Главный Циркуляционный Насос реактора РБМК-1000.
Главные циркуляционные насосы (ГЦН) предназначены для поддержания надежной устойчивой циркуляции
теплоносителя через реактор и основное теплообменное оборудование ЯЭУ, что является необходимым условием надежного
теплоотвода из активной зоны реактора, транспортирования тепла в теплообменное оборудование и дальнейшего его использование
в соответствии с технологической схемой.
На АЭС с реакторами РБМК используется вертикальный центробежный с уплотнением вала насос (см. общий вид насоса) с приводом от
асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Насос и электродвигатель соединены эластичной муфтой. По условиям
компоновки ГЦН объединены в группы по четыре (три работающих, один резервный). Для увеличения времени выбега на валу
электродвигателя установлен маховик. Насос допускает нормальную работу при изменении температуры воды на всасывании от 20
до 284 град С. и и избыточном подпоре не менее 23 м вод.ст.
На рисунке 1 приведена типовая структурная схема ГЦН в виде комплекса, который включает следующие присутствующие практически во всех конструкциях типовые узлы:
 |
Рисунок 1. Типовая
структурная схема ГЦН: 1 - проточная часть; 2 - нижний радиальный подшипник; 3 - холдильник уплотнения вала; 4 - блок уплотнения вала; 5 - радиально - осевой подшипник; 6 - соединительная муфта; 7 - электродвигатель; 8 - система смазки; 9 - система герметизаци; 10 - система питания; 11 - система питания радиального подшипника. (обратно к содержанию) |
Конструкция насосного агрегата
Насос состоит из корпуса и выемной части. Для обеспечения герметичности выемная часть уплотнятся медной прокладкой (поз.43 рисунок 10) трапецеидального сечения. Корпус насоса сварной конструкции из теплоустойчивой стали марки 48ТС защищен изнутри нержавеющей наплавкой. К нему приварены опорные лапы, которыми он опирается на фундаментную раму. Выемная часть состоит из крышки с горловиной (поз.37 рисунок 7), сваренной из поковок стали 48ТС, в которой расположены ГСП и торцевое уплотнение вала, верхнего радиально-осевого подшипника, вала насоса, рабочего колеса (поз.40 рисунок 9), направляющего аппарата (поз.39 рисунок 9) и станины (поз.46 рисунки 7 и 10). Вал насоса – цельнокованый из стали 20Х13. Рабочее колесо (ns=102) закрытого типа с лопатками двойной кривизны сварено из двух частей: диска с лопатками и диска покрывного. Колесо и направляющий аппарат выполнены из нержавеющей стали 10Х18Н9ТЛ. Направляющий аппарат совместно с покрывным диском (поз. 41 рисунок 9) и промежуточной плитой (поз.47 рисунок 9) крепится к крышке при помощи шпилек. Промежуточная плита центрируется шпонками, которые допускают тепловые расширения промежуточной плиты без нарушения соосности деталей проточной части относительно крышки. Внутренние поверхности крышки с горловиной защищены нержавеющей наплавкой. На станине (поз.46 рисунки 7 и 10) крепится радиально-осевой подшипник, а также подставка двигателя. Конструкция ГЦН допускает агрегатный ремонт или полную замену выемной части. Размещение ГЦН в специальном помещении дает возможность обслуживать главный разъем и всю механическую часть насоса. Крепление насоса выполнено таким образом, что подводящий и напорный патрубки расположены ниже перекрытия. ГЦН опирается на фундаментную раму и крепится к ней при помощи нажимного кольца. Центрирование насоса относительно фундаментной рамы и последней относительно проема в перекрытии осуществляется с помощью шпонок. Для выверки вертикальности насоса предусмотрены клин-диски и технологические домкраты. Для обеспечения нормального температурного режима деталей насоса и его крепления, а также для удобства обслуживания в области нажимного фланца главного разъема насоса предусмотрена тепловая защита. В кольцевом зазоре между листом облицовки проема перекрытия и наружной цилиндрической поверхностью корпуса имеется уплотнение, выполненное из стального листа торообразной формы и рассчитанное на перепад давления 0.4 МПа. Этим предотвращается проникновение рабочей среды в обслуживаемое помещение насосной в случае разрыва трубопроводов КМПЦ.(обратно к содержанию)
 |
Рисунок 2. Общий вид
насоса с картой подробных рисунков. (обратно к содержанию)
|
Конструкция основных узлов насосного агрегата.
