Главные циркуляционные насосы
Главные циркуляционные насосы предназначены для отвода тепла от активной зоны реактора и передачи его воде второго контура в барабанах-сепараторах (одноконтурные АЭС с реактором РБМК) и в парогенераторах (двухконтурные АЭС с реакторами ВВЭР). В качестве ГЦН на АЭС с водным теплоносителем применяются насосы с уплотнением вала и выносным электродвигателем. На рис. 2.2 представлена конструкция главного циркуляционного насосного агрегата вертикального исполнения для двухконтурной АЭС с реакторами типа ВВЭР [2, 3]. Электродвигатель 4 расположен над насосом 1 на цилиндрической раме 2. Роторы насоса и электродвигателя соединены зубчатой муфтой 3. Агрегат комплектуется внешней системой подачи воды на нижний опорный подшипник и на уплотнение вала насоса, а также индивидуальной маслоустановкой для опорно-упорных подшипников роторов насоса и электродвигателя.
Насос консольный, одноступенчатый (рис. 2.3). Проточная часть состоит из подвода, выполненного в виде 90°-ного колена (на рисунке не показан) и прямолинейного участка 1, рабочего колеса 2 одностороннего входа, консольно расположенного на валу 5, и направляющего аппарата 3, состоящего из нескольких частей и крепящегося к сферическому корпусу 4 насоса.
Рис. 2.2. Главный циркуляционный насосный агрегат двухконтурной АЭС с реактором ВВЭР-1000
Рис. 2.3. ГЦН двухконтурной АЭС с реактором ВВЭР-1000
В верхней части корпуса устанавливается крышка 6, в которой размещается система уплотнения 7 вала и нижний опорный подшипник 10. Система уплотнения вала 7 насоса состоит из нескольких ступеней механических торцовых уплотнений, к которым от внешней системы подается чистая холодная запирающая вода с давлением, превышающим давление теплоносителя первого контура.
Опоры ротора насоса — подшипники скольжения. Нижний опорный гидродинамический подшипник 10 работает на холодном теплоносителе. Верхний опорно-упорный гидродинамический подшипник 8 работает на масле от индивидуальной маслоустановки.
Между опорно-упорным подшипником и системой уплотнения вала расположена жесткая соединительная муфта 9 с проставкой, позволяющей производить замену узла уплотнения без демонтажа электродвигателя. Насос лапами 11 опирается на фундамент через подвижные шаровые опоры, обеспечивающие перемещение насоса при температурных изменениях размеров трубопроводов в процессе разогрева и расхолаживания.
В качестве ГЦН одноконтурных АЭС с реакторами типа РБМК-1000 и РБМК-1500 используются вертикальные насосы ЦВН-8 (рис. 2.4). Электродвигатель 4 насоса 1 крепится на цилиндрической раме 3. Роторы электродвигателя и насоса соединены эластичной муфтой 2 [3]. Насос ЦВН-8 комплектуется внешними системами разгрузки ротора насоса от осевых сил, питания гидростатического подшипника насоса и уплотнения вала, а также индивидуальной маслоустановкой для опорно-упорных подшипников роторов насоса и электродвигателя.
Насос консольный, одноступенчатый (рис. 2.5). Проточная часть насоса состоит из прямолинейного конфузорного подвода 1, центробежного рабочего колеса 4 с односторонним входом, направляющего аппарата 3, крепящегося к крышке 5, и корпуса 2 насоса с входным и напорным патрубками. Крышка насоса крепится к корпусу нажимным фланцем 7 и уплотняется прокладкой 6 трапецеидальной формы. В горловине 10 крышки располагается нижний гидростатический подшипник 8 вала 9 насоса, работающий на теплоносителе. Уплотнение 11 вала насоса — двойное торцовое механическое с подачей к нему запирающей чистой холодной воды с давлением, превышающим давление в контуре. Верхний опорно-упорный подшипник 12 ротора насоса работает на масле от индивидуальной маслоустановки. Опорный подшипник втулочного типа, а упорный — сегментный, типа «Кингсбери».
бетонном перекрытии выполняется таким образом, что корпус с напорным и входным патрубками расположен ниже перекрытия. Насос опирается на фундаментную раму 14 и крепится к ней нажимным кольцом 13.
