автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.11, диссертация на тему:Исследование по созданию главных циркуляционных насосов для АЭС и ЯЭУ

-1 ЯЗ1

Нижегородский ордена Трудового Красного знамени политехнический институт

па правах рукописи НОБИНСКИЯ Эрнест Георгиевич

ИССЛЕ^СВАН]'л ПС СОЗДАНИЮ ГЛАВНЫХ ЦРКУЛЯЦИСННЫ}: НАСОССЗ ДЯ АЗС И НЭУ

05.C4.II - атомное реакторостроение, метины, агрегаты

и технология материалов атомной прсмкклекности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Н.Ковгород-1932

Работа выполнена в Опытном Конструкторской бпро Иашшостроения, г.Н.Новгород.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

ЩШНОЗ В.А.

доктор технических наук

РкНЕШСИЙ A.A.

доктор технических наук

КУЗНЕЦОВ СЛ.

Ьедусая организация - Центральное конструкторское бюро мапино-стрсения, г.Санкт-Петербург.

Запита состоится-^декабря 1992 года в Ю^.на заседания специализированного совета Д 063.85.04- по заците диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Нижегородском политехническом институте по адресу: 603600, г.Я.Новгород, ул.Минина, 2'*, У корпус, ауд.232.

С диссертацией иожно ознакомиться в библиотеке Нижегородского политехнического института.

Автореферат разослан 5 ноября 1992 г.

Ученый секретать специализированного - .

совета, к.т.н., доцев™ сгт~ ....-П":~ С.М.Диитряез

Пздя. к. печ. 02.11.92. формат 60х^/1€. Булага оберт. Печатг офсетная. Яеч.л.3,0. Тираж 100 экз. Заказ 279. Бесплатно.

Лаборатория атеетног печати ЗН.ПЙ. 6ü3022,H.Козгород.пр.Гагарина,I.

'■""-' •" . ВВВДШЕ ^и".

Актуальность работы. Главные циркуляторы непосредственно влияют на надежную, безопасную и экономичную эксплуатацию ядерного источника энергии. Разработка на расчетно-теоретической и экспериментальной основа идеологии создания главных циркуляционных насосов реакторных контуров установок СОР-СО, ЕН-350, БН-ССО, ЕН-ССС, РШМОСС, АСТ-500 и ряда других циркуляторов, создание и обобщение опыт." эксплуатации высоконадежных и экономичных циркуляторов позволило обеспечить развитие отрасли. Новизна конструкция ПДО, отсутствие опыта их создания, недостаточная расчетно-теоретическая подготовка специалистов потребовали на стадии проектирования и доводки насосов, проведения комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, создания стендовых комплексов, оснащенных современной аппаратурой.

Актуальность теш подтверждается тем, что в результате гыпол-ненного комплекса работ по существу создана новая, специфичная и наукоемкая подотрасль машиностроения - атомное энергетическое на-сосостросниз.

Цель работы. В диссертации обобщен опыт исследований, реше-. ния научно-технических и инженерных проблем для практической реализации в конструкциях главных циркуляторов механического типа реакторных установок БОР-60, БН-350, Ей-600, ЕН-800, БН-1600, РБМК-ЮОО, АСТ-500 и других циркуляторов. Комплекс работ по созданию слолжх образцов новой техники, отраженный в диссертации, выполнен автором лично, при его непосредственном участии и под его творческим руководством в период с 1960 по 1992 года.

Научная новизна. В работе предложены и обоснованы концепции и научно-технические принципы проектирования для реакторных контуров циркуляторов с механическим уплотнением вала и вгносни.) электродвигателем, методология испытаний узлов, отработки и доводки наг оеккх агрегатов, а также требования к эксплуатации и к органи-

оодии ремонтных робот. Решете сложные научно-технические проблемы, позволившие создать проточные (гидравлические) части моодюстного ряда натриевых и водяных насосов, их подшипниковых опор, компоновки насосных агрегатов. Предложены, созданы, исследованы и доведены до стадии промышленного изготовления конструкции механического уплотнения вала насоса, герметизирующего радиоактивные реакторные контура установок с натриевым теплоносителем и установок с канальным реактором. Исследованы и научно-технически обоснованы концепции и технические решения обслуживающих" насосы систем.

Практическое значение выводов и рекомендаций работы. Впервые в отечественной практике созданы ГЩ для атомных электростанций и установок с-жидкометалличееккм и водяным теплоносителями ЕСР-60, £Н-ЗЬС, ЕИ-6С0, И1-8СС, БН-16СС, РШ, АСТ-ХС, отвечающие мировому уровню, а в ряде-конструкций, превышающие его. В результате • этого в срок и на достаточно высоком научно-техническом уровне АЭС обеспечены конкурентоспособными главными циркуляционными насосами, что позволило обеспечить необходимое развитие отрасли. Предложенные и разработанные принципы проектирования циркуляторов реакторных контуров, методология испытания узлов, отработки и доводки насосных агрегатов, позволили создать мос^остной ряд успешно эксплуатируемых насосных агрегатов для установок с ЮТ и серийные насосы для установок РБМК-1СОО, а также обеспечивать создание насосных агрегатов для перспективных установок с повышенной и внутренней безопасностью (ВПБЭР).

Апробация работы. Прежде всего выводы и рекомендации, изложенные в настоящей работе, подтверждены успешным опытом длительной эксплуатации установок с жидкометаллическим и водяным теплоносителями, а также успешными результатами испытаний перспективных главных циркуляторов для ядерных источников энергии.

Основные положения настоящей работы обсуждались Специалистами .на рабочих совещаниях заинтересованных предприятий в период с

1960 по 1992 годы, прошли многолетнюю апробацию на научно-технических конференциях, семинарах и совещаниях в городах Москве, Санкт-Петербурге, Минске, Нижнем Новгороде, Обнинске, Курчатове, Ульяновске, .Цимитровграде, а также на международных симпозиумах

и конференциях в США, Англии, Германии, Швейцарии, Индии, Китае.

*

Положения, выносимые на защиту. Азтор защищает:

- Основные концепции создания и эксплуатации циркуляторов ЯЭУ, включая принципы проектирования и методологию испытаний узлов, отработки и доводки насосных агрегатов.

- Научко-техни«еские решения и конструкции мощносткого ряда насосных агрегатов для установок с натриевым теплоносителем

БОР-60, БН-350, ЕН-бСО, БН-600, л таюте результаты испытаний этих агрегатов.

- Научно-технические решения и конструкцию реакторного 'серийного насосного агрегата для РЕШ-1С00, результаты испытаний и положительного опыта эксплуатации зтих агрегатов в .составе ПЗУ.

. - Научно-технические решения, конструкцию, положительные результаты испытаний насосов промежуточного контура реакторной установки АСТ-500.

- Рекомендации научно-технических работ, включающих отработку уникальных технологий изготовления, испытаний и обслуживания главных циркуляторов реакторных контуров.

