим в данном разделе информация приводится для одной группы. Основным потоком для группы является следующий: из бака маслонасосом через фильтр и один маслоохладитель масло подается на ГЦН через отсечную арматуру и обратные клапаны. После чего индивидуальный трубопровод, подающий масло на каждый ГЦН, раздваивается: одна линия идет на подачу масла на смазку подшипников электродвигателя ГЦН, вторая − подает масло на смазку главного упорного подшипника (ГУП) самого ГЦН. В электродвигателе ГЦН масло поступает в верхний маслобак двигателя, где раздается на верхний, нижний подшипники и подпятник, затем через коллектор слива поступает в сливной маслопровод. Распределение давлений и расходов масла между верхней и нижней крестовиной электродвигателя (где и расположены подшипники) производится путем подбора диаметра отверстия в соответствующей дроссельной шайбе. Шайба на трубе перелива 256

Рис. 10.6. Схема системы маслоснабжения ГЦН

позволяет стабилизировать расход масла через двигатель при изменении температуры и давления масла в напорной магистрали насосного агрегата. Дроссельные шайбы установлены в разъемах фланцев патрубков. Для облегчения подбора дроссельной шайбы в напорной ветви на трубопроводе до шайбы и в маслобаке электродвигателя имеются штуцеры для присоединения манометров. Подаваемое в ГУП масло, проходя через зазор опорных подшипников, стекает в сливной поддон, а с упорного подшипника – в сливной бачок, откуда через дроссельное отверстие по переливной трубе Дy 80 поступает в сливной трубопровод Ду 150. При этом давление масла дросселируется до атмосферного. Отработанное на ГЦН масло самотеком сливается в бак аварийных протечек, откуда по сливному трубопроводу через гидрозатворы − обратно в бак. При обесточивании маслонасосов во время выбега остановленного ГЦН (до 5 мин) масло из сливного бачка ГУП обратным хо257

дом поступает на смазку опорно-упорного подшипника и через зазоры опорного подшипника – в сливной поддон. В режиме прекращения подачи питания МНС ГЦН через 8 с после отключения маслонасоса давление в ГУП при номинальных зазорах в подшипниках должно оставлять не менее 0,6 кгс/см2. После остановки масляного насоса конструкции маслобака электродвигателя обеспечивается некоторое время полный расход масла через подшипники двигателя, а затем, на время последующего выбега (ориентировочно в течение 5 мин), обеспечивается уменьшенный расход масла, соответствующий протечке масла через радиальные уплотнения масляных ванн крестовин. При полном расходе масло подается к подшипникам двигателя через верхние торцы отводящих труб масляного бака, а при уменьшенном – через отверстия этих же труб, расположенные на уровне дна масляного бака. Таким образом, осуществляется циркуляция масла в штатном режиме. Для режима опробования маслонасоса перед вводом системы в эксплуатацию или разогрева масла перед подачей на ГЦН маслонасос работает через общую «большую» рециркуляцию и собственную «малую» на бак. При этом подача масла на ГЦН закрыта арматурой. Для возможности дренирования и воздухоудаления группы снабжены соответствующей арматурой с отводом протечек масла в стационарные поддоны. 10.3.2. Описание оборудования

Маслобаки смонтированы в специальных помещениях и представляют собой емкости для хранения оперативного запаса масла. Бак аварийного слива масла имеет: объем 10 м3; высоту 1987 мм с уклоном в сторону слива + 83 мм; длину 2300 мм; ширину 2200 мм. Маслонасосы предназначены для создания циркуляции масла в маслосистеме. В системе применены насосы типа А1 3В-125/16-390/4Б. В системе применены фильтры типа 1ФЩ 125/6. Маслофильтр предназначен для тонкой очистки масла в системе от механических примесей. 258

В системе применяется охладитель типа ОКП 58-6002Г50МБ или МО 63-1. 10.3.3. Конструкция маслонасосов

Маслонасосы предназначены для создания циркуляции масла в маслосистеме. В системе применены насосы типа А1 3В-125/16-390/4Б. Насосы предназначены для перекачивания минеральных масел с кинематической вязкостью от 0,21 ⋅ 10–4 до 1,90 ⋅ 10–4 м2/с при температуре до 55 °С. Маслонасос представляет собой электронасосный агрегат (рис. 10.7), состоящий из трехвинтового насоса и электродвигателя, соединенных между собой фонарем и муфтой. Собственно насос (рис. 10.8) состоит из рабочего механизма, корпуса с крышками, торцевого уплотнения, предохранительного и шарикового масла. Маслонасос ГЦН типа А1 3В-125/16-3-90/4Б относится к классу насосов объемного действия. Его рабочий механизм состоит из трех винтов, одного ведущего и двух ведомых, симметрично расположенных относительно ведущего винта. Перекачивание масла осуществляется за счет вращения винтов. Профиль нарезки винтов специальный, обеспечивающий их взаимное сопряжение, нарезка винтов – двухзаходная. Винты заключены в обойму, которая представляет собой блок с тремя смежными цилиндрическими расточками. Обойма размещена в литом корпусе насоса. При вращении винтов во всасывающей камере насоса создается разряжение, в результате чего перекачиваемое масло поступает во впадины нарезки винтов, взаимно замыкающихся при вращении. Замкнутый в объеме нарезки винтов объем масла перемещается в обойме прямолинейно без перемешивания и вытесняется в нагнетательную камеру. Конструкция гидравлической части насоса предусматривает разгрузку от осевых усилий путем подвода рабочего давления через сверления в винтах под разгрузочные поршни, выполненные заодно целое с винтами. Остаточные осевые усилия на ведущем винте воспринимаются подшипником, а на ведомых – втулками. На выходе ведущего винта в полости крышки сальника установлено торцевое уплотнение (рис. 10.9). 259

Рис. 10.7. Общий вид насоса 260

Рис. 10.8. Конструкция насоса: 1 – корпус торцевого уплотнения; 2 – торцевое уплотнение; 3 – подшипник; 4 – крышка верхняя; 5 – корпус насоса; 6 – ведущий винт; 7 – ведомый винт; 8 – обойма; 9 – втулка; 10 – крышка нижняя

Рис. 10.9. Конструкция торцевого уплотнения маслонасоса: 1 – фиксирующий винт; 2 – пружина; 3 – упорная втулка; 4 – стальная пята; 5 – резиновое уплотняющее кольцо; 6 – фиксирующий винт; 7 – бронзовый подпятник

Торцевое уплотнение состоит из бронзового подпятника, резинового кольца, стальной пяты, имеющей «ус», который заходит в паз упорной втулки, резинового уплотняющего кольца и пружины сальника. Упорная втулка зафиксирована на ведущем валу винтом, дающим ей возможность перемещаться только в осевом направлении. Рис. 10.10. Предохранительный перепускной клапан: 1 – колпак; 2 – верхняя крышка; 3, 8 – кольца уплотнительные; 4 – фланец; 5 – тарелка клапана; 6 – седло клапана; 7 – шток; 9 – нижняя крышка 261

Для организованного отвода возможных протечек через торцовое уплотнение имеется штуцер. К корпусу насоса присоединен предохранительный перепускной клапан. Клапан перепускает масло из напора насоса на всас в случае перекрытия напорного трубопровода насоса. Настраивается на давление срабатывания 6,9 кгс/см2 при температуре масла 33 °С. 10.3.4. Технические характеристики маслонасосов

Основные технические характеристики маслонасосов представлены в табл. 10.4. Тип насоса − 3В-125/16-3-90/4Б. Таблица 10.4 Параметр

Величина

3

Производительность, м /ч

90

Температура перекачиваемого масла, °С

55

Утечка через уплотнение, л/ч Давление на выходе, кгс/см

0,00025

2

4,5

Потребляемая мощность, кВт

17

КПД, %

71

Частота вращения, об/мин

1450

Мощность электродвигателя, кВт

22

Напряжение питания электродвигателя, В/Гц Масса сухого агрегата, кг

380/50 560

10.3.5. Эксплуатация системы

Контроль за работой маслосистемы ГЦН осуществляет оператор БПУ по данным информационной системы и результатам химического анализа масла. Нормальная эксплуатация при работе на мощности предусматривает следующие основные переключения. Подача масла на неработающий (или отключенный защитой) ранее ГЦН при работе блока на мощности. 262

Переход по маслоохладителям (при заиливании работающего маслоохладителя и необходимости его чистки). Оперативный персонал РЦ, обеспечивающий эксплуатацию маслосистем ГЦН, обязан: постоянно контролировать параметры работающей маслосистемы ГЦН; при выявлении отклонений параметров от допустимых пределов или появлении предупредительных, аварийных сигналов своевременно принимать меры по восстановлению номинальных параметров в соответствии с инструкцией по эксплуатации; оценивать результаты химанализов и своевременно принимать корректирующие меры; отключать функциональную группу маслосистемы ГЦН при появлении неустранимых течей масла, при пожаре в помещениях маслосистемы ГЦН; периодически контролировать положение арматуры и состояние системы; один раз в сутки отбирать пробу масла для визуального контроля, т.е. проверки масла по внешнему виду на содержание воды, шлама, механических примесей; своевременно, не допуская увеличения перепада давления до максимального значения, производить чистку патронов маслофильтров в соответствии с инструкцией; отбирать пробы масла на сокращенный анализ не реже одного раза в два месяца при кислотном числе не выше 0,2 мг КОН; не реже одного раза в две недели при кислотном числе более 0,2 мг КОН; при помутнении масла, обнаружении во время визуального контроля в масле шлама или механических примесей. Перед включением оборудования маслосистемы в работу после ремонта или длительного (более трех суток) останова должна быть проверена исправность технологических защит и блокировок, предохранительных и автоматических устройств, арматуры, а также КИП. Качество масла в маслосистеме ГЦН во всех режимах эксплуатации должно удовлетворять следующим требованиям: кислотный показатель – не более 0,5 мг КОН; реакция водной вытяжки – нейтральная; 263

отсутствие растворимого шлама (определяется при кислотным числе масла более 0,2 мг КОН); отсутствие воды, шлама, механических примесей (определяется визуально). Клапаны перепуска масла маслонасосов должны быть настроены на давление срабатывания 6,9 кгс/см2. Запрещается отключать резервный маслоохладитель с обеих сторон по маслу или технической воде во избежание термической опрессовки. Перепад давления на маслофильтре не должен превышать 0,5 кгс/см2. Перепад уровня на фильтрующей сетке маслобака не выше 200 мм. Резервные насосы должны периодически опробоваться в работе в соответствии с графиком. Перед сборкой электросхемы ГЦН маслосистема должна быть введена в работу по проектной схеме и температура масла должна находиться в пределах 20–41 °С. Уровень в маслобаке − не менее 40 см. Запрещается снижение температуры масла ниже 20 °С и повышение выше 41 °С при работающих ГЦН. При прекращении подачи масла на два ГЦН, которые обслуживаются одной функциональной группой, данная группа может быть выведена из работы. Запрещаются прием масла в маслосистему и работа маслосистемы при отсутствии готовности системы автоматического пожаротушения, а также работа более одного маслонасоса в каждой функциональной группе. Перед включением ГЦН необходимо проконтролировать давление масла в маслобаке электродвигателя (Рэд > 0,2 кгс/см2), во избежание обезмасливания подшипников электродвигателя при «залипании» обратного клапана, установленного на линии подачи масла на электродвигатель ГЦН. Допустимый перерыв в подаче масла на ГЦН − не более 10 с. 10.4. Система продувки ПГ 10.4.1. Назначение системы

Система продувки ПГ (рис. 10.11) предназначена для поддержания норм водно-химического режима котловой воды ПГ, заключающегося в отборе части котловой воды из мест наиболее вероятного скопления продуктов коррозии, солей и шлама. 264

Система продувки парогенераторов является системой нормальной эксплуатации. Часть системы – трубопроводы продувки от парогенераторов до дроссельных шайб на коллекторах непрерывной и периодической продувки – относится к системе нормальной эксплуатации, важной для безопасности. Система спроектирована на основе следующих требований со стороны реакторной установки: непрерывная продувка с расходом 7,5 т/ч от каждого ПГ; проведение режима периодической продувки расходом 30 т/ч. При этом суммарный расход продувочной воды от всех четырех парогенераторов должен составлять 60 т/ч; дренирование каждого парогенератора с расходом не менее 30 т/ч при температуре котловой воды менее 100 °С и атмосферном давлении в ПГ. Критерии выполнения системой требуемых функций − поддержание качества котловой воды и обеспечение дренирования парогенераторов. Трубопроводы и арматура части системы, расположенной в герметичной оболочке, рассчитаны на аварийные параметры, возникающие в гермооболочке при авариях, связанных с разуплотнением 1-го и 2-го контуров, и сохраняют при этом свою работоспособность. Система работает во всех режимах нормальной эксплуатации, при нарушении нормальной эксплуатации, в аварийных режимах, за исключением связанных с посадкой локализующей арматуры и обесточиванием. В режимах нормальной эксплуатации, при выполнении системой функций поддержания качества котловой воды в ПГ, открыта арматура на линиях продувки ПГ и закрыта арматура на линии дренирования котловой воды ПГ. Продувочная вода поступает на спецводоочистку. В режимах дренирования ПГ арматура на линиях продувки ПГ закрыта, арматура на линии дренирования котловой воды ПГ − открыта. Дренаж котловой воды через теплообменники охлаждения дренажей ПГ поступает в бак слива воды из ПГ, а затем насосом RY30D01 откачивается на спецводоочистку.