Основные параметры ГЦН АЭС с водным теплоносителем приведены в табл. 2.3.
Источник
Насос цвн 8 описание
7.3. Главный циркуляционный насос
Важным элементом реакторного контура является главный циркуляционный насос (ГЦН). В системе мощной АЭС любого типа циркуляция теплоносителя в нормальной эксплуатации принудительная. Большая протяженность циркуляционного контура, составляющая, например, для каждой петли ВВЭР-1000 более 46 м, значительная скорость теплоносителя и стремление к компактности размещения оборудования приводят к значительным сопротивлениям, преодоление которых за счет естественной циркуляции возможно только при малой нагрузке — это и используется в аварийных ситуациях. ГЦН предназначен для работы при высоком давлении, но может работать и при низком — начиная с 2,0 МПа, что необходимо при пусковых операциях.
Основное требование, предъявлявшееся к ГЦН в начале развития атомной энергетики, сводилось к полному отсутствию протечек, что существенно усложняло и удорожало конструкцию насоса. Такие герметичные ГЦН по стоимости составляли заметную долю стоимости всей станции. Рабочее колесо, электродвигатель и вал были герметизированы в
общем корпусе, соединяемом с трубопроводами контура. Недостатком этих насосов являлся также их низкий КПД-60-65%. Для современных реакторных контуров такие насосы не используются, а применяются ГЦН с контролируемыми протечками среды, организованно возвращаемыми в контур. Для уменьшения таких протечек разработаны механические уплотнения вала насоса и относительно несложные вспомогательные контуры уплотняющей воды. Эти насосы вдвое дешевле герметичных в основном за счет перехода к выносному электродвигателю обычного исполнения. КПД таких насосов на 12 — 15 % больше герметичных. Так же как и для герметичных насосов использована одноступенчатая конструкция с одним рабочим колесом с консольным расположением его на вертикальном валу, обеспечивающим удобство обслуживания.
Циркуляционные насосы с механическим уплотнением вала (рис. 7.7) обеспечивают утечки ограниченные, относительно стабильные и контролируемые в эксплуатации. Гидравлическая часть насоса
Рис. 7.7. Установка циркуляционного насоса большой производительности с маховиком — ГЦН- 195 для АЭС с ВВЭР:
1 — вал электродвигателя; 2 — маховик; 3 — электродвигатель; 4 — соединительная муфта; 5 — радиально-упорный подшипник; 6 — узел уплотнения; 7 — корпус; 8 — опорные лапы
состоит из эллиптического корпуса, проточной части со всасывающим и нагнетательным патрубками, одностороннего рабочего колеса, консольно расположенного на валу ротора, направляющего аппарата и узлов уплотнения.
Насосный агрегат имеет следующие вспомогательные системы (рис. 7.8): масляную систему для подачи масла на смазку верхнего подшипника, состоящую из маслонасосов, маслоохладителей и фильтров; систему охлаждения элементов насосного агрегата и электродвигателя технической водой промежуточного контура; систему подпитки, предназначенную для запирания теплоносителя первого контура в зоне уплотнения вала насоса путем подачи в камеру уплотнения очищенного и дегазированного теплоносителя с давлением, превышающим давление в контуре. При этом часть уплотняющей воды через уплотнение поступает в контур, не допуская выхода наружу радиоактивной воды, а остальная часть сбрасывается в деаэратор подпитки контура для ВВЭР и в основной деаэратор для РБМК.
Рис. 7.8. Уплотнения циркуляционного насоса ГЦН-195:
1, 2 — отвод и подвод воды промконтура; 3 — отвод на дроссель; 4, 5 — сливы утечек воды и масла; 6, 7 — отвод и подвод масла; 8 — подвод запирающей воды
Для предотвращения нарушения целостности оболочек твэлов из-за перегрева необходима непрерывная циркуляция теплоносителя через активную зону не только при нормальном режиме, но и в аварийных ситуациях. Для продолжения циркуляции при временном обесточивании ГЦН с механическим уплотнением вала снабжают маховиком на валу электродвигателя насоса. При прекращении электропитания это обеспечивает продолжительность работы насоса до полного останова более одной минуты. На рис. 7.9 показано изменение подачи таких насосов
Рис. 7.9. Расход теплоносителя через ГЦН — 195 в зависимости от времени с момента прекращения электропитания
с момента прекращения электропитания. Из рисунка видно, что в течение 30 с циркуляция теплоносителя еще достаточна — расход по контуру ВВЭР уменьшается в 2,7 раза, после чего начинается переход на естественную циркуляцию.