Общая характеристика работы. В первой главе - аналитическом обзоре отражены типы и условия работы главных циркуляторов, показано определяющее значение теплоносителя на конструкция циркуля'то-ра, рассмотрены основные требования и особенности циркуляторов радиоактивных- кончуров, влияние компоновочных решений контура на тип и конструкцию цкркулятора. Предложена классификация типов циркуляторов для АЭС и.ЯЭУ и проведен анализ отечественных и зарубежных циркуляторов.

Во второй гльве сформулированы и обоснованы основное кокцеп-

ции создания и эксплуатации циркуляторов ЯЗУ, предложены принципы проектирования циркуляторов реакторных контуров, разработана методология испытаний узлов, отработки и доводки насосных егрегатов. Сформулированы1оптимизационные требования к эксплуатации и к орга-

л

низации ремонтных работ.

В третьей главе изложены результаты исследований, опытно-конструкторских работ, испытаний и опыт эксплуатации мощностного ряда насосных агрегатов для установок с натриевым теплоносителем ЕОР-бО, ЕН-350," ЕН-6СС. На основании анализа и исследований разработаны рекомендации по. компоновочно-проектным решениям установки ЕН-8С0. Изложен комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию и оптимизации конструкции проточной части, подшипниковых узлов, обслуживающих систем, элементов выемной части и уплотнения неподвижных соединений насосов с натриевым теплоносителем. Особое внимание уделено опыту создания уникального элемента - уплотнению вала насоса радиоактивного контура. Анализируются результаты испытаний и опыт эксплуатации'насосов в составе ЯЭУ Б0Р-60, БН-350, БН-600.

Четвертая глава посвящена комплексу исследовательских и конструкторских работ по созданию серийного агрегата для установок ГЕМК. Представлены результаты эксплуатации насосов ЦЕН-7 и ЦВН-8.

Б пятой главе отражены результаты исследований и опыт использования научно-технического задела при создании циркуляторов современного поколения реакторных установок, п первую очередь, для АСТ-^ОС и ЕПЕЭР-6С0. Изложен опыт рачения научно-технических проблем на примере главного касеса промежуточного контура АСТ-50С и герметичного (бессальииковеге) главного циркуляционного насоса контра охлаждения реактора ЕПЕЭР-600.

Рекомендаций излагаемой работа могут Сыть использован!! при создании насосов и для других отраслей промышленности. Отраженные, в работе исследования, развитие методе расчета н эксперимента,

предложенные технологии, а также сформулированные выводы и рекомендации нашли развитие в создании высоконадежных и экономичных главных циркуляторов с технико-экономическими параметрами, отвечающими концепция! реакторных установок с внутренне присущей, предельной безопасностью.

ГЛАВА 1. ТИПЫ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ ГЛАВНЫХ ЦИРКУЛЯТОРОВ. ЦИРНУ-ЛЯТСШ ЕЗУ. АНАЛИТИЧЕСКИЙ СБЗС'Р. Главные циркуляционные насосы АЭС представляют собой сложные агрегаты со значительным числом систем и контролхко-изг'ерктелыллс-средств.

При создании насосов для АЭС руководствуются общей теорией центробежные и осевых насссов, теорией подшипниковых опор,"опытом создания и эксплуатации насосов различного тепа и назначения. Насосы для АЭС отличаются значительными особенностями конструкционно-ксупоновочнкх-ехем и оркгкнольноетьи ряда ответственных уз л о?, таких, как подшипниковые опоры, уплотнения, внутренние контуры циркуляции, средств контроля и т.п. Специфические требования, предъявляемые к этим насосам, привели к необходимости более детального изучения процессов, характерных для соответствующих узлов насоса, что в целом резко расширило наги представления об условиях и факторах, определяющих эффективность работ и ресурс как отдельных узлов, так и агрегата в целей.

За время становления ядерной энергетики конструкция ГЦН претерпела значительные изменения. В первых ЕЗУ при относительно небольших новостях блоков 200-400 КВт (эл.) наблюдалась выраженная тенденция использования для реакторов с ведой под давлением (ВВЭР) Оессальникошк герметичных насосов, а для реакторов с натриевым теплоносителе! - попытка использовать электромагнитные насоси различного типа. Последующие расчет показали, что при увеличении единичной косности блока вдвое удельная стоимость снижается на 20 -40%. Поэтому проектанты стали ориентироваться на электромеханические насосы с уплотнением вращающегося вала. Этот переход был

7

продиктован стремлением повысить КПД насосных агрегатов, который в случае использования герметичных насосов заведомо меньше 6($, а также неизбежным усложнением конструкционных решений в герметичных насосах с ростом их носкости. Кроме того, переходные режимы в АЭС,.& также необходимость предупреждения недопустимого развития аварийных ситуаций в реакторе при обесточивании и некоторых других неисправностях, требовали обеспечения достаточно продолжительного выбега обесточенного насоса, что практически невозможно для герметичных и электромагнитных насосов. .

ГЦН является составной частью первого контура циркуляции ЯЭУ и условия гас работы - это, естественно, условия первого контура. Для реакторов, в которых в качестве теплоносителя используется вода, характерно высокое рабочее давление: от 7-8 ЫПа (для кипящих реакторов) до 12-16 Ша (для некитщих реакторов). Кроме того, должш учитываться возможные повышения давления в различных переходных и аварийных режимах- ЩН, как правило, располагаются в контуре на входе в реактор, где во всех нормальных режимах температура перекачиваемой среда является наименьшей» хотя и достигает значительных величин.

Условия на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем (БН) существенно отличаются от условия для РБМК и ЕВЭР. Рабочее давление в натриевых контурах низкое. Оно слагается из давления газовой подуяки (давление газа в первом контуре примерно С,С1 Ша , во втором контуре 0,1-0,3 Ша), давления столба натрия и капора ГЦН. Температура в натриевых контурах существенно вше, чем в водяных контурах: на входе в реактор 30С-4С0°С, на выходе из реактора 5СС-565°С, на входе в парогенератор (второй контур) 45С-550°С.

Кз-за активности перекачиваемого теплоносителя-проточная часть ГЦН я корпусные конструкции, контактирующие с теплоносителем, должны иметь соответстЕуюсуд биологическую заситу. Поэтому обычно

ГЦН размещаются, как и другое актиачое оборудование ЯЭУ, в специальных прочно-плотных боксах с ограниченней доступностью персонала. Условия работы верхней ходовой части ГЦН совместно с приводили электродвигателем с течки зрения радиационной обстановки до-пускадт различные компоновочные реяения.

Тип, конструкция и параметры ГЦК зависят от типа ЯЭУ, принятой схеми теплоотвода и компоновки основного оборудования. Герметичные ГЦН используются на блоках мосяостьо до 300 МВт, насосы с уплотнением вала - на более крупных блоках.

