Энергетические насосы

Энергетические насосы, непосредственно работающие в теп­ловой схеме ТЭС и АЭС, являются сложными и мощными агрега­тами.

Питательные насосыотносятся к основному энергетическому оборудованию ТЭС. В связи с этим конструкции таких насосов должны обеспечивать:

1) длительную надежную эксплуатацию (не менее 10 000 ч) без замены основных деталей и снижения параметров;

2) полную внешнюю герметичность и отсутствие перетоков в уплотнительных стыках;

3) свободное температурное расширение без нарушения цен­тровки и динамической устойчивости ротора во всем диапазоне работы;

4) свободное вращение ротора при частичном парообразовании в проточной части;

5) удобство сборки-разборки, эксплуатации и ремонта;

6) возможность отбора определенного количества воды от промежуточной ступени.

Питательные насосы должны иметь стабильную форму напор­ной характеристики с крутизной 15—20%.

В качестве привода наибольшее распространение получили асинхронные электродвигатели. При мощности более 8000 кВт обычно применяют турбинный привод.

По ГОСТ 7363-65 питательные электронасосы выпускают на парамерты: Q = 35÷ 720 м³/ч; р_к =56÷ 200 кгс/см²; п_синх =3000 об/мин; турбонасосы выпускают с параметрами Q=380÷ 1500 м³/ч; р_к=185÷ 350 кгс/см².

В питательных электронасосных агрегатах некоторых типов применяют гидромуфту и повышающий редуктор.

Насосы отечественного производства с давлением нагнетания менее 150 кгс/см² имеют обычную однокорпусную конструкцию секционного типа. При более высоких давлениях общепринятой является двухкорпусная конструкция. Конструк­тивное исполнение турбонасосов и электронасосов содержит много общих решений. Проточная часть всех питательных насосов вы­полнена из хромистой стали.

На рис. 67 приведена типовая конструкция двухкорпусного насоса ПЭ580-185/200. В кованом наружном корпусе из углеро­дистой стали с приварными патрубками, лапами и направляющими шпонками расположен узел внутреннего

корпуса с ротором. Со стороны входа корпус закрыт крышкой с приваренным к ней полуспиральным подводом. С другой стороны наружный корпус за­крыт крышкой нагнетания. Стыки с высоким давлением уплот­нены плоской металлической прокладкой.

Внутренний корпус состоит из секций, стыки которых уплот­няются под действием силы давления, развиваемого насосом. Для отбора жидкости от третьей ступени в теле первых трех секций выполнено по шесть сверлений, по которым вода поступает в ка­меру между наружным и внутренним корпусами. Из камеры по сверлению в наружном корпусе вода подводится к трубопроводу отбора.

Рабочие колеса посажены на вал по скользящей посадке второго класса точности. Рабочее колесо первой ступени имеет повышенную всасывающую способность, остальные колеса имеют одинаковую проточную часть. Осевое усилие ротора восприни­мается гидравлической пятой.

Концевые уплотнения насоса щелевого типа с промежуточным подводом и отводом конденсата. Опорами ротора являются под­шипники скольжения с принудительной смазкой. Со стороны свободного конца вала предусмотрен упор ротора с визуальным указателем осевого сдвига. В насосе имеется специальное устрой­ство для прогрева его в состоянии «горячего резерва».

Зарубежные насосостроительные фирмы выпускают однокорпусные питательные насосы для давлений нагнетания 200 кгс/см².

На рис. 68 показана конструкция высоконапорного насоса фирмы КСБ (ФРГ). Для уменьшения числа ступеней насоса повышают частоту вращения (п > 3000 об/мин). Основные детали насоса изготовлены из хромистой стали. Секции корпуса имеют наружные бандажи из углеродистой стали. Стыки секций уплотня­ются за счет металлического контакта. Однокорпусная конструк­ция дает возможность легко осуществить отбор жидкости от двух ступеней насоса. В насосе применено комбинированное разгру­зочное устройство, состоящее из двух барабанов. Торец второго барабана и подушка пяты образуют торцовую щель малой про­тяженности. Остаточное осевое усилие на нерасчетных режимах воспринимается упорным подшипником скольжения. Концевые уплотнения насоса торцового типа. Перед уплотнением установлен лабиринтный насос, который обеспечивает циркуляцию жидкости через холодильник. Опорами ротора служат подшипники сколь­жения с принудительной смазкой. Вкладыши посажены в корпусе по сферической расточке.