Аналогичные ГЦН применяют и для РБМК. Основные данные для этих насосов приведены в табл. 7.3. Для ВВЭР и РБМК по-разному решается вопрос выбора числа ГЦН и их резервирования. Для ВВЭР каждый ГЦН обслуживает свою петлю. Большой диаметр соответствующего ГЦН каждой петли делает ненужным установку резервного ГЦН. В противоположность этому для РБМК ГЦН каждой половины реактора работают с общим всасывающим и общим напорным коллекторами (см. рис. 7.5). Это вынуждает предусматривать резервные ГЦН. Так, для РБМК устанавливают для каждой половины реактора по три работающих ГЦН и один резервный, все с одинаковой подачей, то есть всего для реактора — шесть работающих ГЦН и два резервных.
Таблица 7.3. Основные характеристики главных циркуляционных насосов для
ВВЭР (ГЦН-195) и РБМК-1000 (ЦВН-8)
| Основные характеристики | ГЦН-195 | ЦВН-8 |
| Подача, м 3 /ч | 20000 | 8000 |
| Рабочая температура, ℃ | 300 | 290 |
| Давление на всасе, МПа | 15,6 | 7,0 |
| Напор, МПа | 0,675 ±0,0025 | 1,56 |
| Частота вращения, с -1 | 16,7 | 16,7 |
| Потребляемая мощность, МВт | 5,3 | 4,5 |
| Допускаемые протечки, м 3 /ч | 0,3-3,0 | 0,1-0,5 |
| Масса с электродвигателем, т | 118 | 106 |
| Размеры в плане, мм | 4700-5000 | 3070-2750 |
| Высота, мм | 1150 | 9850 |
Эксплуатация АЭС с ВВЭР-440 возможна не только при шести работающих ГЦН, но и при пяти, четырех и даже трех ГЦН с соответствующим снижением мощности. Работа менее чем с тремя ГЦН не допускается.
Источник
Насос цвн 8 описание
Назначенный ресурс до капитального ремонта, ч
Срок службы, лет
Погружные и полупогружные насосы для АЭС
Перекачивание сильнозагрязненных жидкостей, а также агрессивных и коррозионных сред;
Конструкция узлов уплотнения вала и кабеля обеспечивает надежную герметизацию двигателя;
Материалы основных частей, соприкасающихся с перекачиваемой средой — коррозионностойкая сталь аустенитного класса
Электронасосы ЦПН 2/25, ЦПН 25/20, ГЭН 16/30 (слева направо)
Глубина погружения, м
Мощность электронасоса, кВт
Масса электронасоса, кг, не более
Срок службы, лет
Насосы систем безопасности для РУ ВВЭР-1000
АЦНСБ 150-90Г — предназначен для подачи питательной воды в парогенераторы в режиме пуска и останова, а также при обесточивании блока АЭС с реактором ВВЭР- 1000. Класс безопасности 3.
АЦНСБ 150-90 — предназначен для подачи обессоленной воды в парогенераторы в режимах нарушения нормальных условий эксплуатации энергоблока и аварийных режимах на АЭС с реактором ВВЭР-1000. Класс безопасности 2.
АЦНСБ 150-110 — предназначен для подачи раствора борной кислоты из бака аварийного запаса в первый контур АЭС с реактором ВВЭР-1000 при аварийных режимах, связанных с расхолаживанием первого контура. Класс безопасности 2.
ЦНР800-230Т — предназначен для подачи раствора борной кислоты в первый контур АЭС с реактором ВВЭР-1000 с целью отвода тепла от активной зоны в режимах нормальной эксплуатации энергоблока, нарушения нормальных условий эксплуатации и аварийных режимах. Класс безопасности 2.