Надежность ГЦН с "сухим" статором определяется надежностью рубазки, услозая рсбо-дь; которой довольно елейны. Неправильно выбранные размеры рубашки при гсолебанкях температуру и давления могут приведи к изменению фор.о! и образование продольных или поперечных гефр и, в конечном итоге, к поломке ГЦН. С этим явлением автор впервые столкнулся при отработке бессальниковых ГЦН для ШПУ ледокола "Ленин" з 1957 году. Задача была ретена благодаря значительной конструкторской и экспериментальной дозодке уже готового опытного образца. Кроме того, они имеют КПД не более 60?.

Электронасосы с рубашкой с точки зрения конструкции наиболее приемлемы, но сложны в изготовлении, 1згеит шеокую стоимость. Хотя длительный и обширный опыт использования бессальниковых герме-тичкых ГЦН показал их шеокуи надегность, до появления концепции предельно безопасного реактора считалось, что их экономически нецелесообразно использовать для мосуазе стационарах ЯЭУ. Но сисокие требования к безопасности перспективных БЗЭР однознажз ста'.чт вопрос о применении бсссальнвкоЕИс герметичных ГЦН.

Б принципиальной схеме ГЦН с уплотнением вала агрегат состоит у.э собственно насоса и электродвигателя. Насос и привод каеют свои радиальные и радиально-осеше подшипники, а их валы соединяются упругой муфтой. Уплотнение вала может размещаться между нижними и верхними подшипниками насоса. Основной недостаток такой ксм-

9

поновочной схемы - некоторая техническая трудность замены уплотнения, поскольку для этого необходимы демонтаж электродвигателя и радиально-осевого подшипника.

Насос с разъемным валом имеет демонтируемую часть - простав-ку, что позволяет заменять верхний подшипник и уплотнение без демонтажа электродвигателя. Но проставка увеличивает габариты насоса. Возможна конструкция, в которой насос не имеет радиально-осевого подшипника. Валы насоса и привода соединены жесткой муфтой.

В работе показано, что конструктивно-компоновочные схемы жид-кометаллических ГЦН принципиально не отличаются от рассмотренных. Разница а том, что в этих ГЦН уплотнение вращающегося вала исключает утечку нейтрального газа из насоса и может располагаться до верхнего подшипникового узла (БН-600, БН-£00) или за ним (Б0Р-60, БН-350). Уплотнение обеспечивает вахууыирование ГЦН в составе ЯЭУ перед заполнением теплоносителем и надежно удерживает нейтральный газ (азот, аргон) под избыточным давлением 0,01-0,3 Ша при работе. Перед уплотнением устанавливается ремонтное уплотнение, позволяющее герметизировать рабочую полость при остановленно ГЦН, когда необходимо заменить уплотнение.

Компоновка оборудования 1-го контура оказывает решающее влияние на выбор типа жидкометаллического ГЦН. При петлевой компоновке ГЦН и ТП размещаются на трубопроводах 1-го контура, располагаемых в специальном боксе, который примыкает к шахте реактора. Баковый принцип компоновки предусматривает размещение всех элементов контура (реактора, ТП, ГЦН и др.) в одном общем баке, заполненном натрием.

В первом контуре ГЦН моэсет располагаться до ТП, т.е. на горячей ветке, или после ТП, т.е. на холодной ветке. В абсолютном большинстве установок с натриевым теплоносителем ГЦН работают на холодной ветке. Отаечаются преимущества расположения насоса на хо-

лодной ветке.

Располагая ГЦН на горячей ветке обеспечивают максимальное давление на входе в рабочее колесо при минимальном давлении газа в реакторе.

Соответственно для обеспечения одинаковых кавитадионных условий давление газа для "холодного" расположения должно быть больше (с учетом разницы давлений упругости паров металла при "холодном" и "горячем" расположении). Итак, главнкм и существенным недостатком расположения ГЦН на холодной ветке является необходимость повы-пения давления г^зза с целью предупреждения кавитации.

ГЛАЗА П. ССНСБЬЬЕ КОНЦЕПЦИИ СО2№Ш И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦИЕКУЛЯ-•ТСРОВ ЯЭУ. 3 настоящей глава отражена; результаты исследований по разработке концепций создания и окскяугтгцин; циркуляторов ЯЭУ, положенных в основу создания насосов дда резеторнвх установок ЕСР-60, БН-350, БН-600, ЕН-СОО, БН-16С0, РЕЖ-ШО, АСТ-5Ш к ШБЭР-600.

Направления создания и совершенствования насасных агрегатов ЯЭУ, их перспективность определяются» а оснопном, требованиями безопасности и максимального повышения экономической эффективности реакторных установок. Следовательно, оправдано внедрение только тех конструктивных решения, которые снижают затраты на эксплуатацию АЭС, увеличивают надежность и безотказность ГЦЯ я тем самки, уменьшают непроизводительные простои и, следоггггелшг» са-гызают ' коэффициент использования мовдости АХ. Высокая стоимость ГЦН, сложность и длительность га изготовления и ионтЕга» гнояне обоснованно подтвервдаю? требование иметь фактический ресурс ГВД равным ресурсу ЯЭУ в целом.

Сформированы требования, определяющие прогрессивность воз-моглых конструкций ГЦН для АЭС с различными типами реакторов: ресурсная надежность; ремонтопригодность; увеличение межремонтного периода; уменьшение ооъема эксплуатационного контроля; снижв-

ние потребляемой мощности (повышение КПД); снижение металлоемкости и стоимости; повышение показателей унификации и стандартизации-

Особенностью тракта циркуляции первого контура ЯЭУ является соотношение гидравлических потерь в петлях и на общем участке (активной зоны реактора). Практика показывает, что около 85-90% гидравлических потерь приходится на реактор (общий участок). В связи с этим ГЦН предъявляется требование отсутствия ниспадающей ветви характеристики Н(с1И /с/С >0 ) и достаточно большой крутизны характеристики в рабочей области подач ([сШ¡с1(л ¡? С ). При пологой характеристики К— ¿2 параллельная работа ГЦН на коллектор, роль которого играет активная зона реактора, может приводить к большому разбросу расходов по петлям из-за неизбежной неидентичности характеристик насосов и гидравлического сопротивления петель. Наличие ниспадающей ветви в характеристике Н-£ при параллельной работе насосов на общее сопротивление при некоторых условиях может привести к неустойчивой работе - колебанию подачи 1"ЦН, что недопустимо. Несмотря на это, требование к виду характеристики нельзя рассматривать как совершенно обязательное. Дело в том, что упомянутых выше последствий его невыполнения можно избегать либо за счет, например, повышенных требований к качеству изготовления насосов, в целях обеспечения необходимой идентичности их гидравлических характеристик, либо за счет искусственного увеличения сопротивления петель.

При решении вопроса о выборе конструкционных материалов для ГШ необходимо учитывать и тот факт, что материалы проточной части и других элементов, контактирующих с теплоносителем, должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к материалам первого контура ЯЭУ с дачным теплоносителе!.!. Для предупреждения эрозион-но-кавитоционкых повреждений элементов проточной части используется металл с повышенной твердостью иди применяют соответствующие

наплавки. Это не исключает необходимости гидродинамической оптимизации проточной части, в целях предупреждения локальных эрозионных и кавитвционных процессов. Опасность кавитации наиболее реальна для натриевых ГЩ из-за низкого давления в контуре. Практически именно надкавитационный подпор и определяет избыточное давление в реакторах на быстрых нейтронах.