Гидродинамический двухсторонний осевой подшипник с выравнивающим устройством рессорного типа насосов реактора РБМК.
Диск пяты (поз.12 рисунок 3) вместе с валом насоса опирается на подпятник, состоящий из восьми колодок (поз.16 рисунок
3),
воспринимающих осевую нагрузку, направленную вниз. Для лучшего теплоотвода колодки выполнены из оловянистой бронзы Бр.010Ф1.
Рабочие поверхности колодок наплавлены баббитом Б-83 толщиной 3 мм с шероховатостью поверхности Ra 0.32. Каждая колодка имеет
опорное ребро, параллельное выходной кромке колодки со смещением относительно оси симметрии на 9%. Колодка (поз.16 рисунок
3)
устанавливается на пакет рессор (поз.17 рисунок
3) из стали 60С2А с твердостью поверхности HRC 40..48. Напряжение изгиба под
нагрузкой 196 кН составляет 50 МПа при прогибе пакета рессор 0.49 мм. Максимальный зазор между нижней пластиной рессоры и
фундаментом (поз.19 рисунок 3) подпятника равен 0.7 мм. При нагрузках более 295 кН рессоры ложатся на жесткий фундамент и
подпятник работает как неподрессоренный подпятник Митчеля. Пята изготовляется из стали 40ХН с твердостью закалки КТ60.
Толщина диска пяты 100 мм, расчетный прогиб диска на ширине колодок 125 мм под нагрузкой 196 кН составляет 12.5 мкм.
Диск пяты после шлифовки притирается по плите первого класса и после окончательной доводки имеет заданную шероховатость
поверхности.
Поскольку на вал ГЦН могут действовать значительные выталкивающие силы, осевой подшипник выполнен двухсторонним с
соответствующим набором колодок (поз.13 рисунок
3), фундамента (поз.14 рисунок 3) и комплекта рессор (поз.15 рисунок
3)
для восприятия нагрузки, направленной вверх. Система смазки пяты – циркуляционная с фильтрацией и охлаждением масла.
Осевой подшипник насоса реактора РБМК выдерживает пуски и остановки при удельном давлении 2.94 МПа и номинальной частоте
вращения и работает при удельном давлении до 4.9 МПа. При усилии 519.4 кН максимальная температура в слое баббита равна
приблизительно 110 град С, колебания давления в масляном клине составляют 2-3% среднего давления, а неравномерность нагрузки
отдельных колодок не превышает 15%. Конструкция радиального подшипника представляет собой цельновтулочный гидродинамический
подшипник. Он имеет сменную втулку (поз.18 рисунок
3), залитую баббитом Б-83. Ответной деталью является напрессованная на вал
насоса втулка (поз.20 рисунок 3) из углеродистой стали с цементированной рабочей поверхностью. Смазка и охлаждение
подшипника осуществляется принудительной циркуляцией масла под давлением.(обратно к содержанию)
Рисунок 3.Гидродинамический двухсторонний осевой подшипник с выравнивающим устройством рессорного типа
ГЦН реактора РБМК-1000.(обратно к содержанию)
Гидростатический радиальный подшипник.
Принцип работы ГСП.
Рисунок 4. Схема работы гидростатического подшипника: 1 - дроссель; 2 - рабочая камера; 3 - коллектор; 4 - подвод
жидкости; 5 - вал; 6 - корпус.