ЦНСА700-140Т — предназначен для обеспечения впрыска в воздушное пространство защитной оболочки раствора из бака запаса спринклерного раствора с целью снижения давления и температуры в объеме зоны локализации аварий и связывания радиоактивного йода, содержащегося в парах и воздухе гермообъема, при прохождении проектных аварийных режимов на АЭС с блоками ВВЭР-1000. Класс безопасности 2.
Источник
Насосы С11АЭ,11МТ,11ТС / 11-МТ / 2.Ксерокопии книг / 04.Насосное оборудование АС (постранично)
ника; у — удельный вес смазочной жидкости; р н —давление воды перед диафрагмой.
Отсюда суммарный расход через диафрагмы четырехкамерного гидростатического подшипника
-Pi + 2 л1Рн -Р2 + л/Рн
Очевидно, что для определения грузоподъемности подшипника и расхода смазки через него необходимо знать давление в его камерах р\, рг, Рг и Р А при заданном значении начального давления р н , подводимого к подшипнику.
Для определения давлений в камерах гидростатического подшипника необходимо составить уравнения баланса расхода смазочной воды через весь подшипник.
Из условия непрерывности потока следует, что количество жидкости, поступающей в камеру, равно количеству жидкости, вытекающей из нее в единицу времени.
После проведения необходимых преобразований уравнения расхода для всего четырехкамерного подшипника будут иметь следующий вид:
[(1 — s) 3 В + 2(1 — е0,707) 3 с] —
е0,707) 3 С — /7 4 5 3 (1 — е0,707) 3 С;
= р 2 6 3 [j8 + (1 + е0,707) 3 С + (1 — в0,707) 3 с ] —
PlS 3 (1 — е0,707) 3 С — р 3 5 3 (1 — е0,707) 3 С;
В + 2(1 + е0,707) 3 с ] —
-Рг 5 3 (1 — е0,707) 3
= р 4 5 3 [5 + (1 + Е0,707) 3 С + (1 -Е0,707) 3 С]-
— р 3 S 3 (1 + е0,707) 3 С — /? t 5 3 (1 — Е0,707) 3 С;
(ц — динамический коэффициент вяз-
кости смазочной жидкости)
Для решения представленной системы нелинейных уравнений использован метод скорейшего спуска. Была составлена программа подсчета значений pi, p 2 , рг, Р\ при значениях относительного эксцентриситета, равного 0,25; 0,5; 0,75; 0,95 с реализацией на ЭВМ. В качестве примера результаты расчета приведены в приложении 2.
Зная значения давлений в камерах подшипников, можно определить грузоподъемность Fn расход воды для смазки и охлаждения О подшипника.
Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я
ГЛАВНЫЕ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ НАСОСЫ
4.1. Общие сведения
Главные циркуляционные насосы предназначены для циркуляции теплоносителя (воды) в первом контуре реакторных установок типа ВВЭР и в контуре многократной принудительной циркуляции АЭС с реакторами типа РБМК.
На современных АЭС с водоохлажцаемыми реакторами эксплуатируются следующие ГЦН: ЦВН-7 и ЦВН-8 ( для реакторов РБМК-1000), ГЦН-195 и ГЦН-195М (для реакторов ВВЭР-1000), ГЦЭН-310 и ГЦН-317 (для реакторов ВВЭР-440).
Условные обозначения насосов: ЦВН — центробежный вертикальный насос, ГЦН — главный циркуляционный насос, ГЦЭН — главный циркуляционный электронасос, цифры после букв порядковый номер разработки, М — модернизированный.
Насос ЦВН-8 является модернизированным насосом ЦВН-7.
За период развития ядерной энергетики конструкции ГЦН претерпели существенные изменения. На первых АЭС мощностью 100—440 МВт устанавливались бессальниковые герметичные насосы. Герметичный насос ГЦЭН-310 из-за низкого КПД (не более 60 %) и незначительного выбега в проектируемых АЭС не применяется, хотя обладает бесспорным преимуществом — отсутствием протечек радиоактивной среды.
Увеличение единичной мощности энергоблоков требовало предупреждения недопустимого развития ситуаций в реакторе. При обесточивании и некоторых других неисправностях необходимо обеспечить достаточный выбег насоса. Эта задача решалась за счет увеличения момента инерции ротора агрегата.