265

10.4.2. Описание технологической схемы

Система продувки ПГ состоит из двух технологических подгрупп: подгруппы продувки парогенераторов и подгруппы дренирования парогенераторов. Подгруппа продувки предназначена для поддержания качества воды ПГ и включает в себя: 1) раздающие коллекторы питательной воды; 2) перегородку солевого отсека; 3) дренаж ПГ; 4) «холодный» коллектор 1-го контура; 5) «горячий» коллектор 1-го контура; 6) расширители продувки; 7) регенеративный теплообменник продувки; 8) доохладитель продувки; 9) регулятор уровня в расширителях продувки с регулирующим клапаном; 10) регулятор давления в расширителях продувки с регулирующим клапаном. В настоящее время (после проведения реконструкционных работ) продувка парогенераторов осуществляется двумя линиями: через свободные штуцеры метровых уровнемеров на «холодном» днище ПГ из «солевых» отсеков двумя трубами 28×3; через четыре трубы 28×3 из «карманов» коллекторов (по две трубки из каждого «кармана») и две трубы 89×6 из мест приварки днищ к корпусу ПГ. 10.4.3. Конструкция насосов

Насос типа КС-50-110 (рис. 10.12 и 10.13) – секционный, шестиступенчатый, горизонтальный, однокорпусный, с односторонним расположением рабочих колес. Опорные лапы насоса КС-50-110 прилиты к крышкам нагнетания и всасывания. Корпуса секций 11 со вставными направляющими аппаратами 10, крышки всасывания и нагнетания центрируются между собой по кольцевым проточкам и соединены стяжными шпильками, образуя корпус насоса 4. Герметичность стыков обеспечивается при помощи резиновых колец и металлического контакта. В качестве межступенных уплотнений применяются радиальные щелевые уплотнения в рабочих колесах и направляющих аппара266

тах. Напорный патрубок 7 насоса находится в вертикальной плоскости, входной – в горизонтальной и расположен влево от оси насоса, если смотреть со стороны двигателя.

Рис. 10.11. Схема продувки парогенератора 267

Рис. 10.12. Внешний вид насосного агрегата КС-50-110: 1 – трубопроводы подачи охлаждающей воды; 2 – насос; 3 – напорный патрубок; 4 – муфта; 5 – электродвигатель

Рис. 10.13. Конструкция насоса КС-50-110: 1, 9 – подшипники качения; 2, 8 – корпуса подшипников; 3 – сальниковое уплотнение; 4 – корпус насоса; 5 – предвключенное колесо; 6 – рабочие колеса; 7 – напорный патрубок; 10 – направляющие аппараты; 11 – корпуса секций 268

Ротор насоса состоит из вала, рабочих колес 6, защитных рубашек, разгрузочного диска, подшипников качения 1 и 9, предвключенного колеса 5 и деталей их крепления. Для разгрузки ротора от осевых сил имеется гидропята. Подшипники качения служат опорами ротора и установлены в подшипниковых корпусах 2 и 8, прикрепленных болтами к крышкам всасывания и нагнетания. Подшипники работают на консистентной смазке типа ЦИАТИМ-201 и охлаждаются технической водой группы «В», циркулирующей во внешних полостях 2 корпусов подшипников. Концевые уплотнения насоса выполняются с мягкой сальниковой набивкой. Во избежание подсоса воздуха, а также для отвода тепла от сальника к кольцу гидрозатвора 6 подводится (под давлением) охлаждающий конденсат. Насос опирается на фундаментную плиту четырьмя лапами, отлитыми с крышками. В качестве привода насосов применяется асинхронный электродвигатель, установленный на общей с насосом фундаментной плите. Насос и электродвигатель соединяются между собой при помощи упругой втулочно-пальцевой муфты 22. Насос гидроиспытаний Трехплунжерный насос (рис. 10.14) кривошипного типа состоит из приводной и гидравлической частей.

Рис. 10.14. Насос плунжерный кривошипный ПТ-1-1,6/250: 1 – рабочая камера; 2 – корпус гидравлической части; 3 – шток; 4 – ползун; 5 – направляющая; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал; 8 – корпус приводной части (станина) 269

Приводная часть предназначена для преобразования вращательного движения коленчатого вала в поступательное движение плунжеров. При работе агрегата вращения вала двигателя передается через клиноременную передачу (5 ремней) на коленчатый вал насоса. Приводная часть смонтирована в станине. Коленчатый вал базируется на двух подшипниках, расположенных в боковых расточках станины и с помощью шатунов соединен с ползунами, перемещающимися в направляющих, шатуны имеют в большой головке, закрываемой на шейках коленчатого вала сменные вкладыши, а в малой головке, соединяемой осью с ползунами – втулки из антифрикционного материала. Крышки направляющих ползунов имеют манжеты для предохранения приводной части от попадания пыли и грязи в масло, а также от выбрасывания масла наружу. Подшипники коленчатого вала со стороны выходного конца вала закрываются крышкой с расположенной в ней манжетой, а с противоположной стороны устанавливается шестеренчатый маслонасос. Смазка под давлением осуществляется шестеренчатым маслонасосом, приводимым во вращение коленвалом. По системе каналов смазка подводится в зону трения ползуна с направляющей, к вкладышам большой головки шатунов и шейкам коленвала, к втулкам головки шатунов и кольцам ползунов. Для смазки приводной части насоса применяется масло индустриальное И50Л (ГОСТ 20799-75) или турбинное Т-46 (ГОСТ 32-74). 10.4.4. Технические характеристики насосов

Основные технические характеристики насоса КС-50х110-1 предствлены в табл. 10.5 и на рис. 10.15. Тип насоса − КС-50-110.

Таблица 10.5

Параметр Напор, кгс/см2 Мощность, кВт КПД, % Частота вращения, об/мин

Величина 11,0 23,8 63 1455 270

Окончание табл. 10.5 Параметр Подача, м3/ч Дополнительный кавитационный запас, м, не менее Температура перекачиваемой среды, °C, не более Число ступеней Масса, кг Мощность двигателя, кВт

Величина 50 1,6 125 6 1175 30

Рис. 10.15. Характеристика насоса Кс-50х110-1

10.4.5. Эксплуатация системы

Продувка ПГ подразделяется на непрерывную и периодическую. Соответственно имеются коллекторы непрерывной продувки ПГ и периодической продувки с арматурой. При непрерывной продувке парогенераторов (в стационарных режимах) производится отбор котловой воды из солевых отсеков и из днищ и карманов коллекторов каждого ПГ. Расход из солевых отсеков каждого ПГ замеряется расходомерными шайбами и равняется 5 т/ч. Расход из днищ и карманов коллекторов каждого ПГ замеряется расходомерными шайбами и равняется 2,5 т/ч. Суммарный расход непрерывной продувки одного (каждого) ПГ составля271

ет 7,5 т/ч. При периодической продувке ПГ производится отбор котловой воды из солевых отсеков и из днищ и карманов коллекторов ПГ открытием следующей арматуры. Расход из солевых отсеков, из днищ и карманов коллекторов замеряется расходомерными шайбами. Суммарный расход периодической продувки одного ПГ равняется 30 т/ч. 10.5. Система спецканализации РО 10.5.1. Назначение системы

Система спецканализации предназначена для сбора протечек зоны строгого режима, вод наружной дезактивации оборудования и помещений РО, а также исключения неконтролируемого попадания радиоактивных вод в окружающую среду. Источники поступления воды в бак спецканализации: дренажные и дебалансные воды оборудования РО; дезактивационные и промывочные воды оборудования, полов РО; воды грязных мастерских и химлабораторий; неорганизованные проточки через сальники запорной арматуры. 10.5.2. Описание системы спецканализации РО

Система спецканализации (рис. 10.16) представляет из себя систему металлическим приямков, замоноличенных в полы технологических помещений РО и именуемых трапами, и сливных трубопроводов, соединенных с приемным баком спецканализации, расположенным в самой нижней точке здания РО (в углублении на отметке – 4,20). Состав системы: бак спецканализации; насосы спецканализации; вакуум-насос спецканализации; монжус спецканализации (V = 1 м3); монжус спецканализации (V = 10 м3); трапы, расположенных в полах помещений РО; трубопроводы, арматуры, КИП. 272

Рис. 10.16. Система спецканализации

Трап представляет собой небольшой цилиндрический сосуд до 109 мм с плоским днищем. По своей конструкции трапы разделяются на следующие типы: закрытый трап с запорным органом, закрывающим доступ воды с полов в систему; открытый трап, имеющий в качестве крышек металлическую решетку. В верхней крышке закрытых трапов имеется штуцер Ду 80, предназначенный для приема воды с вышестоящих трапов. Трап снабжен гидрозатвором, препятствующим выходу газов в помещение, где он установлен. По схеме отвода воды трапы разделяют на трапы с боковым и нижним отводом. Трапы с нижним отводом служат для связи системы ОК по высоте (по отметкам), боковой отвод предназначен для их связи на одной отметке в плане. Имеются два насоса, осуществляющие по мере заполнения бака его периодическую откачку на спецкорпус. Для периодической откачки отстаивающегося в грязном отсеке баке спецканализации 273

осадка (на техническом сленге именуемого «шламом») предназначен специальный технологический узел в составе монжуса (V = 1 м3) и вакуум-насоса. Поскольку при эксплуатации реакторной установки также могут иметься протечки теплоносителя в ГО, то в помещениях установлены трапы для отвода протечек из гермооболочки через монжус (V = 10 м3) в бак спецканализации. В данном случае монжус играет роль гидрозатвора и служит для разделения пространства гермооболочки и обстройки, тем самым препятствуя выходу воздуха при аварии с повышением давления в ГО. На линии слива из ГО в монжус (V = 10 м3) установлена быстродействующая пневмоотсечная арматура, закрывающаяся по сигналам разрывных защит первого контура: давлении под оболочкой более 1,3 кгс/см2 (абс) или снижении запаса до вскипания теплоносителя 1-го контура менее 10 °С. 10.5.3. Конструкция насосов

Насос спецканализации марки ХВС-45/54-СД (рис. 10.17) является вертикальным консольным самовсасывающим. Он предназначен для откачки трапных вод из бака на спецкорпус для их последующей переработки. Насосы спецканализации расположены на отметке –4,20 в помещениях обстройки РО. Основные детали насоса – корпус, крышка корпуса, рабочее колесо, вал, узел уплотнения и кронштейн. Корпус насоса, являясь одновременно несущей конструкцией, имеет лапы для установки насоса на фундамент. На кронштейне установлена стойка 4, на которой смонтирован приводной электродвигатель 3. Снизу к корпусу герметично прикреплен бачок 8. Всасывающий и напорный патрубки насоса расположены под углов 180° друг к другу. В вариантных исполнениях насос может комплектоваться щелевым уплотнением. Для исключения подсоса воздуха через сальниковое уплотнение и срыва насоса организована подача запирающей воды на уплотнение. Самовсасывание осуществляется за счет выкачивания жидкости из бачка, расположенного под корпусом насоса. Понижение уровня жидкости в бачке насоса в момент его пуска создает в нем разряжение, в результате чего происходит подъем жидкости по всасы274

вающему трубопроводу из бака. Перед первым пуском бачок должен быть заполнен жидкостью через пробку М 24х2 в корпусе насоса. Во время остановки насоса бачок заполняется жидкостью из вертикального участка напорного трубопровода.

Рис. 10.17. Конструкция насоса марки ХВС-45/54-СД: 1 – кронштейн; 2 – вал; 3 – электродвигатель; 4 – стойка; 5 – корпус; 6 – крышка корпуса; 7 – рабочее колесо; 8 – бак

Направление вращения вала насоса – против часовой стрелки, если смотреть со стороны двигателя. Привод насоса – от электродвигателя через упругую муфту. 275

Рабочее колесо – закрытого типа с повышенными кавитационными свойствами и импеллером, создающим разряжение перед уплотнением. Запрещается работа насоса при закрытой напорной арматуре более 5 мин. Не допускается работа насоса при протечке через сальниковое уплотнение более 50 г/мин. Вакуумный насос золотникового типа НВЗ-20 (рис. 10.18) предназначен для откачки воздуха из монжусов спецканализации и борной воды, причем воздух не должен содержать капельной влаги и мех. загрязнений. Насос расположен на отметке –4,2 в помещении обстройки РО. Агрегат – вакуумный, золотниковый, одноступенчатый параллельного действия с воздушным охлаждением.

Рис. 10.18. Вакуумный насос золотникового типа НВЗ-20 276

Насос состоит из корпуса, передней и задней крышек, вала, направляющих эксцентриков, плунжеров, маховика, клапанов, рымболтов, маслоотделителя и заборных трубок. Передача вращательного движения от двигателя к насосу осуществляется посредством клиновых ремней, натяжение которых обеспечивают натяжные винты. Откачка газа осуществляется плунжером: за один оборот вала насоса при вращении эксцентрика плунжер сжимает газ, находящийся в роторной камере со стороны клапанов. Сжатый газ открывает выпускные клапана и через клапанную камеру, маслоотделитель выходит в трубопровод и далее в атмосферу. В это время с другой стороны плунжера в образовавшееся пространство через окна в хвостовой части плунжера поступает газ из входной камеры. Аналогичный рабочий цикл совершается и во второй рабочей камере, но с отставанием или опережением на 180°. Газ из каждой камеры выходит непосредственно в маслоотделитель. При работе насоса поток воздуха проходит через маслоотделитель и далее сквозь выходной патрубок. При этом происходит отделение газа от масла. Масло скапливается в нижней части маслоотделителя и по трубе стекает в маслокамеру. Для обеспечения герметичности насоса со стороны выпуска газов служат выпускные клапаны. Смазка подшипников, манжет и подача масла в насос осуществляется самотеком через отверстие из маслокамер и заборных трубок. Для контроля уровня в масляных камерах в корпусе предусмотрены смотровые окна. Подшипники насоса не должны нагреваться сверх температуры окружающей среды на 40−45 °С. Для нормальной работы подшипников необходимо следить за наличием смазки и периодически, по мере необходимости, добавлять ее. Попадание влаги в корпус насоса недопустимо. 10.5.4. Технические характеристики насосов

Технические характеристики марки ХВС 45/54-СД представлены в табл. 10.6 на рис. 10.19.

277

Таблица 10.6 Параметр Рабочее давление

Единица измерения кгс/см2

Величина 5,4

м3/ч

45

об/мин

2900

Подача Число оборотов Мощность

кВт

13,3

КПД

%

Не менее 50 %

Уплотнения

–

Щелевое

Температура перекачиваемой среды

°C

От –40 до +90

Рис. 10.19. Характеристика насоса ХВС-45/54

Технические характеристики насоса золотникового типа НВЗ-20 представлены в табл. 10.7 и на рис. 10.20. 278

Используемое масло – ВМ-4 или ВМ-6 (ГОСТ 23013–78); тип электродвигателя − 4А904.

