Шелегов Насосное оборудование АЕС 2011
.pdfМинистерство 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 пара-
метрах; мощность привода должна обеспечить нормальное функциони-
рование 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