Ресурсная надежность ГЦН в значительной степени определяется работоспособностью подшипниковых опор. Для обеспечения нормальной работы необходимо, чтобы подшипник обладал целым рядом свойста, которое подробно исследованы при создании ГЦН.

Конструкция ГЦН должна гарантировать отсутствие протечек нарушу радиоактивного теплоносителя и газа из системы поддавливался. Поэтому особое шимание уделяется соединениям, например между выемной часть» 1Ш и его баком (корпусов), и уплотнению вращающегося вала. В первеи случае задача решается достаточно просто, поскольку в результате СКР была создана надежная конструкция ремонто-способиого, так называемого "уенкового" лва. Более сложно конструкционно я технологически решается задача уплотнения вращающегося вала.

Насосы должны допускать полный дренах теплоносителя (свобод-иш сливой или выдавливание.'! газом). Дум зтого в заполняемой теплоносителе части насоса необходимо исключать "карманы", в кото-ре: мог Си остаться теплоноситель, шлам и другие плотные отделения. Важность зтого требования обусловлена тем, что даже следы радиоактивного теплоносителя на оборудовании требуют достаточно громоздких заветных устройств при проведении ремонтных работ, а наличие полостей с плохо удаляемым теплоносителем усложняет процесс дезактивации.

Механический насос при наличии неуравновешенных вращающихся масс, гидравлических сил в проточной части, из-за расцентровки

13

валов насоса и электродвигателя и т.п. может стать источником вибрации. Поэтому при проектировании должны предусматриваться меры, обеспечивающие приемлемое колебание насосного агрегата по частоте и амплитуде. Для машин подобного класса вибрация считается допустимой при двойной амплитуде смещения 100 ыкм в области верхнего подшипника электродвигателя, фактически на отечественных насосах реакторов ACT, РБМК и БН она составляет 40-60 мкм.

В настоящее время ГЦН в целом не обеспечивает ресурса на все время работы АЭС (30-40 лет). При разработке конструкции предусматривается замена отдельных сборок, узлов, элементов. При этом важно правильно оценить и учесть те конкретные условия, в которых будет проводиться эта'замена. Только в этом случае можно обеспечить оптимальную технологию работ по замене и разработку соответствующей оснастки.

Требуемый ресурс ГЦН закладывается на стадии проектирования. Контрольная проверка при этом осуществляется в три этапа.

Первый этап - предварительная сравнительная оценка недежнос-ти различных вариантов конструкции, в результате которой из них взбирается оптимальная. .

Второй этап - анализ надежности оптимального варианта конструкции. Если надежность ее соответствует заданным требованиям, то можно начинать изготовление опытного образца, если же нет -надо искать пути повышения надежности до требуемого уровня.

На третьем этапе проводятся испытания опытных образцов -данные сопоставляются с результатами анализа. При необходимости в чертежно-техническую документацию вносятся изменения, повышающие надежность конструкции.

Экспериментальная отработка ГЦН является одним из важнейших этапов создания насосного агрегата. Выработана и апробирована следующая последовательность испытаний: определение технических

характеристик агрегата; отработка отдельных узлов насоса в сборе; проверка работоспособности всех узлов; изучение специфических свойств насоса.

Основными узлами ГЦН, проходящими экспериментальную проверку, являются проточная часть, подшипниковые опоры, узлы уплотнения вгГ-ла. При отработке проточной части необходимо:

оптимизация ее геометрии в целях получения требуемой гидравлической характеристики при возмстло шсоком КПД; изучение кавитационных характеристик; проверка гидродинамически сил и доведение их до келаеыых значений.

При отработке подшипниковых опор исследуются: несущая способность лодяетников; реяти сказки и охлазденкя;

работоспособность в различных эксплуатецкснкых условиях.

ч

Отработка узлов уплотнения включает следующие этапы: подбор материалов трущихся пар и геометрических размеров уплотняющих элементов;

анализ температурного режима; проверка работоспособности уплотнения.

Испытания насосного агрегата проводятся как ьо всех, статных ' режимах, включал переходные (пуск, остановка, разогрез, расхолаживание, стоянка в горячем резерве), так и при возможных аварийных ситуациях. Поскольку безопасная работа ГЦ! обеспечивается рядом аварийных сигналов и блокировок, исследуется эффективность предусмотренных сигналов.

Одной из задач при создании ГШ является выбор такого плана экспериментальной отработки, который был Сы без ущерба для качества испытаний и минимальным по срокам. Эта задача решается при внедрении метода ускоренной экспериментальной отработки, основная

идея которого, реализованная в 0КБМ-, заключается в проведении предварительных испытаний ответственных узлов ГЦН на специальных стендах с последующей проверкой на натурном образце только тех вопросов, которые по техническим причинам нельзя довести на отдельных узлах. Поузловая отработка позволяет вести испытания сразу на нескольких стендах, что существенно сокращает сроки экспериментов. Наиболее приспособлены к использованию этого метода конструкции водяных ГЦН с контролируемыми протечками и насосов для жидких металлов.

Разработана и предложена техника и методика отработки проточной части на уменьшенных моделях, что позволяет в существенно более короткие сроки и с меньшими затратами выбрать оптимальную геометрию рабочих органов и избежать сложной и дорогостоящей дора-оотки натурной проточной части.

Изготовленная из оргстекла прозрачная модель проточной части при проливке ее водой позволяет вести визуальное наблюдение картины течения в подводящем и отводящем каналах насоса, обнаруживать и устранять вихревые зоны, отыскивать оптимальные формы и размеры подводящих и отводящих элементов конструкции.

Доводка проточной' части на моделях не исключает широкого применения аэродинамических испытаний моделей из неметаллических материалов. Аэродинамические испытания моделей позволяют отрабатывать напорную характеристику насоса. Коэффициент моделирования, применяемый при аэродинамических испытаниях, зависит от размеров отрабатываемой проточной части и возможностей испытательного стенда. В целях окончательного уточнения полученной при воздушных продувках проточной части перех изготовлением ец в натурную величину проводится проверка характеристик на холодной воде. При этих испытаниях определяются все характеристики проточной части насо-.са, включая кавнтгцпонные. При исследовании кавитациенных характеристик на уменьшенной модели из-за невозможности обеспечить оди-

наковые объемные КПД модели и натуры пересчет результатов модельных испытаний на натуру может оказаться недостаточно точным. Если ■ модель снабдить соответствующими дополнительными устройствами, то можно определить также гидродинамические осевые и радиальные силы, возникающие в проточней части насоса. В этом случае появляется возможность заранее, до испытания натурного ГЦН, отработать способы доведения этих сил до приемлемых значений.