Таблица 10.7

Параметр

Быстродействие, не менее Число оборотов Мощность насоса Количество масла на одну заправку Напряжение питания Температура масла Температура перекачиваемой среды Масса

Единица измерения п/с об/мин кВт л В °C °C кг

Величина

20 540 1,9 2,5 380 Не более 50 От −40 до +90 176

Рис. 10.20. Характеристика насоса золотникового типа НВЗ-20

10.5.5. Эксплуатация системы

Cпецифика системы заключена в необходимости ее постоянной работы в любом состоянии энергоблока, будь то работа на мощности или перегрузка, поскольку протечки вод имеются практически всегда. Система спецканализации вводится в работу при пуске блока и задействуется на весь период эксплуатации блока. Узел откачки трапных вод из бака-приямка спецканализации должен работать в автоматическом режиме. По сигналам от расположенных в чистом отсеке бака спецканализации сигнализаторов 279

уровня реализованы блокировки на включение и отключение насосов на откачку бака при повышении уровня в нем до 1100 мм и снижении до 200 мм соответственно. Выбор на включение насоса производит ВИУР при помощи ключа выбора режимов на панели БЩУ. Учет количества циклов включения-отключения насосов производится ВИУР с БЩУ. Нужно иметь в виду, что каждый цикл включения-отключения насоса спецканализации означает, что примерно 6 м3 трапной воды было откачано на переработку на СК. В настоящее время для более точной оценки объема откачиваемых на СК трапных вод на напорном трубопроводе насосов установлена расходомерная шайба, и ее показания заведены на блочную УВС. По опыту эксплуатации на Балаковской АЭС для оперативного контроля за неорганизованными протечками борной кислоты высокой концентрации ежесменно производится отбор пробы из бака спецканализации и анализ на содержание РБК в пробе. При первых признаках появления течи РБК необходимо приступать к ее поиску. Часть помещений реакторного отделения оснащена специальными сигнализаторами влаги, представляющими из себя сигнализаторы уровня, расположенными возле трапов и срабатывающими на появление воды над уровнем пола. Сигнализаторы влаги позволяют ВИУР дистанционно контролировать отсутствие течей в помещениях РО по сигнализации на панели БЩУ. Переработка откачанных на спецкорпус трапных вод производится на выпарных аппаратах СВО-3 или СВО-7 с получением чистого дистиллята и осадка в виде концентрированного шлама. Выпаренный дистиллят направляется на повторное использование, а полученный шлам перекачивается в емкости кубового остатка ЕКО. Шлам − промежуточная фаза хранения радиоактивных отходов. Обычно проектом предусматривается их перевод в твердую форму путем битумирования. Возможно также использование установок глубокого доупаривания УГУ-500, при помощи которых жидкие отходы выпариваются до солевой фазы, образующиеся солевые массы затариваются в металлические бочки и там хранятся. Таким образом, большие объемы трапных вод на блоке приводят к образованию повышенных объемов РАО на СК, поэтому нужно всемерно стремиться к их уменьшению. 280

При эксплуатации системы не допускаются проливы масла в спецканализацию РО. Попадание масла в трапные воды системы спецканализации резко снижает работоспособность установок СВО-3 спецводоочистки (происходит интенсивное вспенивание обрабатывамой трапной воды в выпарном аппарате) и увеличивает количество радиоактивных отходов. Кроме того, попадание масла в бак спецканализации вызывает замасливание сигнализаторов уровня и, как следствие, отказ схемы автоматической откачки бака. Трапы в помещениях маслосистем реакторного отделения в обязательном порядке должны быть закрыты. Необходим ежесменный контроль состояния трапов с записью результатов контроля в оперативном журнале. Обнаруженные протечки масла или водомасляной смеси должны немедленно убираться. Открытие трапов для удаления из них накопленных протечек масла в систему спецканализации запрещается. Согласно инструкции по эксплуатации системы периодичность откачки отстоявшегося в «грязном» отсеке бака шлама должна определяться опытным путем. Если же откачка шлама длительное время не производится, то возможны полное заполнение шламом «грязного» отсека бака, попадание его в «чистый» отсек и забивание всасывающих трубопроводов. Для очистки бака от шлама сначала производится вакуумирование монжуса спецканализации (V = 1 м3) насосом до достижения разряжения 0,1 кгс/см2. Далее монжус соединяется с «грязным» отсеком бака спецканализации и производится отсос шлама за счет созданного разряжения. После заполнения монжуса производится выдавливание его содержимого в емкость кубового остатка спецкорпуса. После опорожнения монжуса необходимо продуть магистраль на СК в течение 5 мин для удаления из нее остатков шлама. 10.6. Система маслоснабжения РО 10.6.1. Назначение системы маслоснабжения

Система маслоснабжения реакторного отделения предназначена для: заполнения чистым маслом марки Т-22 (ГОСТ 32-74) или ТП22 (ГОСТ 9972-74) баков YD50, 60B01 маслосистемы ГЦН и баков ТК91, 92, 93В01 маслосистемы ПН из аппаратной маслохозяйства; 281

откачки масла в бак ТА20В01 при аварийном опорожнении маслосистемы ПН и слива масла самотеком в бак ТА20В01 при аварийном опорожнении маслосистемы ГЦН; приема масла из маслосистем ПН и ГЦН в случае вывода этих маслосистем в ремонт; сбора протечек масла из поддонов маслосистемы ПН в бак ТА20В02 с последующей откачкой насосом ТА20D04 в бак ТА20В01; сбора протечек масла из поддонов маслосистемы ГЦН в бак ТА20В01; откачки собранного масла из бака ТА20В01 в аппаратную маслохозяйства насосами ТА20D01, 02; очистки грязного масла на маслоочистительной машине в спецкорпусе. 10.6.2. Описание оборудования системы маслоснабжения РО

В реакторном отделении блока ВВЭР-1000 имеется мощное оборудование, работа которого требует организации непрерывной подачи турбинного масла под давлением для целей смазки и охлаждения узлов вращения механизмов. Поэтому в составе соответствующего оборудования имеются маслосистемы, в свою очередь требующие периодической очистки, пополнения и замены расходных запасов масла. Для выполнения указанных задач имеется система маслоснабжения реакторного отделения. Система связана с маслобаками маслосистем подпиточных насосов и маслосистем ГЦН. Согласно проекту система маслоснабжения (рис. 10.21) является системой нормальной эксплуатации с функциями, обеспечивающими определенную гибкость и автономность в работе с применяемыми в технологических процессах маслами, а также создающими оперативный резервный объем для приема масла в оговоренных ниже случаях. Состав системы: маслобак аварийного слива масла; маслобак сбора протечек масла; маслонасосы откачки масла из системы; маслонасосы аварийного опорожнения маслобаков системы; 282

маслонасосы откачки собранных протечек; трубопроводы; арматура; стационарные поддоны сбора протечек масла; переносные емкости сбора протечек масла.

Рис.10.21. Схема системы маслоснабжения РО

Ввиду применения горючих масел и, следовательно, повышенной пожароопасности помещения системы относятся к категории В-II по ППБ и защищаются автоматически срабатывающими установками пожаротушения, а также комплектуются первичными средствами пожаротушения. В качестве извещателей в маслоопасных помещениях используются тепловые извещатели типа ДПС-038 в комплекте с ПИО017. Включение установки пожаротушения распыленной водой происходит автоматически от импульса пожарного извещателя. Электроприводная арматура подачи воды на тушение в помещения маслосистем находится в зоне строгого режима. 283

Система представляет собой комплекс оборудования из четырех шестеренчатых насосов, двух баков приема и временного хранения масла, а также запорной арматуры с трубопроводами и переносных емкостей. Система маслоснабжения РО эксплуатируется периодически. Принцип работы системы маслоснабжения РО заключается в периодической подаче чистого масла в баки маслосистемы ГЦН и маслосистемы ПН. 10.6.3. Конструкция насосов

Маслонасосы перекачки масла Насосы предназначены для откачки маслобака аварийного слива. Все насосы, применяемые в системе TA, – шестеренные, по принципу действия − объемные. Шестеренным называют зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих геометрическое замыкание рабочей камеры и передающих крутящий момент. Насос состоит из двух широких цилиндрических зубчатых колес (рис. 10.22) плотного сцепления, помещенных в плотно охватывающий их корпус с каналам для подвода и отвода жидкости. При вращении шестерен жидкость, заключенная во впадинах зубьев, переносится в камеру нагнетания (отмеРис. 10.22. Принцип работы ченную точечной штриховшестеренного насоса кой), которая образована при корпусом насоса и зубьями. Зубья а1 и а2 вращении шестерен вытесняют больше жидкости, чем может и поместиться в пространстве, освобождаемом зубьями b1 b2, находящимися в зацеплении. Разность объемов, описываемых этими двумя парами зубьев, вытесняется в нагнетательную линию насоса. 284

Шестеренные насосы типа «Ш» с модулем зацепления m = 4 мм предназначены для перекачивания чистых, неагрессивных, обладающих смазывающей способностью жидкостей с кинематической вязкостью 0,2–6,0 см2/с при рабочей температуре для масла не более 70 °С. Шестеренный насос (рис. 10.23) состоит из корпуса, ведущего и ведомого роторов, представляющих собой прямозубые шестерни, втулок подшипников скольжения, узла уплотнения вала. Для уплотнения вала используется торцевое уплотнение.

Рис. 10.23. Разрез шестеренный насоса (вид спереди и сбоку): 1 – корпус; 2 – перепускной клапан; 3 – ведущая шестерня; 4 – ведомая шестерня

10.6.4. Технические характеристики маслонасосов

Технические табл. 10.8.

характеристики

маслонасосов

приведены

в

Таблица 10.8 Параметр Насос Ш8-25-5,8/2,5-Б1

Рабочее давление, кгс/см2

Величина

2,5

Срабатывание перепускного клапана, кг/см 2

3

Подача (при вязкости 0,75 см /с), м /ч 285

2

3,75 5,8

Окончание табл. 10.8 Параметр Число оборотов, об/мин

Величина 1450

КПД, %

43

Потребляемая мощность, кВт

1,1

Допустимый уровень вибрации, мм/с

2,81

Насос Ш40-6-18/4 Рабочее давление, кгс/см2

4

Срабатывание перепускного клапана, кг/см 2

2

3

Подача (при вязкости 0,75 см /с), м /ч Число оборотов, об/мин

6 8 980

Электродвигатель

4А 132 6УЗ

Потребляемая мощность, кВт

5,5

Допустимый уровень вибрации, мм/с

2,8

10.6.5. Эксплуатация системы

Все маслонасосы имеют показывающие манометры на всасе и напоре. Баки снабжены сpедствами контpоля уpовня. Система маслоснабжения РО находится в оперативном ведении НСРЦ и оперативном управлении СИЭРО. Нормальное состояние маслосистемы – резерв с возможностью автоматического включения насоса и готовностью остальных узлов и компонентов к выполнению своих функций. Ввиду пожароопасности, помещения системы маслоснабжения РО должны быть закрыты на замок. Эксплуатация в режиме ожидания заключается в контроле системы оператором путем периодических обходов. При осмотре контролируются: состояние трубопроводов, арматуры, их опор и подвесок; положение арматуры, наличие пломб на пломбируемой арматуре; наличие и исправность КИП; изменение уровней масла в маслобаках вследствие протечек или проводимых операций; 286

неорганизованные протечки не допускаются, пролитое масло необходимо убрать немедленно; протирка оборудования и поддонов от масла проводится ежесменно; наличие средств пожаротушения. При этом проверяется их комплектность, срок очередной проверки, наличие пломб; отсутствие протечек в поддоны и на электрооборудование из дренчеров системы аварийного пожаротушения; закрытое положение трапных вентилей в помещениях маслосистем. При появлении необходимости на оборудовании маслосистемы РО также могут быть реализованы следующие эксплуатационные режимы: заполнение других маслосистем; сбоp пpотечек масла; удаление отpаботанного масла; замена масла в маслосистемах; опpобование обоpудования с пpовеpкой блокиpовок; вывод обоpудования в pемонт и ввод из pемонта. Эти режимы являются основными для системы и в наибольшей степени характерны для периодов ремонта блока. Также они возникают в случае отклонения качества масла в системах ПН и ГЦН от установленных норм. С точки зрения ликвидации возгораний в помещениях маслосистем подпиточных насосов и маслосистем ГЦН, значение системы очень важно, поскольку во избежание образования большого пожара масло из соответствующего маслобака должно быть сдренировано. Работоспособность маслосистемы на оборудование реакторного отделения влияет незначительно, поскольку выполняет вспомогательные обеспечивающие функции для систем, имеющих собственный резерв. При этом следует помнить: система − потенциальный источник возгораний и, следовательно, косвенным образом влияет на безопасность. Именно этим объясняются: наличие автоматических систем пожаротушения в помещениях ТА и стационарных постов пожаротушения возле них; 287

особый режим доступа в помещения (замки на дверях); отдельные вентсистемы на обслуживание помещений с шиберами, поддерживаемыми в открытом положении плавкими вставками из сплава Вуда; особый режим поддержания чистоты в помещениях; запрет даже на кратковременное нахождение кислородных баллонов в помещениях системы; строгие организационные мероприятия при выполнении работ на системе. К тому же попадание масла в трапные воды системы спецканализации резко снижает работоспособность установок СВО-3 спецводоочистки и увеличивает количество радиоактивных отходов. В части эксплуатации вызывает определенные сложности разветвленность системы, что не исключает ошибки персонала, особенно на начальных этапах самостоятельной работы. Понизить вероятность ошибок позволяет работа строго по бланкам переключений. Общая оценка надежности оборудования системы вполне удовлетворительная, за исключением маслоочистильной машины. Последняя из-за конструктивных недостатков имеет небольшой ресурс работы и невысокую надежность. В ходе эксплуатации была выявлена необходимость держать с разобранными электросхемами арматуру аварийного (в случае пожара) слива из оборудования во избежание ошибочного дренирования систем, особенно находящихся в работе. Мера представляется вынужденной, поскольку в случае пожара требуется дополнительно время на сборку схем арматуры. Следовательно, может задерживается начало ликвидации (локализации) пожара. 10.7. Система боросодержащей воды и борного концентрата 10.7.1. Назначение системы

Для получения приемлемой длительности работы реактора (так называемой «кампании» реактора) в него необходимо загрузить сверхкритическое количество ядерного топлива. Созданный при этом в реакторе запас реактивности необходимо компенсировать. 288