Одновременно решалась задача повышения экономичности эксплуатации насоса — повышения КПД насосного агрегата. Современные ГЦН имеют КПД, равный. 75—80 %.
В ГЦН в качестве привода используются асинхронные электродвигатели вертикального исполнения. Крутящий момент от электродвигателя к насосу передается при помощи соединительных муфт различных конструкций.
Требования к ГЦН обусловлены назначением и условием их эксплуатации (бесперебойный теплоотвод от реактора, высокая температура и повышенное давление рабочей жидкости и ее радиоактивность):
1) высокая надежность; ГЦН должен работать надежно и обеспечивать устойчивую работу при нормальной эксплуатации и в переходных режимах в течение длительного времени (не менее периода между планово-предупреди- тельными ремонтами);
2) обеспечение достаточного выбега (вращение после обесточения электродвигателя насоса), необходимого для охлаждения активной зоны при авариях с потерей электроснабжения собственных нужд;
3) надежная герметизация ГЦН во избежание утечки теплоносителя из первого контура;
4) обеспечение ремонта насосов с минимальным временем нахождения поблизости от них ремонтного персонала для демонтажа выемных частей ГЦН;
5) материалы проточной части ГЦН должны отвечать всем требованиям,
предъявляемым к материалам главного циркуляционного контура (ГЦК), т.е. не должны взаимодействовать с теплоносителем в рабочем диапазоне температур и давления, должны допускать дезактивацию щелочными и кислотными растворами, а также должны быть коррозионностойкими и устойчивыми к кавитации и эрозии при предельных скоростях движения теплоносителя в проточных частях.
Главный циркуляционный насос ЦВН-8 предназначен для создания принудительной циркуляции теплоносителя в контуре многократной прину-
циркуляции ( К М П Ц )
реакторных установок типа
Насосный агрегат (рис. 4.1) представляет собой одноступенчатый центробежный насос вертикального исполнения с асинхронным электродвигателем 13 типов ВДА-173/99-6-2АУ4 с охлаждением морской водой, ВДА-173/99-6-АУ4 с охлаждением пресной водой. Насосная установка состоит из корпуса насоса, выемной части, соединительной муфты, маховика, антиреверсивного устройства, электродвигателя и вспомогательных систем.
1 с внутренней стороны
передает нагрузку от действующих на
него сил через опорные лапы бака на фундаментную раму, которая
к железобетонному фундаменту. К
напорному и всасываю-
щему патрубкам приварены трубопроводы ГЦК.
Выемная часть насоса состоит
ки с горловиной
18, вала 21, рабочего
го аппарата 3 с покрывным диском, радиального гидростатического
шипника 20, радиалъно-осевого подшипника, узла уплотнения вала насоса 17. Крышка с горловиной сварной конструкции из стали 15Х2МФА, внутренние поверхности которых покрыты антикоррозионной наплавкой, крепится к баку шпильками 5.
Корпус 18 изготовлен из стали 25JI в виде обечайки с опорными фланцами. В корпусе имеются окна для прохода трубопроводов вспомогательных систем. На верхнем фланце корпуса установлены станина 9 электродвигателя и опора 7 радиально-осевого подшипника. Рабочее колесо центробежного типа с лопатками двойной кривизны закрытого исполнения состоит из двух частей — диска с лопатками и покрывного диска. Диаметр рабочего колеса — 1280 мм. Направляющий аппарат крепится вместе с покрывным диском и промежуточной плитой к крышке болтами.
подшипник (ГСП) с двенадцатью не-
сущими камерами крепится при помо-
щи фланца к крышке выемной части.
Со стороны фланца во втулке под-
шипника установлен вкладыш из си-
ченный для работы в режиме гидроди-
намического трения и служащий для
вала при прекращении подачи воды в
ГСП. Вода, очищенная мультигидро-
циклоном, подается в ГСП от напор-
ной стороны насоса.
ский подшипник опирается на корпус
выемной части. Радиальный подшип-
ник 8 втулочного типа изготовлен из уг-
леродистой стали с наплавкой баббитом
(Б-83). Осевой подшипник состоит из
пяты 75 с нижней и верхней полирован-
парами трения с самоустанавливающи-
бронзы БрОФ-Ю-1 с наплавкой бабби-
том Б-83. Смазка подшипников осуще-
ствляется турбинным маслом Т-22 или
Тп-22 от маслосистемы.