Коллектор 3 соединен отверстием 4 со стороной высокого давления, а по торцам А и Б – со стороной низкого давления источника
питания подшипника жидкостью. Под действием этой разности давлений вода через дроссели 1 поступает в камеры 2, а из них по зазору между валом 5 и корпусом подшипника вытекает из камер в полость низкого давления. Давление в камере определится следующим выражением:
Р=Рк-dРд
где: Рк –давление в коллекторе;
dРд – потери давления при протекании жидкости через дроссель.
Так как все камеры соединены с общим коллектором, то в случае одинаковых дросселей у всех камер и концентричного расположения
вала (эксцентриситет е=0) в подшипнике расходы жидкости через камеры, потери в дросселях и, следовательно давления в камерах
будут одинаковы. Если сместить вал по направлению к какой-нибудь камере (т.е. е отличается от 0), то сопротивление
гидравлического тракта через камеру (от коллектора до слива) увеличится. Расход жидкости через эту камеру уменьшится,
а давление в ней возрастет вследствие снижения потерь в дросселе. Одновременно в диаметрально противоположной камере давление
упадет. Таким образом, при смещении вала от концентричного положения создается разность давлений в камерах,
образующая восстанавливающую силу, действующую на вал в направлении, противоположном его смещения. При определении
эксцентриситета е, величину которого задают при расчете исходя из условий работы ГСП, можно добиться того, что вал будет
удерживаться в подшипнике во взвешенном состоянии. Подшипник, выполненный по этой схеме, называется камерным ГСП с
постоянными дросселями на входе и отводом жидкости через торцы подшипника. Он отличается сравнительной простотой конструкции
и применяется, в частности, в качестве нижнего радиального подшипника в насосах РБМК
(рисунок 5).(обратно к содержанию)
 |
Рисунок 5.Схема
камерного подшипника ГЦН РБМК-1000. 1 - корпус; 2 - дроссель; 3 - рабочая камера; 4 - сливное отверстие; 5 - шпонка. (обратно к содержанию) |
Корпус подшипника 1 выполнен из стали 20Х13. На его внутренней поверхности равномерно по всей окружности расположены
двенадцать несущих камер 3. Вода в несущую камеру поступает через дроссель 2 с диаметром отверстия 7 мм. Расход через ГСП в
номинальном режиме составляет 50-55 м3/ч. На шейку вала насоса напрессовывается втулка, изготовленная также из стали 20Х13.
Чтобы зафиксировать положение подшипника в горловине насоса при резких изменениях температуры, корпус подшипника центрируется
четырьмя шпонками 5. Слив воды из ГСП на всасывание рабочего колеса осуществляется по отверстиям 4.
Позднее ГСП насоса РБМК был усовершенствован (смотри
рисунок 6). Со стороны фланца корпуса подшипника в специальной выточке
был помещен вкладыш (поз.34 рисунок 6) из силицированного графита, предназначенный для предохранения рабочей поверхности ГСП
от оплавления
и схватывания при пусках и непредвиденном прекращении питания. Зазор в ГСП в зоне вкладыша на 0.1 мм меньше, чем зазор в рабочей
части подшипника. В целях обеспечения постоянного радиального зазора при изменении рабочей температуры вкладыш выполнен из
шести отдельных сегментов, поджатых в осевом и радиальном направлениях коническими кольцами (поз.33
рисунок 6) с упругим элементом
(поз.36 рисунок 6). Чтобы предохранить графитовые сегменты от размыва, слив из ГСП организован на всасывание рабочего колеса
по сверлению
(поз.32 рисунок 6). В паре с вкладышем работает втулка (поз.34 рисунок 6) из стали 20Х13 с плазменной наплавкой рабочей
поверхности высокотвердым материалом.(обратно к содержанию)
 |
Рисунок 6.Радиальный гидродинамический подшипник ГЦН РБМК-1000. (обратно к содержанию) |
Торцевое уплотнение.
При конструировании уплотнения для ГЦН реактора РБМК было принято двойное торцевое уплотнение (смотри рисунок 7).
В насос и наружу давление срабатывается на одной ступени, каждая из которых способна работать при перепаде от 0 до 10 МПа.