Высокие требования к ресурсу ГЦН, который в значительной мере зависит от работоспособности опор вала, а также недостаточная точность теоретического расчета делаат обязательными при проведении медели-ых испытаний предварительное экспериментальное определение г-.агруоок, действующих на опоры. В процессе этих испытаний и конструкцию ГЦН, при необходимости,, вносят изменения с целью получить допустимое йначрние нагрузок.

Разработан и используется способ определения усилия с помощью измерения напряжений в некоторых упругих звеньях, специально создаваемых в опорах или других частях насоса. Напряжения в этих упругих звеньях измеряются тензодатчиками.

Испытания материалов пар трения гидродинамических подшипников - ваишРовий о тал создания ПЩ. Лр:п-снлвтся две группы гидродинамических подшипников: подшипники, смазываемые минеральными мае л г.ч и и подшипники, смазываемые водой. Для пар трения первой группы, яодошпников используются хорошо исследованные материалы, испол(зуемыэ в общем машиностроении. Подаипники второй группы применяются, з первую очередь, в герметичных бессальниковых ГЦН. Из-за сложного комплекса требований и тяжелых условий работы подшипниковых узлов в герметичных ГЦН необходимы предварительные экспериыент ал ы ы е исследования специально создаваемых или подбираемых из имеющихся материалов пар трения. Методика этих экспериментальных исследований предусматривает физико-ыеханические лабо-

17

раторные испытания; испытания материалов на трение и износ на лабораторных установках (на образцах); стендовые - узлов трения; натурные, которые и лежат в основе комплексной отработки пар трения для гидродинамических подшипников герметичных ГЦН. Разработано инженерное обеспечение этих экспериментов.

Особо исследовался вопрос проверки влияния режимов дезактивации на работоспособность выбранных материалов пары трения. Стойкость материалов пары трения к действию дезактивирующих растворов проверялась в достаточно длительных ресурсных испытаниях после проведения дезактивации IЦН по принятой технологии. Эти испытания выполнены на стенде, сооруженном для обкатки опытного образца насоса при спецификационных режимах и дооборудованном системами приготовления, введения и слива дезактивирующих растворов.

Отработка конструкции гидродинамического подшипника герметич-. ного ГЦН заключается в проверке работоспособности выбранных материалов пары трения-.в конкретной конструкции подшипника при реальных режимах по температуре, давлению, подаче смазывающей воды, нагрузка;: и частоте вращения. Созданный испытательный стенд'для отработки'конструкции подшипников имитировал условия их размещения и крепления в натурной конструкции ГЦН, а также позволял исследовать влияние на работоспособность подшипников несоосности и перекосов, вызываемых неточностью изготовления узлов к деталей насоса.

Отработка гидродинамических подшипников ГЦН с механическим уплотнением вала. В распространенной компоновке ГЦН с контролируемыми протечками верхний гидродинамический радиально-осевой подшипник располагается за уплотнением вала, принудительно смазывается и охлаждается минеральным ¿¡аслом. Такой же подшипниковый блок имеется и у ГЦН с £МТ. Еысокие требования по долговечности и надежности, предъявляемые к циркуляционным насосам АЗС, потребо-

вали фундаментального комплексного подхода по отработке редгаа смазки и создания конструкции максимальной работоспособности.

Отработка конструкции гидростатических подшипников. В процессе экспериментальных исследований ГСП проверяется влияние на их характеристики определяющих размеров, например, диаметров дросселей, а также возможных геометрических погрешностей изготовления и монтажа. На характеристики радиальных ГСП оказывают влияние отклонения от заданной фор/ьз рабочих поверхностей вала и подшипника (конусность и эллиптичность), а также взаимный перекос осей подшипников и вала.

Стенд для отрабогки ГСП имеет нагрузочное приспособление, с псмоць'з которого иа исследуемом подшипнике можно создавать необходимую нагрузку. Предусмотрена возмо;аюг.ть изменения направления действия нагрузки на подшипник, чтобы выявить анизотропность нагрузочных характеристик подшипника.

Программа экспериментальной отработки ГСП зависит от типа испытываемого ГСП и новизны ого конструкции. Если в насосе приме- ■ нен ГСП с хорошо изученными характеристиками (с учетом влияния на них погрешностей изготовления и монтатса), то достаточно провести испытания в подтверждение расчетных характеристик. Если же в насосе применен какой-либо новый тип ГСП, по которому не проводи- ; лось достаточно полных исследований,' то их проводят по раезпрен- ' ной программе, в целях выявления всех особенностей этого ГСП и его оптимизации. -

Отработка уплотнения вала с плавающими кольцами. Перепад давления, срабатываемый в уплотнении ГЦН РБ.ЧК, составляет 8 МПа. Такой перепад ^азления заставляет предусматривать несколько ступеней уплотнения. Сьыкно перепад, срабатываемый на одной ступени, выбирается компромиссно исходя из допустимой протечки и допустимей длины вала лсд уплотнением, ¿ля исследования работоспосоонос-ти и получения рабочих характеристик плавающих колец было соэда-

19

но два стенда. Один - для испытания единичного кольца, другой -для испытания натурного блока уплотнения.

Испытания блока плавающих колец проводились при перепадах давлений от 0,15 до 1,5 МПа с различными торцош.ш и радиальными зазорами. Ресурсные испытания уплотнения с диаметральными зазорами 0,2-0,3 мм и торцовыми 0,05-0,1 мм велись в течение нескольких тысяч часов.

Отработка торцовых уплотнений. Главной проблемой при-конструировании гидродинамического торцового уплотнения с малыми протечками (не более 0,05 м3/ч), как ухе упоминалось ранее, является обеспечение во всех режимах работы стабильной жидкостной смазывающей пленки в уплотняющем подвижном контакте, что гарантирует безопасный режим тления. Это оказалось непосредственно связано со стабильностью макрогеометрии уплотняющих поверхностей. Задача стабилизации макрогеометрии оказалось чрезвычайно трудной потому, что основу работоспособности торцовых уплотнений составляет контактирование оптически плоских поверхностей. Ширина рабочего зазора лежит в пределах от нескольких долей микрона до нескольких микрон и нарушение макрогеометрии датсе на несколько микрон приводит к изменению характеристики уплотнения. При некотором пределе нарушение вызывает выход уплотнения из строя. Мезду тем термические и силовые деформации деталей, образующих контактирующие поверхности и деталей, соприкасающихся с ними, в условиях высоких давлений и переменных температур, а также больших диаметров, характерных для уплотнения ГЦН, составляют сотни микрон, т.е. превышают рабочий зазор в сотни и даже тысячи раз. Конструкция уплотнений должна быть такой, чтобы эти "гигантские" по сравнению с рабочим зазором перемещения деталей не приводили к искажению рабочих поверхностей дат.е на несколько микрон.

1 Необходимо отметить, что исследования уплотнений в леремен-20 '

ных температурных режимах показали, что максимальная стабилизация макрогеометрии поверхностей в уплотняющем контакте, исключающая изменение рабочих характеристик уплотнения при изменении параметров работа, в данных конструкциях не достигнута в полном объеме. Уплотнения, находясь под высоки.! перепадом давления, меняли свои рабочие характеристики (потребляемая приводом мощность, протечки) при изменении температуры, что свидетельствовало о неполной стабилизации макрогеометрии. Однако указанная нестабильность не нарушала безкзносиыЯ режш трения в уплотняющем подвижном контакте, а мощность и протечки ио;.;ен:ш:сь и приемлемых пределах.