В современных реакторах типа ВВЭР созданный запас реактивности компенсируется механическими органами регулирования и жидким поглотителем – борной кислотой, растворенной в воде 1-го контура. Такая форма управления реактивностью называется жидкостным регулированием. Борное регулирование используется практически на всех мощных энергетических реакторах с водой под давлением. Сущность борного регулирования состоит в том, что избыточная реактивность при пуске РУ после перегрузки компенсируется вводом в теплоноситель 1-го контура жидкого поглотителя нейтронов – борной кислоты. В ходе работы реакторной установки на мощности производится постепенное плавное уменьшение концентрации борной кислоты в теплоносителе 1-го контура путем водообмена для компенсации выгорания ядерного топлива. Имеется много причин для использования растворенных в теплоносителе поглотителей. При этом уменьшается количество поглощающих стержней вместе с приводами и электрооборудованием схемы управления, что приводит к экономии затрат. Борная кислота равномерно распределяется в теплоносителе 1-го контура, и поэтому при изменении ее концентрации не нарушается распределение энерговыделения в активной зоне. Естественный бор состоит из двух изотопов (19 % бора-10 и 81 % бора-11), первый из которых имеет очень высокое сечение поглощения тепловых нейтронов (3838 б). Естественный бор имеет более низкую поглощающую способность (750 б) из-за разбавления бора-10 бором-11. Борная кислота обладает целым рядом важных преимуществ по сравнению с другими растворимыми в воде поглотителями нейтронов – «нейтронными ядами»: борная кислота хорошо растворима в воде, и ее растворимость растет с повышением температуры; она практически не реагирует с материалами 1-го контура, причем ее инертность растет с повышением температуры; она не откладывается и не дает соединений, способных откладываться на внутренних поверхностях конструкционных элементов реакторной установки. Различные операции, связанные с изменением концентрации борной кислоты в теплоносителе 1-го контура, условно называют 289

борным регулированием. Для увеличения концентрации РБК в 1-м контуре концентрированный раствор борной кислоты подается в 1-й контур подпиточными насосами. Чтобы уменьшить концентрацию, можно использовать систему продувки-подпитки (слив теплоносителя 1-го контура с текущим содержанием бора и замену его чистым дистиллятом) или поглощение борной кислоты анионитными фильтрами СВО-2. Соответственно для осуществления борного регулирования в составе оборудования реакторного отделения должны иметься баки для хранения раствора борной кислоты и насосы для его подачи к потребителям. Для выполнения указанных выше задач имеются системы боросодержащей воды и борного концентрата. Оборудование систем боросодержащей воды и борного концентрата маркируется латинскими буквами TB. Системы боросодержащей воды и борного концентрата обеспечивает определенную гибкость и автономность в работе с применяемым в технологических процессах раствором борной кислоты (РБК), а также создают оперативный резервный объем РБК, использующегося при регулировании мощности и останове РУ.

Рис. 10.24. Упрощенная схема системы борного концентрата 290

Система борного концентрата (рис. 10.24) предназначена для создания запаса и хранения борного концентрата в баках; подачи его в первый контур насосами при борном регулировании в режиме нормальной эксплуатации и аварийных режимах энергоблока, а также для подачи борного концентрата для очистки на СВО-6 насосом. Система боросодержащей воды TB30 предназначена: для создания запаса и хранения боросодержащей воды в баках; заполнения первого контура; подпитки бассейна выдержки и баков; приема воды при дренировании первого контура, баков; ведения водообмена; приема воды после отмывки концевых уплотнений ГЦН; подачи боросодержащей воды для очистки на СВО-6. 10.7.2. Описание оборудования

В составе систем боросодержащей воды и борного концентрата имеется следующее технологическое оборудование: насосы борного концентрата; баки борного концентрата; насосы боросодержащей воды; насос заполнения 1-го контура; баки боросодержащей воды; монжус боросодержащей воды; трубопроводы, арматура, КИП. 10.7.3. Конструкция насосов

Насос борного концентрата (рис. 10.25 и 10.26) предназначен для подачи борного концентрата на очистку на ионообменные фильтры СВО-6 или в систему подпитки-продувки 1-го контура (на всас подпи- Рис. 10.25. Общий вид насоса типа Х точных агрегатов). Насос расположены в помещении А-034 обстройки РО. 291

Насос состоит из рабочего колеса, корпуса, вала, крышки корпуса насоса, являющейся корпусом сальника, и опорного кронштейна. Подвод перекачиваемой жидкости к насосу осуществляется по оси насоса, отвод – вертикально вверх. Рабочее колесо – закрытого типа; закреплено на валу насоса гайкой. На заднем диске рабочего колеса имеются разгрузочные отверстия для уравновешивания осевых сил. В качестве концевого уплотнения вращающегося вала насоса может использоваться как сальниковое, так и торцевое уплотнение. В нашем случае используется двойное торцевое уплотнение типа 2Г. Вода на уплотнение подается от системы дистиллята собственных нужд или от автономного контура уплотняющей воды. Ротор насоса вращается в двух подшипниковых опорах, покрываемых консистентной смазкой 1-13, «Циатим-202» или «Литол-24». Консистентную смазку подают через масленки, закрепленные на крышках подшипников. Направление вращения – против часовой стрелки, если смотреть со стороны электродвигателя.

Рис. 10.26. Разрез насоса типа Х: 1 – всасывающий патрубок; 2 – напорный патрубок; 3 – корпус; 4 – вал; 5 – крышка; 6 – подшипники; 7 – торцевое уплотнение; 8 – рабочее колесо

Насосы борного концентрата предназначены для подачи борного концентрата в систему подпитки-продувки 1-го контура на всас подпиточных агрегатов и расположены в помещении обстройки РО. Насос борного концентрата типа ХО45/31-Е-2Г – унифицированный химический центробежный насос с опорой на корпусе, горизонтальный, одноступенчатый, с приводом от асинхронного двигателя через упругую муфту. Буква «О» в условном обозначе292

нии насоса обозначает, что он приспособлен к перекачиванию горячих и кристаллизующихся жидкостей. Буква «Е» в условном обозначении насоса обозначает, что проточная часть насоса изготавливается из хромоникельмолибденовой стали типа 10Х17Н13М2Т. Отличительная особенность этих насосов − возможность их демонтажа для ревизии и ремонта без отсоединения корпуса насоса от всасывающего и напорного трубопроводов, что очень удобно при эксплуатации. Предприятие-изготовитель – Катайский насосный завод (НПО «ВНИИгидромаш»). 10.7.4. Технические характеристики насосов

Технические характеристики насосов представлены в табл. 10.9. Таблица 10.9 Параметр Насос Х8/90-Е-2Г

Величина

Производительность, м3/ч

8

Напор, м вод. ст.

90

Допустимое давление на всасе, кгс/см2

5

Допустимый кавитационный запас, м вод. ст.

4

Мощность насоса, кВт

10

Число оборотов, об/мин

2900

Масса, кг

150 Насос ХО45/31-Е-2Г 3

Производительность, м /ч

45

Напор, м вод. ст.

31

Допустимое давление на всасе, кгс/см2

5

Допустимый кавитационный запас, м вод. ст

5

Мощность насоса, кВт

6

Число оборотов, об/мин

2900

Масса, кг

69

293

10.7.5. Эксплуатация системы

Системы боросодержащей воды и борного концентрата задействуются на весь период работы реакторной установки на мощности. Перед выходом на МКУ должны быть работоспособны: один или два бака борного концентрата, заполненных РБК суммарным объемом 200 м3 с концентрацией борной кислоты не менее 40 г/кг и ВХР, удовлетворяющим нормам; не менее двух насосов борного концентрата; два бака боросодержащей воды, имеющие свободный объем не менее 470 м3, с насосами подачи боросодержащей воды; насос подачи борного концентрата на СВО-6. Нормальное состояние системы борного концентрата – резерв с возможностью включения насосов (для корректировки положения регулирующей группы ОР СУЗ или создания стояночной концентрации РБК в теплоносителе 1-го контура при останове РУ) и готовностью остальных узлов и компонентов к выполнению своих функций. Нормальное состояние системы боросодержащей воды – выполнение приема выводимого теплоносителя 1-го контура при постепенном водообмене (в ходе кампании концентрация борной кислоты в теплоносителе 1-го контура уменьшается для компенсации выгорания ядерного топлива) и периодическая подпитка ДП. При работе энергоблока на мощности для насосов, имеющих резерв, допускается вывод одного насоса в ремонт на срок до устранения дефекта. При работе реакторной установки на мощности допускаются: вывод в ремонт бака борного концентрата на срок до устранения дефекта при условии, что в оставшемся баке запас РБК не менее 200 м3 и уровень не менее 4500 мм; вывод в ремонт одного насоса борного концентрата в ремонт на период до 3 сут. Перед выводом в ремонт насоса борного концентрата резервные насосы должны быть опробованы. Если во время ремонта насоса регламентный срок превышается, то перед продлением ремонта необходимо убедиться в работоспособности резервного насоса путем его опробования. В этом случае опробование резервного насоса необходимо проводить через каждые трое суток. 294

Реактор должен быть остановлен и переведен в состояние «холодный останов», если неработоспособны: оба бака борного концентрата; три насоса борного концентрата. В части эксплуатации вызывает определенные сложности разветвленность систем боросодержащей воды и борного концентрата, что не исключает ошибки персонала, особенно на начальных этапах самостоятельной работы. Понизить вероятность ошибок позволяет работа строго по бланкам переключений. 10.8. Система дистиллята 10.8.1. Назначение системы

Как правило, для всех атомных электростанций необходимо восполнение потерь теплоносителя технологических систем путем подачи добавочной воды. В силу жестких требований к качеству теплоносителя на АЭС добавочная вода должна обладать должной химической чистотой. Для технологических систем реакторного отделения для хранения и подачи на потребители добавочной воды существует система дистиллята. Назначение системы дистиллята реакторного отделения явствует из ее названия. Cистема дистиллята установлена для подачи чистого конденсата: в первый контур через деаэратор подпитки или через деаэратор борного регулирования (ДП или ДБР) при проведении водообмена; на заполнение баков запаса реагентов спринклерной системы; на заполнение барботажного бака; на заполнение системы промконтура; на заполнение баков-гидрозатворов системы спецгазоочистки; на обмыв уплотнений ГЦН, спринклерных насосов, насосов аварийного впрыска бора и аварийно-планового расхолаживания; к насосу продувки датчиков КИП и гидроиспытаний барботажного бака; на обмыв лотков системы отбора проб. Система также обеспечивает наличие оперативного запаса дистиллята для подпитки технологических систем РО. Согласно проекта система дистиллята является системой нормальной эксплуатации с обеспечивающими функциями. 295

10.8.2. Описание оборудования

Для бесперебойного снабжения потребителей реакторного отделения дистиллятом в системе предусмотрено три насоса, один из которых находится в работе, а остальные − в резерве. Один из резервных насосов дистиллята может быть выведен в ремонт. Система (рис. 10.27) состоит из следующих элементов: баков запаса дистиллята (расположены на улице вне здания РО); насосов дистиллята; арматуры, трубопроводов, КИП.

Рис. 10.27. Схема системы дистиллята

Заполнение баков может производиться либо химобессоленной водой от общестанционного узла ХВО, либо дистиллятом с «чистых» контрольных баков спецкорпуса (СК). Химобессоленная вода получается на узле ХВО путем глубокого химического обессоливания исходной маломинерализированной воды с применением ионообменных смол. Дистиллят на СК образуется при упаривании трапных вод на СВО-3 и вод спецпрачечной на СВО-7, а также очистки с концентрированием РБК на СВО-6. 296

10.8.3. Конструкция насосов

Насосы предназначены для подачи дистиллята из баков запаса на потребители реакторного отделения. Насосы дистиллята типа Х45/54-К-СД (рис. 10.28) – унифицированные химические центробежные насосы с опорой на корпусе, горизонтальные, одноступенчатые. Буква «К» в маркеровке обозначает то, что проточная часть насоса изготавливается из хромоникельмолибденовой стали типа 12Х18Н9Т. Скорость проникновения коррозии материала проточной части не превышает 0,1 мм/год.

Рис. 10.28. Насос центробежный Х45: 1 – крышка корпуса; 2 – корпус; 3 – уплотнение; 4 – передний подшипник; 5 – опорный кронштейн; 6 – задний подшипник; 7 – соединительная муфта; 8 – вал; 9 – поддон; 10 – рабочее колесо

Отличительная особенность этих насосов − возможность их демонтажа для ревизии и ремонта без отсоединения корпуса насоса от всасывающего и напорного трубопроводов, что очень удобно при эксплуатации. Насос состоит из рабочего колеса, корпуса, вала, крышки корпуса насоса, являющейся корпусом сальника, и опорного кронштейна. Подвод перекачиваемой жидкости к насосу осуществляется по оси насоса, отвод – вертикально вверх. Рабочее колесо – за297

крытого типа; закреплено на валу насоса гайкой. На заднем диске рабочего колеса имеются разгрузочные отверстия для уравновешивания осевых сил. В качестве концевого уплотнения вращающегося вала насоса может использоваться как сальниковое, так и торцевое уплотнение. Ротор насоса вращается в двух подшипниковых опорах, покрываемых консистентной смазкой 1-13 или «Литолом-24». Консистентную смазку подают через масленки, закрепленные на крышках подшипников. 10.8.4. Технические характеристики

Технические характеристики насоса Х45/54-К-СД представлены в табл. 10.10. Таблица 10.10 Параметр Производительность, м3/ч

Величина 45

Напор, м вод. ст.