Запирающая вода при давлении 9 МПа подается в полость (поз.24 рисунок
7). Часть ее через нижнюю (контурную) ступень проходит в насос,
а другая часть через верхнюю (атмосферную) сливается в специальную емкость. Контактные кольца (поз.29 рисунок
7) и (поз.30 рисунок 7), образующие
уплотняющий стык, выполнены из силицированного графита. Для обеспечения требуемого температурного режима в корпус
уплотнения встроены два теплообменника (поз.25 рисунок
7, поз.28 рисунок 7). Один из них отводит тепло, идущее от основного контура по валу насоса,
а второй – возникающее в трущихся элементах уплотнения. Конструкция уплотнения выполнена таким образом, что при прекращении
подачи уплотняющей воды оно автоматически переходит в режим работы на контурной воде. Мощности встроенных холодильников в
этом случае достаточно для поддержания температуры уплотнения в заданных пределах, поэтому время работы ГЦН в таком режиме
неограниченно. Уплотнение собирается в корпусе (поз.31 рисунок
7), и монтаж его в ГЦН осуществляется единым блоком, что дает возможность
оперативно проводить замену или ремонт уплотнения. Кроме того, блок отдельно можно испытывать на стенде, чтобы убедиться в его
исправности.
(обратно к содержанию)
Рисунок 7. Торцевое уплотнение ГЦН РБМК-1000.
(обратно к содержанию)
Антиреверсное устройство.
Для исключения обратного вращения вала модернизированного ГЦН при несрабатывании (зависании) в КМПЦ обратного клапана,
установленного в контуре, предусмотрено антиреверсное (стопорное) устройство. Необходимость введения антиреверсного устройства
вызвана следующим:
Рисунок 9. Бак и колесо ГЦН РБМК-1000.
(обратно к содержанию)
Рисунок 10. Крепление насоса ГЦН РБМК-1000.
(обратно к содержанию)
Муфта.
Для передачи крутящего момента от электродвигателя к насосу используется эластичная муфта с резиновыми вкладышами или зубчатая
муфта с торсионом (смотри рисунок 11). Зубчатое кольцо 1 устанавливается на вал насоса 9 и соединяется с ним при помощи шпонки.
Втулка 6 входит в шлицы торсиона 8, второй конец которого закреплен внутри ротора электродвигателя. Обойма 4,
имеющая на внутренней поверхности зубья входит в зацепление с зубьями кольца и крепится к втулке болтами 3.
Таким образом, передача крутящего момента осуществляется через гибкую связь – торсион и далее через зубья обоймы и кольца.
В целях облегчения условий работы зубчатого соединения полость 5 муфты заполняется смазкой. Для предотвращения вытекания
смазки в нижней части муфты установлено уплотнение 2. Кольцо зубчатое и обойма выполнены из стали 38Х2МЮА,
а втулка – из стали 40Х. Материал торсиона – сталь ОХН3М.
(обратно к содержанию)
 |
Рисунок 11.Муфта соединительная ГЦН РБМК-1000. 1 - зубчатое кольцо; 2 - уплотнение манжетное; 3 - болт; 4 - обойма; 5 - полость заполненая маслом; 6 - втулка; 7 - ротор двигателя; 8 - торсион; 9 - вал насоса. (обратно к содержанию) |
| Тип насоса |
Центробежный |
| Число насосов |
8 |
| Подача, м3/ч |
8000 |
| Напор, м |
200 |
| Частота вращения, об/мин |
1000 |
| Давление на входе в насос, МПа |
7,2 |
| Температура на входе в насос, град С |
270 |
| КПД насосного агрегата,% |
80 |
| Мощность насосного агрегата, кВт |
4300 |
| Контролируемые утечки, м3/ч |
8 |
| Подводимое напряжение, В |
6000 |
| Масса агрегата, т |
107 |
 |
Фотография
1. Электродвигатели ГЦН. (обратно к содержанию) |
