Конструкции основных насосов АЭС
Основные узлы и классификация центробежных насосов АЭС
Насосные агрегаты, обеспечивающие нормальный пуск, длительную эксплуатацию, плановый и аварийный останов энергоблока, принято называть основными насосами АЭС. К конструкциям этих насосов предъявляется ряд дополнительных требований: обеспечивать надежность и долговечность при заданных энергетических и кавитационных характеристиках,
обеспечивать полную герметичность неподвижных стыков и минимальные протечки через уплотнения вала,
сохранять удовлетворительное вибрационное состояние при всех режимах работы;
обеспечивать свободное температурное расширение отдельных узлов и деталей без нарушения их взаимной центровки;
обладать минимальным количеством деталей при обеспечении их быстрой замены, т. е. обладать высокой ремонтопригодностью;
быть удобными в монтаже, демонтаже и обслуживании;
обеспечивать периодический контроль качества металла корпусных деталей в процессе эксплуатации;
материалы проточной части должны быть стойкими в радиоактивных жидкостях и допускать дезактивацию щелочными и кислотными растворами;
обеспечивать высокую степень автоматизации и дистанционного управления;
обеспечивать безопасную эксплуатацию при всех режимах работы.
Ниже рассматриваются конструкции и назначение основных насосов для отечественных одно- и двухконтурных АЭС с реакторами типа РБМК и ВВЭР.
Насос предназначен для преобразования механической энергии привода в энергию перекачиваемой жидкости. Насос и приводной двигатель, соединенные между собой муфтой, представляют собой насосный агрегат. В отдельных насосных агрегатах между насосом и приводным двигателем устанавливается гидравлическая муфта с мультипликатором, обеспечивающая плавное регулирование частоты вращения вала насоса, или редуктор для понижения частоты вращения.
Некоторые типы насосных агрегатов комплектуются индивидуальной маслоустановкой, обратным клапаном, устанавливаемым на напорном патрубке, защитной сеткой на входе в насос, системами рециркуляции, контроля и автоматического управления. Система рециркуляции предназначена для обеспечения длительной работы насоса при закрытой задвижке на напорной линии насоса; она состоит из дросселирующего устройства, регулирующего вентиля с электроприводом и трубопроводов (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Конструктивное исполнение насосных агрегатов АЭС
Кроме того, в пределах фундаментной плиты насосы могут комплектоваться трубопроводами, теплообменниками и арматурой, объединенными в отдельные внешние специальные системы, обеспечивающие нормальную работу концевых уплотнений вала, упорно-опорных подшипников и разгрузочных устройств.
В каждой конструкции центробежных насосов можно выделить основные элементы, которые определяют экономичность и надежность их работы в системах АЭС: проточные части, разгрузочные устройства, концевые уплотнения и опоры ротора.
Проточные части насосов предназначены для преобразования механической энергии в энергию перекачиваемой жидкости таким образом, чтобы гидравлические потери, радиальные и осевые силы, подпор на входе в насос и пульсации давления были минимальными. В состав проточных частей входят подводы, рабочие колеса и отводящие устройства.
Подводы предназначены для создания перед рабочим колесом первой ступени равномерного и осесимметричного поля скоростей жидкости. Подводы выполняются в виде конфузорного осевого патрубка, изогнутого колена, кольцевой или полуспиральной камеры.
Рабочие колеса предназначены для увеличения энергии жидкости. Кроме того, рабочие колеса первой ступени, например, должны обладать высокой всасывающей способностью. Рабочие колеса выполняются центробежными с односторонним или двусторонним входом, диагональными и осевыми.
Отводящие устройства преобразуют кинетическую энергию потока жидкости, выходящего из колеса, в потенциальную энергию давления. В многоступенчатых насосах отводящие устройства выполняют функции подводов к последующим рабочим колесам; в основном, именно они определяют конструкцию проточной части и насоса в целом. В качестве отводящих устройств применяются спиральные двухзавитковые улитки, направляющие (выправляющие) аппараты, запрессованные в секции, и составные отводы, включающие направляющие аппараты и кольцевые камеры различных форм.
Между неподвижными элементами и вращающимися рабочими колесами проточных частей устанавливаются передние и задние щелевые уплотнения, предназначенные для уменьшения внутренних перетоков.
Разгрузочные устройства предназначены для уравновешивания осевой силы. В многоступенчатых насосах с односторонним расположением рабочих колес осевое усилие уравновешивается с помощью гидравлической пяты или разгрузочного поршня.
Назначение концевых уплотнений — уменьшение внешних протечек по валу насоса. В насосах АЭС применяются сальниковые, щелевые, плавающие, торцовые механические и гидростатические уплотнения. Выбор типа уплотнения определяется условиями работы насоса в системах АЭС.
Опоры ротора воспринимают радиальные и осевые силы. В насосах АЭС применяются радиальные подшипники скольжения, смазывающиеся маслом или водой, и радиальные подшипники качения. Упорные подшипники, воспринимающие осевые силы,
выполняются в виде сегментных гидродинамических подшипников скольжения или упорных шарикоподшипников.
По назначению центробежные насосы АЭС с водным теплоносителем можно разделить на несколько групп, первого и второго контуров, продувки-подпитки и расхолаживания, систем аварийного охлаждения и локализации аварий, водоснабжения, маслообеспечения и насосы общестанционных установок и цехов.
В зависимости от конструкции насосы АЭС можно разделить на два класса. Первый класс — специальные насосы первого и второго контуров и их основных систем, на которые распространяются «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования атомных электростанций, опытных и исследовательских реакторов и установок» [1]. Ко второму классу относится насосное оборудование общепромышленного исполнения. Принадлежность насосов к тому или иному классу определяется генеральным проектировщиком АЭС при выдаче задания на проектирование насосов.
Классификация насосов по назначению приведена в табл. 2.1; классификация насосов по конструктивным признакам — в табл. 2.2.