54

Мощность, кВт

10,2

Число оборотов, об/мин

2910

КПД электродвигателя, %

88

Протечки через сальник, капель/мин

30–60

10.8.5. Эксплуатация системы

Система дистиллята функционирует во всех режимах нормальной эксплуатации блока, включая пуски и остановы, переходные режимы, а также при авариях, не связанных с разуплотнением первого контура или потерей электропитания собственных нужд. Перед пуском энергоблока и при работе блока на номинальном уровне мощности должен быть подготовлен необходимый запас дистиллята (не менее 500 м3) в баках для проведения водообмена 1-го контура. При нормальной эксплуатации системы в работе находится один насос дистиллята, другой − в резерве, а третий может быть выведен в ремонт. Дозаполнение баков при работе системы 298

производится по мере необходимости при снижении уровня в баках. С напора работающего насоса дистиллят поступает в общий напорный трубопровод Ду 100, из которого он раздается на потребители РО. На часть потребителей дистиллят подается непрерывно (например, на отмывку уплотнений ГЦН), на часть – по мере необходимости. Подача дистиллята в систему промконтура производится периодически действием блокировки по факту снижения уровня в дыхательном баке. При несрабатывании автоматики заполнения промконтура может произойти падение уровня во всасывающем трубопроводе насосов и их последующее отключение. При нормальной эксплуатации системы утечка теплоносителя из промконтура составляет малую величину порядка 0,1 м3/ч и менее. Система TF – замкнутая, запас на изменение ее объема составляет всего 1 м3, поэтому появление течи требует более частой ее подпитки дистиллятом. В процессе нормальной эксплуатации, когда вывод борной кислоты из 1-го контура не производится, через деаэратор борного регулирования предусмотрена циркуляция дистиллята от системы для поддержания деаэратора в горячем резерве. Проектом предусмотрено автоматическое включение резервного насоса дистиллята в следующих случаях: при отключении рабочего насоса или снижении давления на его напоре менее 1 кгс/см2. При включении насоса предусмотрено автоматическое открытие задвижки на его напоре. Проектом также предусмотрено автоматическое управление задвижкой на линии рециркуляции по технологическому параметру (расходу насоса), обеспечивающее работу насоса в рабочей части характеристики. Задвижка на линии рециркуляции открывается при понижении расхода насоса до 20 м3/ч, закрывается − при повышении до 25 м3/ч. Принятое в проекте резервирование активных элементов системы и построение схемы позволяет обеспечить непрерывную работу во всех режимах нормальной эксплуатации и допускает возможность ремонта неисправного оборудования без потери требуемых функций системы. Оперативное обслуживание системы дистиллята во время работы заключается в периодическом контроле и поддержании в требуемых пределах технологических параметров системы. Для кон299

троля за состоянием оборудования в условиях нормальной эксплуатации блока на дисплеи РМОТ выведена необходимая информация по положению арматуры и механизмов, а также в цифровом виде по основным технологическим параметрам. Кроме того, на дисплеи РМОТ поступают сигналы об отклонении параметров, аварийном отключении механизмов, а также ходе и останове арматуры в промежуточном состоянии. Контроль параметров РМОТ на БЩУ ведет ВИУР (НСРЦ), а по месту – ОРО. 10.9. Узел реагентов РО 10.9.1. Общее устройство

Узел реагентов РО предназначен для хранения и дозировки в теплоноситель 1-го контура необходимых реагентов с целью поддержания водно-химического режима при нормальной эксплуатации и его изменения в зависимости от режима работы реакторной установки (разогрев, расхолаживание и т.д.). В узле реагентов РО для дозирования в 1-го контур используются аммиак, гидразингидрат и едкий калий. Подгруппа аммиака NH3 предназначена для хранения и дозировки в 1 контур аммиака с целью поддержания концентрации водорода в пределах заданных норм. Подгруппа гидразингидрата N2H4·H2O предназначена для хранения и дозировки в 1-го контур раствора гидразингидрата с целью связывания избыточного кислорода. Подгруппа едкого калия KOH предназначена для хранения и дозировки в 1-й контур раствора едкого калия с целью поддержания pH теплоносителя 1-го контура в заданных пределах. 10.9.2. Описание оборудования

Узел реагентов РО (рис. 10.29) включает в себя: баки; насосы-дозаторы; запорную арматуру, трубопроводы; датчики КИП. 300

Рис. 10.29. Схема системы реагентов РО

10.9.3. Конструкция насосов

Основным элементом системы дозировки реагентов является плунжерный насос-дозатор серии НД с устройством автоматического регулирования производительности, разработанные ЦИНТИхимнефтемашем. Дозировочные насосы такого типа (рис. 10.30 и 10.31) предназначены для объемного непрерывРис. 10.30. Внешний вид ного дозирования жидкостей в технасоса дозатора нологических процессах на предприятиях различных отраслей промышленности. При стабильных (в определенных пределах) плотности и вязкости жидкостей, температуре и параметрах режима эксплуатации они обеспечивают высокую точность дозирования. 301

Рис. 10.31. Устройство насоса НД 25/250: 1 – шатун; 2 – эксцентрик; 3 – вал; 4 – червячное колесо; 5 – червяк; 6 – упругая муфта; 7 – кронштейн; 8 – ползун; 9 – плунжер; 10 – корпус редуктора

Для дозировки реагентов на всас подпиточных насосов используются одинаковые по конструкции насосы-дозаторы низкого давления (P = 10 кгс/см2). Также имеется высоконапорный насос высокого давления (P = 250 кгс/см2), осуществляющий ввод аммиака непосредственно в напорный трубопровод от подпиточных агрегатов в первый контур. При вводе аммиака в напорный трубопровод от подпиточных агрегатов в первый контур уменьшаются его потери с запирающей водой главных циркуляционных насосов. Рассмотрим общее устройство дозировочного агрегата на примере насоса-дозатора аммиака типа НД 25/250 ДА. Дозировочный электронасосный агрегат (см. рис. 10.31) состоит из двигателя, редуктора, регулирующего механизма и гидроцилиндра. Регулирую302

щий механизм предназначен для преобразования вращательного движения приводного вала в возвратно-поступательное движение плунжера, а также бесступенчатого регулирования длины хода плунжера с контролем по шкале установки подачи. Гидроцилиндр, в котором непосредственно осуществляется рабочий процесс насоса, состоит из корпуса, плунжера, комплекта всасывающего и нагнетательного клапанов шарикового типа, уплотнительного устройства. Смазка подшипников и червячной передачи осуществляется разбрызгиванием масла, залитого в корпус редуктора. Для контроля уровня масла предусмотрен маслоуказатель. Регулирование подачи насоса-дозатора производится вручную только при остановленном (!) насосе. Вращая эксцентрик относительно шейки вала насоса, можно менять суммарный эксцентриситет, а следовательно, и длину хода плунжера насоса от нуля до максимума. Поступательное движение плунжера этих насосов осуществляется от основного электродвигателя за счет кулачка и возвратной пружины. Полный ход плунжера у них составляет 32 мм. Автоматическое или дистанционное регулирование производительности этих насосов осуществляется изменением хода плунжера с помощью электрического исполнительного механизма, выходной вал которого сочленен с регулирующим устройством насосадозатора. Ход плунжера ограничивается выдвижением регулирующего устройства в переднее положение. 10.9.4. Технические характеристики насосов Наименование

Частота Подача, Напор, вращения, л/ч кгс/см2 об/мин

Тип

Насос-дозатор едкого калия и НД 0,5Э 100/10 К1 3А гидразина

100

10

1500

Насос-дозатор аммиака

НД 0,5Э 100/10 К1 3А

100

10

1500

Насос-дозатор аммиака

НД 25/250 ДА

25

250

1500

303

10.9.5. Эксплуатация системы

Рабочие растворы реагентов готовятся в химическом цехе. После проверки концентрации реагентов и содержания хлорид-ионов растворы поступают на заполнение соответствующих расходных баков узла реагентов РО. При концентрации аммиака в баке на уровне 3 % необходимый расход дозировки его в подпиточную воду (и, следовательно, ход плунжере насоса-дозатора) относительно невелик, что затрудняет регулирование подачи насоса. Приходится выставлять очень малый ход плунжера насоса-дозатора, который трудно контролировать по месту. Поэтому инструкция допускает использование раствора аммиака с концентрацией от 1,5 до 3 % для обеспечения плавного регулирования концентрации NH3 в теплоносителе 1-го контура и работы насосов-дозаторов c оптимальным ходом плунжера. При нормальной эксплуатации блока в подпиточную воду должен непрерывно дозироваться аммиак. Аммиак постоянно теряется в цикле, и восполнение осуществляется постоянной его дозировкой на всас работающего подпиточного агрегата. Автоматическое или дистанционное регулирование производительности этих насосов осуществляется изменением хода плунжера с помощью электрического исполнительного механизма, выходной вал которого сочленен с регулирующим устройством насосадозатора. Ход плунжера ограничивается выдвижением регулирующего устройства в переднее положение. Первоначально в проекте была предусмотрена система химического контроля качества теплоносителя 1-го контура «Арктур», по сигналам от датчиков которой электронный регулятор должен был автоматически устанавливать необходимую подачу аммиака в подпиточную воду. Однако из-за отсутствия в настоящее время выпуска промышленных аммиакомеров регулирование подачи аммиака производится вручную оператором РО по месту пропорционально расходу подпиточной воды. Дозировка аммиака должна вестись с таким расчетом, чтобы в подпиточной воде была более 5 мг/л, и концентрация NH3, водорода в теплоносителе 1-го контура лежала в пределах от 2,7 до 5,4 мг/л. Однако превышать дозировку аммиака в подпиточную воду более 50 мг/л не следует. Основным и часто имеющим место 304

нарушением ВХР 1-го контура является именно передозировка аммиака в подпиточную воду. В этом случае превышение концентрации аммиака в подпитке приводит к вымыванию калия из катионитового фильтра (находящегося в калий-аммиачной форме), т.е. фактически происходит регенерация фильтра. Это в свою очередь приводит к резкому повышению концентрации щелочных металлов в теплоносителе 1-го контура. Для оперативного устранения такого нарушения необходимо ввести в работу катионитовый фильтр системы СВО-2, находящийся в H-форме. Это позволит поглотить избыток калия из теплоносителя и одновременно снизить величину pH теплоносителя, так как катионит будет эквивалентно отдавать в очищаемый теплоноситель ионы водорода в результате чего нейтрализуется избыточная щелочность. Эпизодически, для поддержания в теплоносителе 1-го контура нормируемой величины концентрации щелочных металлов, производится дозировка определенного объема KOH в подпиточную воду по рекомендации водно-химической лаборатории. Насосы-дозаторы реагентов РО относятся к насосам объемного действия, в которых подача жидкости осуществляется за счет вытеснения ее движущимся поршнем. Поршневые насосы такого типа можно пускать в ход только при открытой задвижке на напорном трубопроводе (или рециркуляции), так как пуск насоса при закрытой задвижке может привести к поломке или разрыву напорного трубопровода. Этим поршневые насосы принципиально отличаются от центробежных. Хочется сказать несколько слов об определенной опасности, которую представляет собой использование химических реагентов в технологическом процессе. Помещения узла реагентов реакторного отделения относятся к газоопасным. При эксплуатации узла реагентов реакторного отделения следует помнить, что используемые в узле TB20 реагенты способны оказывать неблагоприятное воздействие на организм человека. Гидразингидрат – сильный восстановитель, легко разлагающийся под действием катализаторов нагревания. В смеси с кислородом взрывоопасен. При контакте с окислами некоторых металлов, асбестом или активированным углем возможно ею самовозгорание. Токсичен при поступлении в организм. 305

Аммиак водный технический обладает сильными щелочными свойствами. При вдыхании аммиака высокой концентрации может вызвать ожоги слизистой оболочки глаз, удушье, приступы кашля, головокружение. Едкий калий – сильное основание. Как твердое вещество, так и его концентрированные растворы вызывают очень сильные ожоги кожи. Попадание щелочи в глаза может привести к их тяжелым заболеваниям и даже потере зрения.

306

Глава 11. ЭКСПЛУАТАЦИЯ НАСОСОВ НА АЭС 11.1. Схема насосной установки 11.1.1. Насосная установка

Насос – гидравлическая машина, предназначенная для перекачивания жидкости. Преобразуя механическую энергию двигателя, приводящего во вращение рабочее колесо, в механическую энергию движущейся жидкости, насосы перемещают жидкость и увеличивают её давление. Насосный агрегат – это насос с приводным механизмом и необходимыми вспомогательными системами, находящимися в определенном оперативном состоянии. Состав и устройство различных вспомогательных систем – обвязка насосного агрегата − определяются типом насоса, назначением насосного агрегата, технологической схемой основного оборудования, компоновкой оборудования, характеристиками источника рабочего тела насоса и особенностями условий обслуживания. В состав оборудования насосного агрегата входят: гидравлическая часть насоса (далее – насос); рама, общая с приводным механизмом или раздельная; приводной механизм (электродвигатель, паровая турбина); станина или корпус насоса с подшипниковым узлом; соединительная муфта вала привода и вала насоса; редуктор (гидромуфта); защитные элементы – кожуха полумуфт, вентиляторов, заземление; элементы обвязки насосного агрегата. Защитные элементы обеспечивают безопасное обслуживание насосного агрегата. К ним относятся: кожух полумуфты; кожух вентилятора охлаждения электродвигателя. заземление электродвигателя на специальный контур. Эксплуатация насосного агрегата без этих элементов не допускается. 307

Наличие и состояние защитных элементов должны проверяться перед каждым пуском насосного агрегата. Согласно требованиям, насосный агрегат должен иметь соответствующее внешнее оформление (рис. 11.1): элементы насосного агрегата должны быть покрашены; в случае перекачки горячих жидкостей (при t > 55 °С) непосредственно сам насос должен иметь тепловую изоляцию; на элементах насосного агрегата должны быть нанесены соответствующие надписи: эксплуатационное обозначение насоса, направление вращения ротора насоса, направление вращения ротора электродвигателя, обозначения запорной арматуры элементов обвязки насосного агрегата, стрелки, показывающие направление движения перекачиваемой среды.