Нмурныг 'испытания насосных агрегатов. Снй являются заключительным этапом экспериментальной отработки опытного образца 1ЦН. Объем испытаний должен подтвердить:

соответствие параметров ГЦН требутм по заданию или техническим условиям;

работоспособность ГЦН в целом и его'отдельных узлов; . ремонтопригодность насоса;

нормальное взаимодействие насоса и системы управления; влияние на работоспособность ГЦН различных отклонений в режиме работы обслуживающих систем.

Программа включает также проверку характеристик и работоспо--собности ГЦН во всех режимах, предусмотренных'регламенте« использования насосов в составе ЯЭУ. Выявлено, что в ряде случаев уело- ' вия нахождения ЩН в горячем резерве могут оказаться для некоторых узлов более неблагоприятными, чем рабочие режимы. Несимметричный прогрев насоса конвективными потоками в его внутренних полостях мажет привести к разгерметизации разъемных соединений, перегреву торцевого уплотнения, недопустдаьм температурила деформациям элементов конструкции. Возможны V. другие нежелательные процессы, па при/ер, образование газовых мешков. Поэтому условия горячего рг

21

зерва исследуются с точки зрения сохранения работоспособности ГЦН не менее внимательно, чем рабочие режимы.

Основным эксплуатационным требованием, предъявляемым к ГЦН, является высокая ресурсная надежность. Надежность ГЦН проверяется окончательно при функционировании АЭС. Этому ответственному моменту предшествуют пускоиаладочные работы, холодное апробирование каждого насоса в отдельности и всех вместе и затем их горячая обкатка. Радиоактивность теплоносителя, наличие загрязнения внут-■ ренних поверхностей активными продуктами' коррозии, размещение в защитных боксах практически исключают возмсхчость ремонта ГЦН с заходом персонала в помещение.

£актическая наработка на отказ ГЦН в настоящее время существенно превышает 20000 ч, обычно предусматриваемых техническим заданием, что будет показано ниже, однако предельный (научно-обоснованный) ресурс до настоящего времени не определен, что служит подтверждением их технического совершенства.

Отраженные в настоящей главе концепции создания циркуляторов ЯЗУ, фундаментальная.расчетно-предложенная и прошедшая апробацию методика отработки основных узлов циркуляторов явились основой создания главных насосных агрегатов отечественных реакторных установок с натриевым теплоносителем и РБМК, позволили создать цир-- кулятсры для установок нового поколения АСТ-500 к приступить к реализации проекта ВПБЭР-600.-

ГЛАВА Ш. СОЗДАНИЕ МС1Щ0СТН0Г0 РЯДА НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ДЛЯ УСТАНОВОК С НАТРИЕВЫМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ БОР-бО, БН-350, БН-600, ЕН-600. Общим решением для всех созданных и проектируемых насосов является центробккный насос вертикального исполнения со свободным уровнем теплоносителя, защитной подушкой инертного газа и механическим УВГ. Нижний подшипник - гидростатический, работает на натрии, который поступает с напора насоса. Верхний подшипник - на

жидкой смазке, радиально-осевой подшипник качения или скольжения.

Уплотнение вала - механическое, торцовое, либо располагается ниже УШ, либо над ним. В'качестве запорюй жидкости применяется минеральное масло с низким давлением упругости паров.

Насосы снабжены приводным электродвигателем, расположенном в помещении, доступном для постоянного наблюдения и обслуживания.

— Наиболее сложным узлом в конструкции считается УЕГ. Ресурс его, на первом этапе, ограничивался БОСС...10000 час и поэтому за рубежом считался перспективным вариант, когда УБГ можно заменить, не демонтируя электродвигатель, за счет съемной вставки мезду насосом и электродвигателем. Проектируя отечественные ЦШ проведены расчетно-тсоретическис исследования и комплекс ОКР с целью обеспечения ресурса УВГ равные ресурсу всего насоса. К 1992 году удаюсь достичь желаемого результата: на ЦНН-3 - 1:ара-бит к а в часах по УВГ достигла БОСОО при проектном ресурсе насосов 113000.

Протечная часть насосов является разновгриантпой, что объясняется тенденцией роста подачи ЦШ. Обычно ЛЧН включает одно РК одностороннего всасывания или двухстороннего всасывания и направляющий аппарат.

Из большого количества требований, предъявляемых к натриевым' насосам, в первую очередь при выборе принципиальных решений рассматривались конструктивные особенности компоновки реактора, величина избыточного давления инертного газа в ре-авторе, стоимость насосов.

Независимость насоса второго контура от конструктивных особенностей компоновки реактора и величины избыточного давления инертного газа в реакторе позволяет создать его однозначно с колесом одностороннего всасывания и отводящим аппаратом в виде улитки и не исследовать конструкцию с позиции выбора проточной части.

Выбор компоновочной схемы реактора обуславливает конструкти-

23

но-схемное решение по насосу, что видно на примере конструкции реакторов БН-800 и БН-1600, в которых применена интегральная компоновка, определившая конструкцию насоса.

Величина избыточного давления газа в реакторе из условий прочности его корпуса, приемлемой габаритности, металлоемкости и конструкции уплотнительных узлов поворотных пробок не превышает 0,04-0,05 МПа, что, соответственно, определяет требования к обеспечению его бескавитационной работы. На примере проектирования ЦНН-1 установки БН-1600 показана методика исследования оптимальной конструкции проточной части насоса первого контура, а именно: однопоточной, двухпоточной и четырехпоточной. Анализ сравниваемых проточных частей проводился на подачи 10ССС, 15000, 20000, 25000 м3/час.

Определение габаритов насосов анализировалось с учетом максимально-допустимой частоты вращения вала насоса для данной подачи V!. наружного диаметра рабочего колеса по расчетному графику с учетом реально допустимых скоростей на всасе проточной части, при условии постоянства многих исходных параметров: напорб насоса, кавитацирнного коэффициента быстроходности, избыточного давления газа, сопротивления всасывающей трассы, значительные отклонения которых от принятых величин в аналогичных проектах маловероятны.

Рационально спроектированная проточная часть определяет основные характеристики насоса. Рекомендации по проектированию проточных частей натриевых насосов отсутствовали. Проведенный анализ показывает, что наиболее радикальной мерой,обеспечивающей надежную Сескавитационную работу при заданных параметрах и всасывающей трассы, является увеличение давления газа в реакторе или понижение частоты вращения насоса. Выбор диапазона частот вращения связан с желанием иметь минимальную высоту подпора, хотя .¡ри этом и растут габариты насоса. Б таблице 3.1 приведен пример оценки этой

связи для проточной части насоса типа ЦЩ-9 (БН-бОО» X контур) в зависимости от частоты вращения.