Для некоторых тепловых схем ТЭС при недопустимости вы­хода наружу перекачиваемой жидкости (питательные насосы АЭС) предпочтение отдается двухкорпусной конструкции насоса с раз­витыми концевыми уплотнениями (рис. 69). Насос фирмы Зульцер имеет следующие параметры: Q =1150 м³/ч; п = 8650 об/мин; Н = 1157 м; N = 4600 кВт, D₂ = 340 мм для первой ступени; Н= 766 м,

N = 3000 кВт, D₂ = 290 мм для второй ступени.

Конструктивными особенностями данного насоса является малое число ступеней, отсутствие сильно нагруженной напорной крышки, удобство сборки и разборки.

Ротор насоса имеет повышенную жесткость. Число ступеней выбрано по пределу прочности материала из условия обеспечения удельной быстроходности ступеней n_s = 100÷ 120. Осевое усилие уравновешивается разгрузочным барабаном. Остаточные неурав­новешенные усилия воспринимаются двусторонним упорным под­шипником скольжения. Насос соединен с приводом упругой муф­той с металлическим элементом.

Уплотнение стыка внутреннего корпуса между полостями вы­сокого и низкого давления осуществляется самоуплотняющимся пакетом асбестовых манжет, надежно работающем при перепаде давления 520 кгс/см² и температуре до 160° С. Со стороны низкого давления выполнено сильфонное уплотнение. Осевое усилие статора воспринимается разрезным упорным кольцом.

В качестве концевых применены лабиринтные щелевые уплот­нения. Ротор при неработающем насосе уплотняется сегментами, прижимающимися к втулке витыми пружинами. При частоте вра­щения 660 об/мин под действием центробежных сил эти уплотне­ния раскрываются, и начинает работать щелевое уплотнение. Для уменьшения утечек на втулках уплотнений и разгрузочном барабане выполнены кольцевые канавки.

Опорные подшипники скольжения максимально приближены к рабочим колесам для уменьшения пролета вала.

Надежность и долговечность работы мощных питательных насосов в некоторых случаях повышают даже за счет некоторого снижения экономичности.

1. Применяют высокооборотные питательные насосы с мини­мальным числом ступеней, обусловленным прочностью и коэффи­циентом быстроходности ступени n_s = 100÷ 120.

2. Для обеспечения работы насоса без механических повреж­дений в условиях «запаривания» выполняют ротор высокой жест­кости, в уплотнениях проточной части делают увеличенные за­зоры; уравновешивание осевого усилия осуществляется либо применением колес двустороннего входа, либо разгрузочным барабаном. Неуравновешенные и случайные осевые усилия воспринимаются двусторонним упорным подшипником сколь­жения.

3. Корпусам насосов придают, по возможности, простые фор­мы, обеспечивающие расчетное определение напряжений и пол­ную дефектоскопию. Конструкция корпуса допускает простую сборку и разборку насоса.

4. Для быстроизнашивающихся деталей и уплотняющих про­кладок применяют специальные материалы, обеспечивающие вы­сокую надежность и долговечность работы.

5. Заводы-изготовители выполняют жесткие требования к тех­нологии изготовления, сборке, испытанию и приемке питательных насосов.

Конденсатные насосыпо ГОСТ 6000-69 выпускают на пара­метры: Q = 5÷ 1600 м³/ч; Н = 20÷ 220 м. Дня получения приемлемых весовых и размерных характеристик насосов их проектируют на относительно высокую частоту вра­щения 1000—2950 об/мин, что требует применения рабочих орга­нов первой ступени с высокой всасывающей способностью, могу­щих работать в условиях начальной кавитации на входе. При этом применяют предвключенные осевые колеса или колеса дву­стороннего входа для первой ступени.

Конденсатные насосы обычно устанавливают на общей фун­даментной раме с приводным электродвигателем и соединяют с ним упругой пальцевой муфтой.

Малые конденсатные насосы представляют собой горизонталь­ные многоступенчатые насосы секционного или спирального типов. Отличительной особенностью является конструкция рабо­чих органов первой ступени и наличие постоянно действующего гидравлического затвора концевых уплотнений.

Из условия удобства компоновки и уменьшения занимаемой площади крупные насосы обычно имеют вертикальное исполнение (рис. 70).