Узел уплотнения вала представля-
ет собой двойное торцевое уплотне-
ние, изготовленное из силицирован-
ного графита ПРОГ-2400С. Запираю-
Рис. 4.1. Насосный агрегат ЦВН-8
щая вода подается под давлением бо-
лее высоким, чем давление воды в
КМПЦ. Остальные детали узла уплот-
нения изготовлены из сталей 20X13 и 12Х18Н10Т. Требуемый температурный режим в корпусе уплотнения поддерживается двумя встроенными теплообменниками 6, соединенными параллельно по охлаждающей воде, а также термобарьером 19. Для охлаждения применяется химобессоленная и очищенная от механических примесей вода. Нижний теплообменник служит для отбора тепла, направленного от основного контура, а верхний обеспечивает отвод тепла от пар трения уплотнения. Запирающая вода подается от специальной системы питания уплотнения. При снижении давления в ней
уплотнение автоматически переходит в режим питания водой от основного контура.
Соединительная муфта 14 служит для передачи крутящего момента от вала электродвигателя к валу насоса. Насосный агрегат имеет муфты двух вариантов: эластичную 65БСП и соединительную 65ГСП. Эластичная муфта 65БСП состоит из двух полумуфт (верхней и нижней) с радиальными выступами, входящими в зацепление друг с другом через резиновые вкладыши. Полумуфты изготовлены из стали 25J1. Верхняя полумуфта крепится к нижней поверхности маховика, а нижняя соединена с валом насоса при помощи шпонок. Муфта 65ГСП состоит из зубчатого колеса, соединенного с валом насоса при помощи шпонки, обоймы с зубьями и втулки. Передача крутящего момента от вала электродвигателя к валу насоса происходит через гибкую связь — торсион и далее через зубья обоймы и колеса.
Зубчатое колесо и обойма изготовлены из стали 38Х2М10А, втулка — из стали 40Х, а торсион — из стали ОХНЗМ. Маховик 12 предназначен для увеличения выбега ротора насосного агрегата при аварийном отключении от электрической сети. Маховик представляет собой стальной диск диаметром 2000 мм и толщиной 195 мм, изготовленный из стали Ст25. По центру маховика расположена ступица для посадки его на вал электродвигателя. В углублениях нижней плоскости маховика установлены два храповика антиреверсивного устройства.
Антиреверсивное устройство служит для предотвращения обратного вращения ротора агрегата при обратном токе воды в КМПЦ. Устройство представляет собой механизм с зубчатым кольцом 10, установленным на станине электродвигателя, и храповиками 11, которые при пуске за счет центробежной силы выходят из зацепления с зубцами кольца. В момент вращения ротора агрегата в обратную сторону храповики входят в зацепление с зубцами кольца и остаются в этом положении, так как зубцы последнего имеют скос только в сторону нормального вращения ротора.
Вспомогательные системы насосной установки, состоящие из масляной системы, систем питания уплотнения вала, гидростатического подшипника, системы разгрузки от осевых сил, представлены на рис. 4.2.
Масляная система обеспечивает подачу турбинного масла в радиаль- но-осевой подшипник насоса и подшипники электродвигателя. Маслосистема представляет собой маслоблок, обслуживающий только один насосный агрегат, и состоит из циркуляционного бака объемом 0,9 м 3 (объем масла 0,85 м 3 ), фильтров грубой и тонкой очистки масла, винтовых насосов ЗВ-8/25-11/10Б-3 с подачей 11 м 3 /ч и давлением нагнетания 10 кгс/см 2 , холодильника масла и трубопроводов с запорной арматурой. Система питания уплотнения вала служит для подачи запирающей воды и предотвращает выход теплоносителя из КМПЦ. Система выполнена общей на все восемь насосных агрегатов (рис. 4.3) и состоит из насосов типа ХТр 4/100 (плунжерный, горизонтальный) с подачей 1—4 м 3 /ч и давлением нагнетания 100 кгс/см 2 , аккумули-
Источник