Рис. 11.1. Внешнее оформление насосного агрегата

Все насосные агрегаты, независимо от назначения и сложности конструкции, оборудуются приборами контроля давления рабочей среды во всасывающем и напорном трубопроводах. Приборы контроля давления могут устанавливаться как по месту, так и через соответствующие преобразователи на специальных рампах или местных/блочных щитах управления. 308

Для замены и ремонта приборов контроля на соответствующих импульсных линиях устанавливается так называемая первичная запорная арматура. Она обслуживается персоналом технологического цеха, в котором размещен насосный агрегат. Кроме приборов контроля давления ответственные агрегаты могут иметь и другие приборы контроля: температуры масла подшипников двигателя и насоса; температуры металла подшипников и электродвигателя; давления и расхода охлаждающей жидкости электродвигателя насоса. 11.1.2. Технологическая схема насосной установки

Насосный агрегат в технологических схемах обозначается следующим образом:

а − с электроприводом б − с турбоприводом Рис. 11.2. Обозначение насосного агрегата на технологических схемах

Наиболее часто для насоса используют электропривод, поэтому иногда электропривод насоса на схеме не показывают: Рис. 11.3. Упрощенное обозначение насоса

Запорная арматура на всасывающем и напорном трубопроводах − обязательный элемент обвязки насосного агрегата. Для уменьшения гидравлического сопротивления всасывающего и напорного трубопроводов насосного агрегата устанавливается запорная арматура типа «задвижка». Обратный клапан на напорном трубопроводе является обязательным элементом центробежных насосных агрегатов и устанавливается для предотвращения обратного хода рабочей жидкости 309

при аварийном отключении насоса, а также обеспечения возможности постановки насоса в горячий резерв, т.е. на АВР. Схема трубопроводов рециркуляции Устройство рециркуляции обеспечивает минимальный (25−30 %) пропуск жидкости через насос с целью исключения запаривания насоса и выхода его из строя в периоды пусков, остановов и работы с минимальной производительностью. Устройством рециркуляции оборудуются центробежные насосы большой производительности, например питательные. Управление открытием вентиля рециркуляции – автоматическое по блокировке. В качестве импульса на открытие вентиля рециркуляции могут использоваться: импульс от расходомерной шайбы при снижении расхода; сигнал от концевика обратного клапана насоса или закрытой напорной задвижки; повышение температуры перекачиваемой жидкости в насосе; величина нагрузки электродвигателя насоса. Закрытие вентиля рециркуляции часто осуществляется обслуживающим персоналом при загрузке насоса более 35 % номинальной. Открытие вентиля рециркуляции строго контролируется по месту обслуживающим персоналом перед каждым пуском насоса. 11.1.3. Вспомогательные системы насосной установки

Схема опорожнения

Рис. 11.4. Схема опорожнения насоса 310

Схема опорожнения корпуса насоса включает: воздушники с корпуса насоса; дренажи с корпуса насоса. В некоторых случаях насос не обвязывается схемой опорожнения, тогда при выводе его в ремонт опорожнение осуществляется через отверстия в нижней части корпуса насоса, путём вывёртывания специальных резьбовых пробок. Эту операцию, как правило, выполняет ремонтный персонал. Схема подачи уплотняющей жидкости

Рис. 11.5. Схема подачи уплотняющей жидкости

В качестве уплотняющей используется вода, качество которой должно удовлетворять качеству перекачиваемой среды. К примеру, уплотняющей жидкостью для конденсатных насосов, бустерных, питательных, сливных служит конденсат с КЭНов. Схема сбора протечек с уплотнений

Рис. 11.6. Схема сбора протечек 311

Схема смазки подшипников В зависимости от типа и конструкции насоса, в подшипниковых узлах могут применяться подшипники качения или скольжения. Подшипники качения могут смазываться консистентными (густыми) смазками или жидкими (индустриальныи или турбинным маслом). Подшипниковые узлы насосов с подшипниками качения, смазываемые консистентной смазкой, при наличии специальных пресс-маслёнок, должны обслуживаться оперативным персоналом. Рис. 11.7. Поперечное сечение Обслуживание таких радиального подшипника подшипников заключается в проверке наличия достаточного количества смазки в прессмаслёнке и периодическом, согласно инструкции по обслуживанию механизма, поджатии с целью её подачи к подшипнику. В случае отсутствия специальных пресс-маслёнок или масляных ванн подшипниковые узлы с подшипниками качения не обслуживаются. Контроль наличия смазки для этих подшипников осуществляется ремонтным персоналом при производстве ремонтов. Маслоподающий винт подаёт смазку из маслованны к радиальному подшипнику. Пройдя подшипник, масло по радиальным пазам через отверстия сливается обратно в маслованну. В корпусе подшипника имеется отверстие для соединения его с атмосферой. Охлаждение подшипника осуществляется технической водой, проходящей через змеевик. На подшипнике установлен термодатчик. Наиболее частые неисправности подшипника 1. Нарушение подачи охлаждающей воды к подшипнику. Это вызвано засорением или засаливанием трубок на подводе и сливе в воронку, так как трубки выполнены с Ду = 10 мм. Эта неисправность приводит к повышению Тподш примерно на 10−15 °С. Своевременное выявление дефекта позволяет устранить его на рабо312

тающем насосе. Однако, особенно летом, когда температура воздуха повышается, это может привести к останову насоса и выводу его в ремонт. 2. Засорение дыхательного отверстия и нарушение работы подшипника (выгон масла). 3. Течи масла, приводящие к понижению Н в маслованне. 4. Засорение дыхательного отверстия на маслоуказательном стекле. Из-за этого невозможно определить падение Нмасла в подшипнике, так как уровень на маслоуказательном стекле не будет изменяться. Подшипниковые узлы насосов с подшипниками качения, смазываемые жидким маслом, как правило, имеют специальные масляные ванны, оборудованные уровнемерным стеклом или щупом для замера уровня. На уровнемерном стекле или щупе должны быть нанесены метки минимального, максимального и нормального уровней. Обслуживание подшипниковых узлов с масляными ваннами заключается в проверке уровня масла и его качества (по цвету, запаху, отсутствию посторонних включений типа воды, абразивов и т.п.). При необходимости масло доливается или заменяется. В случае применения подшипников скольжения всегда применяется принудительная смазка от специальных маслонасосов или от маслонасосов смазки турбогенератора. Схема подачи воды на охлаждение подшипников

Рис. 11.8. Схема подачи охлаждающей воды 313

Охлаждение подшипника может осуществляться за счёт подачи охлаждающей (технической) воды в специальную «рубашку» охлаждения подшипника или специальный змеевик, вмонтированный в масляную ванну подшипника. Схема прогрева корпуса насоса Прогрев корпуса насоса, выведенного в резерв, может осуществляться за счёт постоянной протечки через насос. Для уменьшения пароводяных потерь протечка может быть заведена в дренажный бак. (Как правило, для этих целей применяется трубопровод Ду 15−20.) Данная схема используется на питательных и сетевых насосов, а также при выводе насоса Рис. 11.9. Схема прогрева в горячий резерв. Позволяет корпуса насоса поддерживать температуру металла насоса близкой к номинальной в момент его включения по АВР. Этим предупреждается коробление корпусных деталей насоса и увеличивается его межремонтный период работы. Схема отбора среды от промежуточной ступени Cхема отвода рабочей среды с промежуточной ступени чаще организуется у высоконапорного насоса. Данная схема относится к обвязке питательных насосов. Отбор питательной воды с промежуточной ступени насоса, т.е. отбор среды пониженного давления, используется, например, на впрыски для регулирования температуры редуцированного пара после БРОУ. Рис. 11.10. Схема отбора среды 314

Схема смазки подшипников электродвигателя В большинстве случаев наличие смазки в подшипниках электродвигателя не контролируется эксплуатационным персоналом, поскольку в основном в электродвигателях используются подшипники качения, смазываемые при ремонтах консистентными смазками. Рис. 11.11. Схема смазки подшипников Для особо мощных электродвигателя (1−8 МВт) электродвигателей, например питательных и сетевых насосов, может использоваться принудительная смазка подшипников от специальных индивидуальных маслонасосов или маслонасосов смазки подшипников турбогенератора. В этом случае система смазки подшипников насоса и электродвигателя, как правило, общая и к ней предъявляются такие же требования, как и к системе смазки подшипников насоса. Схема охлаждения электродвигателя

Рис. 11.12. Схема охлаждения электродвигателя

Как правило, для привода маломощных насосов корпус и обмотка электродвигателя охлаждаются воздухом. Воздух подается вентилятором, установленным на валу ротора электродвигателя. 315

Температура холодного воздуха для таких электродвигателей не регулируется. Мощные электродвигатели (1−4 МВт) могут иметь специальные вмонтированные воздухоохладители, используемые для регулирования температуры холодного воздуха, поступающего на охлаждение элементов электродвигателя. Для охлаждения воздуха в этих воздухоохладителях используется, как правило, техническая вода. Электродвигатели мощностью 8 МВт имеют комбинированную систему охлаждения, включающую охлаждение элементов двигателя конденсатом и воздухом. 11.2. Эксплуатационные состояния насосов 11.2.1. Заполненный насос

Заполненный насос, т.е. гидравлическая часть насоса заполнена рабочей жидкостью. При этом: подшипниковые узлы насосного агрегата обеспечены смазкой (через подшипниковые узлы, смазываемые принудительной смазкой, должно прокачиваться масло с заданными давлением, расходом и температурой); дренажи с корпусов насоса закрыты; подается уплотняющая вода на уплотнения насоса; всасывающая задвижка открыта, а напорная – закрыта; воздух из корпуса насоса вытеснен, и воздушник закрыт; подключены приборы контроля и они показывают давление, равное давлению на всасе; отсутствуют дефекты на насосном агрегате.

Рис. 11.13. Заполненный насос 316

11.2.2. Запаривание насоса

Запаривание насоса – вскипание рабочей жидкости в насосе и последующий срыв работы насоса − характерно для мощных насосов, перекачивающих горячие жидкости и работающих с малыми расходами. Для исключения запаривания таких насосов должна быть организована линия рециркуляции.

Рис. 11.14. Запаренный насос

Запаривание – явление опасное, поскольку, как правило, приводит к выходу насоса из строя по причине нарушения нормальной работы гидропяты или сальниковых уплотнений. 11.2.3. Срыв работы насоса

Срыв работы насоса может привести к выходу насоса из строя по причине нарушения нормальной работы гидропяты или сальниковых уплотнений. Причинами срыва работы насоса могут быть: кавитация в результате малого подпора на всасе насоса; включение лопастного насоса на открытую напорную задвижку и незаполненную технологическую схему; прекращение подачи рабочей жидкости во всасывающий коллектор насоса по причинам: закрытие всасывающей арматуры, срабатывание уровня в напорном баке; включение лопастного насоса при наличии в нем воздуха; длительная работа в безрасходном режиме. 317

Рис. 11.15. Срыв работы насоса

Для исключения срыва работы мощных высоконапорных насосов, в которых компенсация осевых усилий осуществляется за счёт работы гидропяты, организуется защита насоса по понижению давления на всасе. Защита действует на отключение работающего насоса. Для исключения срыва работы насоса необходимо, чтобы: гидравлическая часть насоса была заполнена рабочей жидкостью, а воздух полностью удален; перед включением насос должен быть заполнен, всасывающая задвижка полностью открыта, а приборы контроля показывали соответствующее давление; центробежный насос включался на закрытую напорную задвижку, кроме случаев аварийного включения (АВР) на заполненную и работающую технологическую схему; высоконапорные мощные насосы (питательные, сетевые) включались также на закрытую напорную задвижку, но на собранную схему рециркуляции; для включения насосов, имеющих защиту по понижению давления на всасе, был обеспечен достаточный подпор рабочей жидкости.

318

11.3. Оперативные состояния насосов 11.3.1. Насос в ремонте

Рис. 11.16. Оперативное состояние – «насос в ремонте»

В оперативном состоянии «насос в ремонте» должно быть выполнено следующее. Оформлен наряд-допуск на безопасное производство ремонтных работ на насосе. Электросхема двигателя насоса разобрана, на ключи управления двигателем вывешены таблички «Не включать». Всасывающая и напорная задвижки закрыты, электросхема привода арматуры разобрана, на ключи управления арматурой вывешены таблички «Не включать», штурвалы привода арматуры обвязаны и закрыты на цепь и вывешены плакаты «Не открывать. Работают люди». Арматура на подводе и сливе (для щелевых уплотнений) уплотняющей жидкости закрыта, заперта на цепь и вывешены плакаты «Не открывать. Работают люди». Насос дренирован, воздушники и дренажи с корпуса насоса открыты, приборы контроля давления показывают давление в корпусе насоса – нуль. На насосном агрегате вывешен плакат «Работать здесь».

319

Рабочая зона выведенного в ремонт насоса огорожена и вывешены соответствующие плакаты «Осторожно! Опасная зона», «Проход закрыт». Оформлена соответствующая запись в оперативной документации. Состояние неупомянутых технологических схем элементов обвязки насосного агрегата в каждом конкретном случае определяет лицо, выдающее наряд, о чём фиксируется в графе «Условия безопасного выполнения рабор» наряда-допуска на ремонт насоса. 11.3.2. Насос в резерве

Рис. 11.17. Оперативное состояние – «насос в холодном резерве»

Условно различают холодный и горячий резерв. Насос, находящийся в «холодном» резерве (в дальнейшем – в резерве) должен быть: исправен; заполнен рабочей жидкостью; прогрет (для насосов, перекачивающих жидкости с t > 100 °С). иметь собранную в рабочее положение электросхему двигателя насоса. У насоса, находящегося в резерве, должны быть исправны и включены в работу все технологические схемы обвязки насосного агрегата, напорная задвижка – закрыта, а вентиль рециркуляции – открыт (если есть линия рециркуляции). 320

В оперативной документации должна быть соответствующая запись о том, что насос находится в резерве.