»

Анализ показывает, что коэффициент быстроходности целесообразно выбирать не ниже 85...90. Дальнейяее снижение его увеличивает габариты насоса, делает более пологой гидравлическую характеристику, что нежелательно для реакторных установок в связи с тем, что насосы работают в параллель на общий коллектор.

Таблица 3.1

об/мин а м3/ч Н м ъ м«ст «ж« нащщ.аиаметр_ РК,й Выемной части.м Примечание

15С0 1250и 100 230 46 0,77 *»9

ЮСО 12500 100 157 27 1,05 2,65 с=еоо

750 12500 100 115 17 1,25 3,2

500 12500 100 76 II 1.7 4,2

Размеры рабочего колеса (РК) влияют на габариты выемной части насоса, но сами по себе не могут быть критерием компактности. Компактность насоса, с-некоторыми-оговорками, характеризуется отношением диаметра рабочего колеса к диаметру зуеынсй части (Д2/Д3)•

Таблица 3.2

Параметры Размер- БН-600 ЕН-1600 Супер-

ность феникс

Подача, ' • м3/час 12500 18СС0 18000

Частота вращения - сб/мш 1000 750 500

Давление в газовой полости ¡¿Па 0,04 0,04-0,005 0,007

Диаметр рабочего колеса,Дп м 1,05 1,2 1,67

Диаметр выемной части ,Дд м 2,65 2,6 2,5

Масса выемной части т 75 НО ПО

Отношение Д^/Дз - 0,4 0,46 . 0,67

Из таблицу видно, что благодаря повышенному /Ц и двухстороннему всасыванию, насос БН-16С0 имеет значительно меньше чем насос установки "Супер-Феникс" (одностороннее всасывание) при такой же подаче. Однако ^ насосов одинаковы. Это означает, что конструктивное оформление в радиальном направлении элементов проточной части (направляющий аппарат, подвод и отвод натрия), окружающих РК (с точки зрения размеров выемной части) в "Супер-Фениксе" выполнено более рационально. Однако подобная схема возможна лишь1 при условии, что извлекая выемную часть, в баке остается направляющий аппарат. В этом случае остается спорным вопрос ремонто-способности направляющего аппарата.

Ресурс проточной части зависит не только от конструктивных особенностей, .но и от. эрозионной стойкости материала при скорости движения '2\Г — 10 и/сек. Поэтому выбранные скорости движения натрия б РК не должны приводить к эрозии материала в улитке (направляющем аппарате), а сам материал 'должен. обладать достаточной твердостью,' т.к., установлено, что эрозия уменьшается с увеличением твердости. Обратимся к исследовании.! характеристикам, сведенные в работе в табличную-форму* Презде всего скорость С0 на входе в РК, которая определяет дкйшетр Ехода, у всех насосов не пре-Ешает.6 ы/сек, а ¡соотъегст&гкно относительная скорость'^ на входе в РК равна '¿0 «/сек, что значительно ниже, чем для воды. Вызвано это опасением ухудшения кавитеционных сеойств РК и возможной эрозии материала. Исключением являются насосы ЦКН-8 и Ц1К-9,. для которых Сс и 'УГ при ¡я ты такими же, что и для воды. Риска здесь нет, ибо к моменту проектирования насосов ЕН-600 имелись данные по испытаниям ЦНЯ-3 и ДКН-4, при которых не выявлено отрицательных явлений, которгге указали бы на необходимость снижения скоростей. " '

Действительная окружная составляющая абсолютной скорости на 26 ''■■'■'■'''■'''.',.""•■'. '

выходе из РК (на входе в улитку, направляющий аппарат) не превышает 25 м/сек. Известно, что высокие скорости на выходе из РК приводят к быстрому износу неподвижных элементов гидравлической части, к увеличению гидравлических потерь в насосе и снижению его КПД. Понятна, поэтому та осторожность, с- которой проектанты идут на увеличение 1\Г . Окружная скорость ^ колеса на диаметре для всех насосов лежит в пределах 40...50 м/сек.

Исследование кавитационных характеристик проводилось экспериментально на воде (для выявления н^-пльной стадии кавитации) и на натрии.. В качестве контрольного параметра при испытании на натрии была выбрана величина напора, и одновременно велись акустические и вибрационные измерения. Впервые получены экспериментально кавитационные характеристики насосов БН-350, БН-600 и БН-800 (П контур).

Конструктивные проработки и ^ «орфическое рассмотрение показывают, что для рассматриваемых насосов наиболее рациональна конструкция с нижним радиальным подшипником, помещенным в натрии и верхним радиально-осевым подшипником (РОП), располагаемым в верхней части насооа. Такое конструктивное решение позволяет значительно сократить верхнюю консоль вала, а та:-;.о способствует устойчивой работе реактора. -

Во всех известию: 1ЩН промышленного назначения применяется в качестве радиального - гидростатический подшипник, питаемый напором собственного рабочего колеса. Правда, в этом случае при пусках и остановках ЦШ не исключено касание рабочих поверхностей подшипника. На основании зкеперкменталыйх работ, подтвержденных результатами эксплуатации насосов, доказано, что при изготовлении втулки вала и корпуса подшипника из материала, имеющего твердость 36...38 Н#с , такое касание но является опасным и не шведит подшипник из строя.

В работе показаны типовые конструкции радиальных ГСП, разработанных и внедренных в проекты натри-эвых насосов при непосредственном участии автора. Новым, оригинальным и единственным г. мире является ГСП с обратно-щелевым дросселированием, применяемый во всех отечественных натриевых насосах, комплексные исследования и теоретическое обоснование которого офррмлены методикой проектирования .

Радиально-осевой подшипник .расположен в Еерхней части насоса, где отсутствует теплоноситель и существуют нормальные условия работы, поэтому вполне реально применение подшипника качения. Воз-ыссж: три конструктивных варианта рэдиально-осевого подзипника качения: с шносной циркуляционной системой смазки; с масляной ванной и внутренней циркуляцией масла; с консистентной смазкой.

Б абсолютном большинстве натриевых насосов РОП выполнен в виде гидродинамического (ГД) подшипника скольжения, расчет которых общеизвестен. Они могут работать, как с системой циркуляции масла ьнутри масляной ванны, так и с выносной'системой смазки.

В натриевых насосах со свободным уровнем теплоносителя в баке инертный газ уплотняется с помощью торцового уплотнения, принцип работ;; которого рассмотрен выше.

Торцоьке уплотнения в натриевых насосах работают при максимальнее давлении уплотняемой среды (аргон) 0,2 КПа в нормальном реки/е и 0,8 ¿Па в аварийном режиме (при остановленном насосе), среднем диаметре уплотняющих колец 210 км'и удельном давлении от 0,С8 МПа дг 0,2 МПа. Такие факторы как материалы трущихся пар, габаритные размеры уплотняющих колец, давление уплотняющей жидкости, скорость вращения являются определяющими и для оптимального проектирования необходимо было:

- экспериментально проверить разработанную схему расчета масляного торцевого уплотнения вала по газу;

- выработать необходимую методику экспериментального иссле-28 -

довалил масляных торцовых УВГ применительно к циркуляционным натриевым насосам;

- найти лучший вариант сочетания материалов для пары трения, который обеспечивал бы заданный ресурс работы уплотнения

(2GCOO час);

- разработать конструкции масляного торцового уплотнения вала по газу применительно к натриевым насосам с диаметром вала 250 мм и ресурсом не менее 50000 часов.