Большинство отечественных конденсатных насосов вертикаль­ного исполнения имеют двухкорпусную «горшкообразную» кон­струкцию с одним внешним уплотнительным стыком. Внутренний корпус вынимается из наружного без демонтажа входного и вы­ходного трубопроводов, подсоединяемых к соответствующим па­трубкам наружного корпуса. Насос с односторонним расположе­нием рабочих колес. Рабочие колеса и отводы всех ступеней, кроме первой, имеют одинаковую проточную часть. Рабочее колесо первой ступени расположено в нижней точке насоса и имеет расширенную входную воронку, перед ним установлено предвключенное винтовое колесо.

Осевое усилие ротора уравновешивается разгрузочным бара­баном. Остаточное неуравновешенное осевое усилие восприни­мается сдвоенным радиально-упорным шарикоподшипником с жид­кой смазкой. В корпусе верхнего подшипника предусмотрены камеры для смазки и охлаждения. Масло из камеры винтовой втулки подается к подшипнику и по пазам самотеком сливается обратно в ванну. Нижний опорный подшипник скольжения смазывается перекачиваемым конденсатом. Концевое уплотнение насоса — сальникового типа с гидрозатвором и охлаждением холодным конденсатом.

Тенденции в развитии конденсатных насосов сводятся к сле­дующему.

1. Для мощных насосов часто используют однокорпусную конструкцию.

2. Всасывающую способность повышают главным образом за счет применения рабочего колеса двустороннего входа для первой ступени и низкой частоты вращения ротора (п < 1500 об/мин).

3. В насосах, не допускающих внешних утечек, в качестве концевого применяют торцовое уплотнение, для демонтажа кото­рого соединительную муфту выполняют с проставкой.

Известны конструкции агрегатов, объединяющие насосы пер­вого и второго подъемов (рис. 71). В насосе предусмотрена пе­репускная часть. После первой ступени конденсат отводится в конденсатоочистительное устройство, а затем через второй па­трубок подводится к последующим ступеням, являющимся насо­сом второго подъема.

Циркуляционные насосыимеют подачу 20 000-30 000 м³/ч. Насосы работают с давлением на входе около 100 кгс/см² при тем­пературе перекачиваемой жидкости до 300° С. Масса насосов около 100 т. Внешние утечки перекачиваемой жидкости не допустимы. Все это налагает особые требования к конструкции насосов.

Для маломощных реакторов обычно при­меняют герметичные насосы. Для мощных блоков преобладающее распространение получили бессальниковые насосы с механиче­скими уплотнениями валов обеспечивающими контролируемые утечки.

Эти насосы обладают целым рядом общих конструктивных признаков и имеют следующие преимущества по сравнению с герметичными насосами:

возможность подсоединения маховика, обеспечивающего ра­боту насоса и охлаждение реактора при прекращении подачи электроэнергии к приводу;

простота ремонта и восстановления мотора;

возможность применения обычных электромоторов с макси­мальным к. п, д. для любых мощностей и напряжений;

более низкая стоимость насоса.

Насосы выполняют по схеме одноступенчатого консольного насоса вертикального типа с радиальным или диагональным ра­бочим колесом (рис. 72). Сферический кованый корпус патруб­ками приваривают к трубопроводам. В корпусе выполняют коль­цевой отвод. За рабочим колесом устанавливают направляющий аппарат для уравновешивания радиальных усилий. Сверху кор­пус закрывают напорной крышкой, которая служит базой для размещения теплового барьера, гидростатического или гидродинамического подшипника, разгрузочного устройства, механи­ческого уплотнения, камер подвода охлаждающей воды.

Радиальные гидростатические подшипники смазываются пере­качиваемой жидкостью. Отсутствие соприкосновения враща­ющихся и неподвижных частей обеспечивает высокую долго­вечность работы подшипников.

Осевое усилие воспринимается упорным подшипником сколь­жения, который можно устанавливать либо в насосе и моторе, либо только в моторе. При установке подшипника только в моторе уменьшаются вертикальные габаритные размеры насоса, потери в упорных подшипниках, время для разборки уплотнения насоса. Однако в этом случае повышаются требования к точности изгото­вления электродвигателя и центровке агрегата, так как валы должны соединяться жесткой муфтой. При наличии двух упорных подшипников можно применять упругую или зубчатую муфты. Обе схемы пригодны для использования.

Насосный агрегат устанавливают на подвижных шаровых опорах, обеспечивающих его свободное перемещение при темпе­ратурных деформациях трубопроводов.