Рис. 11.18. Оперативное состояние – «насос в горячем резерве»

Насос, который находится в «горячем» резерве или, иначе, поставленный в режим автоматического включения резерва, т.е. поставленный на АВР, отличается от просто резервного насоса только тем, что имеет: открытую напорную задвижку; выставленные на соответствующих приборах контроля и, в соответствии с картой уставок и блокировок, уставки срабатывания сигнализации и АВР. выставленные соответствующим образом ключи (или ключ) переключения блокировок насоса. Устройство АВР насосов используется в технологических схемах, в которых не допускается даже кратковременное прекращение подачи рабочей жидкости или понижение рабочего давления в магистрали. АВР насосов, как правило, осуществляется по двум импульсам: по отключению электродвигателя работающего насоса (в этом случае данная блокировка обслуживается персоналом электроцеха); по понижению давления (реже – расхода) в контролируемой магистрали. Данная блокировка срабатывает от электроконтактного манометра (ЭКМ), на котором соответствующим образом выставляются уставки персоналом цеха ТАИ. 321

11.3.3. Насос в работе

Рис. 11.19. Оперативное состояние – «насос в работе»

Насос в работе, т.е. все технологические схемы обвязки насосного агрегата работают, приборы контроля характеризуют текущий режим работы насоса. 11.3.4. Насос на консервации

Рис. 11.20. Оперативное состояние – «насос на консервации»

Консервация насосного оборудования на АЭС практикуется крайне редко. Как правило, вывод насоса на консервацию осуществляется на основании письменного распоряжения администрации цеха с указанием способа консервации и необходимых мер безопасности. 322

В таких случаях оперативное состояние «Насос на консервации» характеризует следующее: оформлено соответствующее письменное распоряжение администрации цеха; электросхема двигателя насоса разобрана, на ключи управления двигателем вывешены предупреждающие таблички «Не включать»; всасывающая и напорная задвижки закрыты, электросхема привода арматуры разобрана, на ключи управления арматурой вывешены таблички «Не включать», штурвалы привода арматуры обвязаны и заперты на цепь и вывешены плакаты «Не включать. Работают люди»; арматура на подводе и сливе (для щелевых уплотнений) уплотняющей жидкости закрыта, заперта на цепь и вывешены плакаты «Не открывать. Работают люди»; на насосном агрегате вывешен плакат «Осторожно! Едкие вещества»; состояние неупомянутых технологических схем обвязки насосного агрегата для конкретного способа консервации определяется соответствующим распоряжением администрации; оформлена соответствующая запись в оперативной документации. 11.4. Режимы работы насосов 11.4.1. Перевод насосов в различные оперативные состояния

В процессе эксплуатации насосного оборудования оперативный персонал осуществляет, представленные на следующей схеме операции:

Рис. 11.21. Схема перевода насоса из состояния в состояние 323

11.4.2. Вывод насоса из ремонта в резерв

1. Убедиться, что наряд-допуск на ремонт насоса закрыт:

Рис. 11.22. Исходное состояние при выводе насоса из ремонта в резерв

2. Снять с соответствующей запорной арматуры цепи и предупредительные плакаты. Убрать соотвествующие ограждения ремонтной зоны:

Рис. 11.23. Состояние насоса со снятыми ограждениями и предупредительными плакатами

3. Осмотреть насосный агрегат на предмет комплектности: приборов КИП; арматуры; запорных элементов; элементов внешнего оформления; 324

технологических схем обвязки насосного агрегата. 4. Проконтролировать исправность элементов насосного агрегата и технологических схем обвязки: сохранность и подключение приборов контроля; состояние фланцевых соединений; анкерные болты; запорную арматуру; крепление электродвигателя; качество заземления; сливные воронки; чистоту сальниковых ванн; чистоту контура изоляции электродвигателей (при U = 6 кВ); комплектность и исправность щита управления насосным агрегатом; состояние площадки обслуживания насосного агрегата (отсутствие мусора, посторонних предметов и т.п.).

Рис. 11.24. Состояние насоса при контроле исправности его элементов

5. Проконтролировать наличие и качество смазки в подшипниковых узлах насосного агрегата (по соответствующим уровнемерным стёклам, щупам, по наличию смазки в специальных маслёнках). В случае принудительной системы смазки подшипников насосного агрегата необходимо: проконтролировать состояние маслопроводов насосного агрегата; подать масло к подшипникам насосного агрегата; 325

убедиться, что давление и температура масла соответствуют техническим требованиям; проконтролировать достаточное поступление масла к подшипникам по смотровым стёклам; осмотреть маслопроводы и убедиться в отсутствии течей масла через неплотности.

Рис. 11.25. Состояние насоса при контроле наличия смазки

6. Через дежурного цеха ТАИ собрать электросхемы привода электрофицированной арматуры (всасывающие и напорные задвижки, вентиль рециркуляции). Электросхемы привода считаются собранными после загорания соотвествующих ламп на щите управления и доклада дежурного цеха ТАИ. 7. Заполнить насос рабочей жидкостью, для чего необходимо: закрыть дренажи с корпуса насоса; открыть воздушник; подать уплотняющую воду на концевые уплотнения насоса; медленно, в несколько этапов, чтобы не сорвать параллельно работающий насос, открыть всасывающую задвижку; закрыть воздушник после удаления воздуха (из воздушника идёт устойчивая струя воды); проконтролировать работу приборов давления; убедиться в отсутствии течей. 8. Подготовить и включить в работу остальные схемы обвязки насосного агрегата, а именно: подать техническую воду на охлаждение подшипников насоса; проконтролировать чистоту сливных ванн и воронок в схеме сбора протечек с сальниковых уплотнений насоса. 326

Рис. 11.26. Состояние насоса – насос заполнен, технологические схемы собраны

9. Через персонал электроцеха собрать электросхему двигателя насоса. Электросхема считается собранной после загорания соответствующей зелёной лампы на щите управления и доклада дежурного персонала электроцеха:

Рис. 11.27. Состояние насоса при собранной электрической схеме

10. Проконтролировать правильность установки ключей (ключа) переключения АВР насоса, которое должно быть отключено. 11. Опробовать насос с целью контроля качества ремонта, для чего необходимо: включить насос в работу; проконтролировать загорание соответствующей контрольной лампы; 327

убедиться по амперметру, что сила тока включенного насоса установилась меньше номинального значения; прослушать насосный агрегат на предмет отсутствия посторонних шумов; проконтролировать отсутствие недопустимой вибрации, течей, работу приборов контроля, нагрев сальниковых уплотнений и подшипниковых узлов. Опробование насоса после ремонта, перед постановкой в резерв, выполняется по распоряжению начальника смены цеха. При опробовании насоса на закрытую напорную задвижку не допускать его запаривания. 12. После опробования вывести насос в резерв, для чего следует: отключить насос; убедиться в останове вала насоса; убедиться в нормальной работе всех технологических схем обвязки; сделать соответствующую запись в оперативной документации о том, что насос опробован и поставлен в резерв. 11.4.3. Включение насоса в работу из резерва

Рис. 11.28. Включение насоса из резерва в работу

Включение насоса из резерва в работу выполняется в следующем порядке. Убедиться, что насос в резерве и технологическая схема на напорной стороне насоса собрана в рабочее положение. Воздействием на ключ управления включить электродвигатель насоса. 328

Убедиться по амперметру в том, что сила тока электродвигателя после его разворота установилась меньше номинального значения. Проконтролировать загорание соответствующей контрольной лампы на щите управления насосным агрегатом. Проконтролировать работу насоса на отсутствие посторонних шумов, недопустимой вибрации, свищей и течей. Убедиться, используя приборы контроля, в том, что давление на напоре насоса соответствовует паспортным данным. Включить насос на соответствующую, собранную ранее технологическую схему. Проконтролировать работу насосного агрегата: по приборам давления, расхода, температуры и т.п.; по отсутствию посторонних нехарактерных шумов; по отсутствию свищей, течей; по отсутствию недопустимого нагрева узлов насосного агрегата. Оформить соответствующую запись в оперативной документации. 11.4.4. Отключение насоса из работы в резерв

Рис. 11.29. Отключение насоса из работы в резерв

Для вывода насоса в резерв необходимо выполнить следующие операции: вывести ключ переключения АВР в положение «отключено»; закрыть задвижку на напоре насоса; проконтролировать снижение давления в напорной магистрали насосов; проконтролировать закрытие напорной задвижки по загоранию соответствующей контрольной лампочки; 329

отключить электродвигатель работающего насоса соответствующим ключом управления; проконтролировать отключение электродвигателя насоса по соответствующим амперметру и контрольной лампочке; проконтролировать снижение давления на напоре насоса; проконтролировать останов вала насоса; убедиться в нормальной работе технологических схем обвязки насоса; оформить соответствующую запись в оперативной документации. 11.4.5. Вывод насоса из резерва в ремонт Вывод насоса в ремонт производится на основании оформленного наряда допуска на безопасное производство ремонтных работ. Оперативный персонал обязан выполнить все требования, касающиеся вывода насоса в ремонт и записанные в графах нарядадопуска «Условия безопасного проведения работ» и «Особые условия». Ответственным за полноту выполнения требований по выводу насоса в ремонт, указанных в наряде-допуске, является начальник смены технологического цеха, во время дежурства которого осуществляется данная операция. Основные действия, выполняемые оперативным персоналом при выводе насоса в ремонт: разборка электросхем приводов электродвигателя и запорной арматуры;

Рис. 11.30. Вывод насоса из резерва в ремонт 330

вывод в ремонт насоса по тепловой части; обвязка отключающей арматуры цепями и ограждение ремонтной зоны; вывешивание предупредительных плакатов; оформление соответствующей оперативной документации. Последовательность выполнения операций при выводе насоса из резерва в ремонт: снять насос с АВР или проконтролировать снятие с АВР; разобрать электросхему двигателя насоса; проконтролировать то, что электросхема двигателя разобрана; сдренировать гидравлическую часть насоса, для чего: проконтролировать закрытие напорной задвижки; закрыть всасывающую задвижку; закрыть вентиль на схеме подачи уплотняющей воды на сальниковые уплотнения; для насоса, имеющего щелевые уплотнения, закрыть арматуру в схеме сброса протечек; открыть воздушник с корпуса насоса; убедиться по приборам контроля, что давление в корпусе насоса снизилось до нуля; открыть дренаж с корпуса насоса; удостовериться в том, что насос сдренирован. Разобрать электросхемы приводов запорной арматуры. Убедиться, что электросхемы приводов запорной арматуры разобраны. Аналогичным образом отключить остальные технологические схемы обвязки насосного агрегата, указанные в наряде-допуске, к примеру: закрыть вентиль подачи технической воды на охлаждение подшипников; закрыть вентили подачи масла к подшипникам насосного агрегата; отключить вентили подачи охлаждающей воды на воздухоохладители; оградить рабочую зону электродвигателя насоса; вывесить предупредительные плакаты: на ключи управления электродвигателем насоса – «Не включать»; 331

на закрытую арматуру – «Не открывать. Работают люди»; на ограждение рабочей зоны – «Опасная зона»; запорную арматуру обвязать цепями и запереть на замок; оформить факт вывода насоса в ремонт в оперативной документации и наряде-допуске. 11.4.6. Постановка насоса на АВР

Рис. 11.31. Постановка насоса на АВР

Насос на АВР ставится из состояния насос в резерве, при этом необходимо выполнить следующие операции: открыть напорную задвижку на резервном насосе; проконтролировать отсутствие обратного вращения вала насоса. Если при открытии напорной задвижки вал насоса начинает вращаться в обратную сторону, то это свидетельствует о неплотности обратного клапана. Запрещается постановка насоса на АВР в случае неплотности обратного клапана; проконтролировать показания приборов контроля давления на всасе и напоре; проконтролировать правильность установки уставок на электроконтактных манометрах (ЭКМ), используемых в схеме АВР. Положение уставок должно соответствовать карте уставок и блокировок, утвержденной главным инженером станции; выставить соответствующим образом ключи переключения блокировок насоса. 332

Варианты исполнения ключей блокировок насосов

Рис. 11.32. Варианты исполнения ключей блокировок

Оформить соответствующую запись в оперативной документации. 11.4.7. Включение насоса по АВР

Автоматическое включение резервного насоса может осуществляться при правильно выставленных ключах блокировок АВР в следующих случаях: при действительных отклонениях контролируемых схемой АВР параметров, а именно: в случае отключения электродвигателя работающего насоса (работа данной блокировки контролируется персоналом электроцеха.); при снижении давления в напорной магистрали до уровня, определенного соответствующей уставкой ЭКМ (Работа данной блокировки контролируется персоналом цеха ТАИ); при снижении расхода рабочей жидкости в напорной магистрали до уровня, определенного соответствующей уставкой на расходомере (работа данной блокировки, используемой редко, контролируется персоналом цеха ТАИ). При фиктивных отклонениях контролируемых параметров, сымитированных оперативным персоналом: в случаях плановых опробований АВР насосов; при неправильных действиях оперативного персонала, например: отключение насоса в резерв при выставленных на АВР ключах блокировок насоса; 333

перекрытие импульсных трубок, идущих к первичным приборам схемы АВР. Плановые опробования АВР насосов выполняются в соответствии с графиком опробования АВР насосов, в определенное соответствующим распоряжением время. Порядок опробования АВР насосов и способ имитации отклонений контролируемых параметров определен соответствующей инструкцией по опробованию АВР механизмов. При фиктивных отклонениях контролируемых параметров, вызванных неисправностью приборов системы АВР, например: размораживание импульсных трубок или самих первичных приборов схемы АВР; свищи или обрывы импульсных трубок, соединяющих первичные приборы схемы АВР; неисправности электросхем цепей АВР. Срабатыванию АВР насосов всегда предшествуют включение звуковой сигнализации и загорание соответствующего светового табло, сигнализирующих об отклонении контролируемого параметра от нормы, например: «Понижение давления на...», «Снижение расхода в...», «Отключение э/д...». Включение насоса по АВР сопровождается звуковой сигнализацией, загоранием соответствующего светового табло «Работа АВР насоса...» и выпаданием соответствующего блинкера. 11.4.8. Снятие насоса с АВР в резерв

Рис. 11.33. Снятие насоса с АВР в резерв 334

Насос с положения АВР может быть выведен в резерв, при этом необходимо выполнить следующие операции: вывести ключ переключения блокировок в положение «отключено»:

Рис. 11.34. Положение ключа блокировок – «отключено»

закрыть напорную задвижку на резервном насосе. При закрытии напорной задвижки, на этапе снятия насоса с АВР, давления на напоре и всасе насоса, как правило, не должны изменяться; проверить показания приборов контроля давления на всасе и напоре насоса. проконтролировать и убедиться в нормальной работе технологических схем обвязки насоса; оформить соответствующую запись в оперативной документации. 11.5. Оперативный контроль насосов в различных состояниях 11.5.1. Насос в ремонте

Допуск ремонтного персонала к ремонту насосов должен осуществляться на основании наряда-допуска, оформленного в соответствии с ПТБ «Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ». Соответствующими разделами наряда-допуска («Для обеспечения безопасных условий необходимо...» и «Особые условия») предусматриваются организационные мероприятия, обеспечивающие безопасное выполнение ремонтных работ и индивидуальные средства защиты ремонтного персонала. 335

Разделы наряда-допуска «Для обеспечения безопасных условий работ необходимо...» и «Особые условия», в основном, предусматривают: отключение насоса, выведенного в ремонт, от действующих напорного и всасывающего трубопроводов; отключение указанных в наряде-допуске соответствующих технологических схем обвязки насосного агрегата; дренирование насоса; обвязку цепями и вывешивание запрещающих плакатов на отключенной арматуре: «Не открывать. Работают люди»; разборку электросхем приводов электродвигателя и запорной арматуры; ограждение рабочей зоны и вывешивание запрещающих плакатов: «Опасная зона». В соответствующем разделе наряда-допуска оформляются ежедневный допуск и окончание ремонтных работ, а также делается соответствующая запись в оперативной документации. Таким образом, исходя из должностных и производственных инструкций, требований ПТБ и организации безопасного выполнения ремонтных работ, насосы, находящиеся в ремонте, должны контролироваться оперативным персоналом станции в части: контроля сборки технологической схемы выведенного в ремонт насоса согласно требований, оформленных в наряде-допуске; сохранности цепей, ограждений и предупреждающих плакатов в выделённой ремонтной зоне; оперативного контроля начала, перерыва на обед и окончания ремонта насоса; соблюдения ремонтным персоналом индивидуальных средств защиты; отсутствия посторонних лиц в ремонтной зоне. Контроль насоса, выведенного в ремонт, осуществляется: при ежедневном допуске ремонтного персонала; в процессе периодических обходов оборудования; при ежедневном окончании ремонтных работ. В процессе контроля насоса, выведенного в ремонт, и обнаружения отступлений от условий проведения ремонтных работ, оговоренных нарядом-допуском, оперативный персонал имеет право запретить проведение ремонтных работ. В этом случае: 336

наряд-допуск изымается у производителя работ по наряду; бригада ремонтников выводится из ремонтной зоны, о чем оповещается ответственный руководитель работ; в оперативной документации производится соответствующая запись. 11.5.2. Контроль правильности вывода насоса в резерв

Контроль правильности вывода насоса в резерв осуществляется при приемке-сдаче смены и включении насоса в работу. Контролируются: сборка электросхемы двигателя насоса по горению соответствующей контрольной лампочки или по месту визуально; отсутствие воздуха в гидравлической части насоса по приборам контроля давления на напоре и всасе насоса, а также по кратковременному открытию воздушника; работа технологических схем обвязки конкретного насоса по приборам контроля, визуальным осмотром или контрольным открытием (закрытием) соответствующей запорной арматуры. Контроль исправности приборов контроля осуществляется в случае: приемки смены; периодических обходов в течение смены; подготовки оборудования к сдаче смены. Контролируется исправность приборов, установленных по месту и дистанционных, установленных на местных или блочных тепловых щитах. Выявленные неисправности приборов КИП устраняются персоналом цеха ТАИ по требованию персонала технологического цеха, в котором расположены приборы. О неисправности приборов контроля делается соответствующая запись в оперативной документации. Отключение действующих защит и блокировок, вызванное неисправностью приборов контроля, сопровождается соответствующей записью в оперативной документации и соответствующей информацией главному инженеру станции. Контроль механического состояния насоса осуществляется при премке-сдаче смены и при включении насоса в работу. 337

Контроль осуществляется по соответствующим приборам, визуально и на слух. Котролируются: наличие свищей, течей и парений; комплектность насосного агрегата (приборов, защитных кожухов, сливных воронок и т.п.); состояние фланцевых соединений, анкерных болтов, болтов крепления электродвигателя; наличие заземления. Контроль полноты внешнего оформления насосного агрегата осуществляется при: приемке смены; выводе насоса из ремонта, монтажа, консервации; нахождении насоса в резерве. Выявленные замечания фиксируются в оперативной документации. Контроль чистоты насосного агрегата и соответствующей рабочей зоны осуществляется при: приемке-сдаче смены; периодических обходах оборудования; допуске к проведению ремонтных работ; закрытии наряда-допуска на проведение ремонтных работ; после монтажа; при нахождении насоса в резерве. При наличии замечаний принимаются меры к их устранению методами, регламентированными соответствующими инструкциями. 11.5.3. Насос в работе

Контроль исправности приборов контроля осуществляется в случае приемки смены, при периодических обходах в течение смены, а также при подготовке оборудования к сдаче смены. Контролируется исправность приборов, установленных по месту, и дистанционных, установленных на местных или блочных тепловых щитах. Выявленные неисправности приборов КИП устраняются персоналом цеха ТАИ по требованию персонала технологического цеха, в котором расположены приборы. 338

О неисправности приборов контроля делается соответствующая запись в оперативной документации. Отключение действующих защит и блокировок, вызванное неисправностью приборов контроля, сопровождается соответствующей записью в оперативной документации и соответствующей информацией главному инженеру станции. Контроль параметров работы насоса и технологических схем обвязки насосного агрегата осуществляется при приемке-сдаче смены и периодических обходах оборудования в течение смены. Приборы контроля рабочих параметров насоса и технологических схем обвязки должны находиться в рабочей зоне, регламентируемой паспортными данными для конкретного насосного агрегата. Показания контролируемых параметров фиксируются в соответствующей документации (суточная ведомость, оперативный журнал и т.п.). Контроль теплового состояния насосного агрегата осуществляется при приемке-сдаче смены и при периодических обходах оборудования в течение смены. Контроль теплового состояния насосного агрегата осуществляется как по соответствующим приборам, установленным по месту или на местных и блочных щитах управления, так и на ощупь – тыльной стороной ладони. Максимальная величина нагрева контролируемых элементов насосного агрегата определяется соответствующими паспортными данными конкретного насоса. Контролю теплового состояния подлежат следующие элементы насосного агрегета: сталь электродвигателя насоса; подшипники насоса и электродвигателя; сальниковые уплотнения; корпус насоса. Контроль механического состояния насоса осуществляется при: приемке-сдаче смены; периодических обходах оборудования в течение смены. Контроль осуществляется по соответствующим приборам, визуально и на слух. Проверяют следующее: осевой сдвиг вала насоса; 339

вибрацию; наличие свищей, течей, парений; наличие нехарактерных шумов. Основные величины, характеризующие механическое состояние насоса, зафиксированы в паспорте насоса. Контроль правильности установки уставок сигнализации и включения АВР насосов осуществляется: во время приемки-сдачи смены; при периодических обходах; после устранения дефектов или смены приборов КИП; после опробования АВР насосов. Уставки сигнализации и включения АВР насосов должны соответствовать и выставляться в соответствии с картой уставок, утвержденной главным инженером станции. Переустановку уставок осуществляет персонал цеха ТАИ. Контроль правильности постановки ключей переключения АВР насосов осуществляется при приемке-сдаче смены и после переключений по работающим насосам. Контроль осуществляет лицо из числа оперативного персонала, непосредственно обслуживающее ключи управления насосом. Как правило, местные щиты управления насосами обслуживает обходчик КТЦ, а на БЩУ контроль осуществляет МЭБ. Постановка и снятие АВР насосов фиксируется в оперативной документации. Контроль полноты внешнего оформления насосного агрегата осуществляется при: приемке смены; выводе насоса из ремонта, монтажа, консервации; нахождении насоса в резерве. Выявленные замечания фиксируются в оперативной документации. Контроль чистоты насосного агрегата и соответствующей рабочей зоны осуществляется: при приемке-сдаче смены; во время периодических обходов оборудования; при допуске к проведению ремонтных работ; в случае закрытия наряда-допуска на проведение ремонтных работ; 340

после монтажа; при нахождении насоса в резерве. При наличии замечаний принимаются меры к их устранению методами, регламентированными соответствующими инструкциями. 11.5.4. Насос в режиме АВР Оперативный контроль насоса, находящегося в режиме АВР, осуществляется при: приемке-сдаче смены; периодических обходах оборудования в течение смены; снятии и постановке насоса на АВР. Контроль осуществляется на предмет правильности вывода насоса в режим АВР по тепловой части и по электрической части. Контроль правильности вывода насоса в режим АВР по тепловой части включает в себя следующее: проверяется наличие записи в оперативной документации о постановке насоса на АВР; проверяется визуально по месту открытие напорной и всасывающей задвижек; проверяется отсутствие обратного вращения вала насоса; проверяется визуально по месту открытие вентиля рециркуляции; проверяется кратковременным открытием воздушника отсутствие воздуха в гидравлической части насоса; проверяются работа и состояние технологических схем обвязки насоса по приборам контроля, визуальным осмотром или контрольным открытием (закрытием) соответствующей запорной арматуры. проверяется исправность приборов контроля; проверяется соответствие карте уставок и блокировок выставленных уставок срабатывания сигнализации и АВР насоса; проверяется прогрев корпуса насоса (при необходимости, увеличивается расход воды по линии прогрева); проверяется отсутствие свищей, течей, парений как в собственно насосе, так и в элементах его обвязки; проверяется чистота насосного агрегата и соответствующей рабочей зоны. 341

Проверка правильности вывода насоса в режим АВР по электрической части включает в себя: контроль наличия электропитания местного щита управления насосной группой; контроль отсутствия светящихся сигнальных и аварийных табло на МЩУ или БЩУ насосной группой; контроль сборки электросхем: ƒ двигателя насоса, ƒ всасывающей и напорной задвижек, ƒ вентиля рециркуляции; Сигнальные табло «гасятся» (при нормальном режиме работы технологических схем обвязки насоса) путем поднятия блинкеров персоналом технологического цеха или персоналом цеха ТАИ. Контроль сборки электросхем двигателя и приводов арматуры осуществляется по «горению» соответствующих контрольных ламп включения электродвигателя и запорной арматуры. 11.5.5. Насос, включенный по АВР

Включение насоса по АВР всегда сопровождают включение звуковой сигнализации и загорание соответствующего табло. В случае включения насоса по АВР оперативный персонал обязан: проконтролировать работу включенного по АВР насоса по приборам контроля (давление, расход, сила тока); определиться с причиной срабатывания АВР насоса по средствам сигнализации (световые табло, блинкеры); сквитировать (т.е. повернуть в сторону отключения) ключ аварийно остановленного насоса и проконтролировать его отключение по соответствующим приборам контроля (давление, расход, сила тока). Операция выполняется в случае работы АВР по отключению работающего насоса; проконтролировать работу всей насосной группы по приборам контроля (давление, расход, сила тока); восстановить работу в соответствии с заданным режимом, воздействуя, при необходимости, на соответствующую запорную арматуру. 342

В случае работы АВР по отключению работающего насоса, необходимо проконтролировать состояние аварийно остановленного насоса, для чего: проконтролировать плотность обратного клапана на аварийно остановленном насосе; закрыть напорную задвижку на аварийно остановленном насосе; выполнить всю последовательность операций, соответствующих контролю насоса в резерве. Поставить ключи блокировок АВР насосов в положение, соответствующее новому количественному составу и режиму работы насосов. Доложить вышестоящему лицу оперативного персонала о срабатывании АВР насосов, причине срабатывания АВР, новом режиме работы насосной группы. 11.6. Характерные неисправности

На АЭС принята планово-предупредительная система ремонта основного и вспомогательного оборудования. Существуют сроки межремонтного периода основного и вспомогательного оборудования, утвержденные главным инженером станции. На основании регламентируемых сроков межремонтного периода оборудования составляются соответствующие графики ремонтов. Различают графики ремонтов: перспективные (например, на 3−5 лет); годовые; ежемесячные. В соответствии с разработанными и утвержденными главным инженером станции графиками ремонтов, подаются соответствующие заявки на вывод того или иного оборудования в ремонт. Далее, на основании оформленного наряда-допуска, осуществляется ремонт оборудования. При правильно выбранном и осуществленном межремонтном периоде, а также высоком уровне эксплуатации, выход из строя оборудования АЭС, в том числе и насосного, практически исключён.

343

Для равномерного вырабатывания ресурса работы резервного оборудования составляются и утверждаются главным инженером станции графики работы оборудования. Оперативный персонал обязан включать оборудование в работу согласно графика работы оборудования. В межремонтный период работы насосов возникают так называемые текущие дефекты, обусловленные меньшим ресурсом работы некоторых элементов как насоса, так и технологических схем обвязки насосного агрегата. Таким образом, к основным неисправностям, возникающим при эксплуатации насосов в межремонтный период, можно отнести: увеличенный расход рабочей жидкости через сальниковые уплотнения вала насоса; повышенную вибрацию насоса, связанную с расцентровкой двигателя с насосом по причине ослабления крепления как насоса, так и двигателя; нагрев подшипниковых узлов по причине отсутствия, обводнения или старения масла; ослабление различных элементов насоса (защитные кожухи, подшипниковые узлы, крепеж и т.п.); появление свищей, течей, парений; неисправности запорной арматуры или её привода; неисправность обратного клапана; неисправности приборов КИП; неисправности элементов технологических схем обвязки насосного агрегата (забивание сливных воронок, змеевиков охлаждения, дефекты запорной арматуры, свищи и т.п.). Дефекты, обнаруженные при эксплуатации насосов в межремонтный период, записываются в журнал дефектов. Содержание журнала дефектов контролируется администрацией цеха, и ею же организуется их устранение. Запрещается эксплуатация оборудования с дефектами, угрожающими сохранению целостности оборудования или жизни людей. При невозможности эксплуатации оборудования, связанной с наличием дефектов, осуществляют переход на резервное оборудование или организуют останов основного оборудования. 344

11.7. Правила ТБ и ПБ при эксплуатации насосов

Правила техники безопасности при обслуживании насосов регламентируются инструкциями: должностными; производственными, а также ПТБ при эксплуатации тепломеханического оборудования электростанций и тепловых сетей. Необходимый объём знаний по ПТБ и ППБ, а также перечень соответствующей нормативно-технической документации определены соответствующими пунктами должностной инструкции для каждой занимаемой должности.

345

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. М.: Высшая школа, 1978. 2. Митенков Ф.М., Новицкий Э.Г., Будов В.М. Главные циркуляционные насосы АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1984. 3. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. М.: Машгиз, 1960. 4. Будов В.М., Фарафонов В.А. Конструирование основного оборудования АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1985. 5. Будов В.М. Насосы АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1986. 6. Чебаевский В.Ф. Кавитация высокооборотных лопастных насосов. М.: Машиностроение, 1982. 7. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Конструкция и расчет центробежных насосов высокого давления. М.: Машиностроение, 1971. 8. Робожев А.В. Насосы для атомных электрических станций. М.: Энергия, 1978.

346

Алексей Сергеевич Шелегов Сергей Терентьевич Лескин Виктор Иванович Слободчук

НАСОСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ АЭС Учебное пособие

Редактор Е.Г. Станкевич Оригинал-макет подготовлен С.В. Тялиной Подписано в печать 15.12.2010. Формат 60×84 1/16 Печ.л. 21,75. Изд. № 2/4/95. Тираж 100 экз. Заказ № 38

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». 115409, Москва, Каширское шоссе, 31. Типография ООО «Полиграфический комплекс «Курчатовский». 144000, Московская область, г. Электросталь, ул. Красная, д. 42 347

348