В результате исследований нау^"- технических проблем были созданы, испытаны и внедрены конструкции уплотнений, обеспечивающие элективную работу ЦНН в составе реакторных установок Е0Р-6С, ЕН-350, БН-600 и БН-SCO и необходимые проектные характеристики установки EH-I600, БН-1600М.

Испытания насосных агрегатов для реакторных установок с натриевым теплоносителем проводились в с:ответствии с разработанной автором и, частично, с его участием методологией испытаний узлов, отработки и доводки насосных агрегатов, кзлояснноЯ з глава П. 3 целом, Испытания этих агрегатов включая?-з себя проверку функциональных потребительских качеств как отдельных узлов, так и агрегата в целом: при испытаниях на натрт! дополнительно исследуется насос как возможный источник насыщения циркуляционного контура углеродом (в связи с наличием масла в подзкпнихах и уплотнении зала), а также его поведение в различных нерегламеткых ситуациях.

Исследованию и решению в процессе кспатснпЛ подлежат следующие комплексные научно-техническио задачи:

1. На первом этапе, учитавая некоторую неопределенность проектных, расчетккх на годе и на натрии определяются гидравлические и кагитациокиие характеристика, радиальные силы, исследуются характеристики ~ пускэвк и з переходных ■рттвх.

2. Испытания цкриу.хчтора только на воде, аключсгщие в себя:

проверку механической -работоспособности агрегата; снятие электромеханических характеристик электродвигателя; определение осевой гидравлической .силы; оценку захвата газа на линии слива протечек; проверку работоспособности штатных обслуживающих систем; отработку технологического оборудования для монтажа и демонтажа насоса.

3. Испытания агрегата только на натрии, с целью проверки работоспособности элементов агрегата при заданных температурах; ■ проведения исследований, связанных с проникновением паров масла из насоса в контур и ресурсные испытания.

В работе детально рассмотрены основные этапы решавшихся проблем при испытаниях серийных насосов. -

Эксплуатация насосов в составе ЯЭУ Е0Р-60, ЕН-350, ВН-ССО. Эксплуатация подтвердила правильность выбранных проектом технических ранений. Насосы работают стабильно, успешно обеспечивая все требуемые режимы работы АЭС.

Насосы Е0Р-60 эксплуатируются с 1969 года. Максимальная наработка насоса первого контура на CI.0I.92 г. составила более 138000 ч (24 года без замены шеыной части !), насоса второго контур* - бсгге 100000 часов.

Насосы Ш-600 эксплуатируются с 1930 года и до 1986 года и до пуска реактора "Супер-Феникс Iя во Франции были крупнейшими в пире катриешли насосала. Максимальная наработка на 01.01.92 г. составила: для насосов первого контура более 470С0 часов за одну ка'/панкю и более 77000 часов за две кампании (с заменой рабочего колеса после первого извлечения выемной части насоса из' реактора), для насоса второго контура более 92СОО часов (12 лет без замены).

Коэффициент использования насосов на станциях предельно высок, так, на десятом году эксплуатации насоса ЕН-С00 он находился в пределах 90-95%. Отмеченные Еьзпе многолетние наработки насо-

сов достигнуты без замены подшипников, износ которых практически -отсутствует.

Хорошие результаты показали наиболее нагруженные из ГЦН гидростатические подшипники насосов БН-600: рабочие поверхности сохранили зеркальный характер.без явных следов приработки. Это можно объяснить высокой степенью чистоты перекачиваемого натрия в условиях Бе'лоярской АЭС.

В то-же время выявились факторы, ограничивающие ресурс насосов. Единственной причиной, требующей периодического извлечения выемных частей насосов первого и второго контуров ЕН-350 из баков и первого контура БН-600 из реактора по состоянию на 01.01.92 г. являлся кавитационно-эрозионный износ лопаток рабочих колес. Цель извлечения - замена колеса на запасные. Наиболее подвержены кавитации рабочие колеса насосов ЕН-5С0. Размеры каверн износа дости-^ гают размероп 150x70x18 мм на тыльной стороне лопаток колес. Бес-кавитациошая работа то лее насосов первого 'контура э жестких условиях интегрального реактора БН-600 практически невозможна, так как не обеспечивается необходимое (з 4 раза) повышение давления на всасывании колеса над давление?.! неекценшх паров натрия. В насосах второго контура БН-600 и первого и второго контуров БОР-бО признаков кавитации не наблюдается.-

Как и предполагалось, ограничен ресурс-торцовых механических уплотнений вследствие потерн эластичности и растрескивания уп-лотнительных резиновых деталей под воздействием масла и температуры , приводящие к наруяению герметичности.

Проведена большая работа по сесерпеистзовенив насосов с точки зрения продления их ресурса. Разработаны, изготовлены и испытаны несколько вариантов моделей рабочих колес с различными профилями лопаток. Еыбрпн йпттальныЯ с течки зрения.прстивеказита-ционнкй свойств профиль. По результатам модельных 'легзггпняй раз-

работаны чертежи натурных оптимизированных рабочих колес для насосов перзого контура БН-6С0, первого и второго контуров ЕИ-350. Плановая замена рабочих колес насосов ЕН-600 на новые эаверпается.

Проведена модернизация торцовых уплотнений вала. Уплотнения всех насосов БОР-СС и БН-6СС заменены на новые. Предполагается аналогичная замена и на насосах ЕН-ЗБО.

В первые годы эксплуатации на каждой установке успешно решались своевременные проблемы, связанные с освоением мощности, наладкой систем, обработкой первой полученной информации.

Так на БН-350 возникали трудности: с обеспечением пуска насосов после длительной остановки из-за застывания натрия в зазоре между валом и корпусом; с предотвращением повышения или колебаний уровня натрия в баке насоса из-за увеличения протечек натрия с напора колеса при изменении температурных режимов и т.д.

На БК-600 остро стояла проблема исключения работы насосов первого контура в резонансных замерах частот вращения. Как выяснилось, регулируемый электропривод, выполненный по схеме асинхронно-вентильного каскада - /Ж, является источником пульсации крутящего момента, достигающей з условиях Еелоярской АЭС 6-8? от номинального момента. При совпадении частоты пульсаций момента с собственной частотой колебаний ротора насоса возникали явления . резонанса с тяжелыми последствиями: трещиы на палах, поломки муфт насоса первого контура БН-600.

В течение 1962-1363 годов были проведены тензометричпекие исследования напряженного состояния валов насосов и определены резонансные - запретные зоны частот вращения. Проблема была окончательно решена после эвиеш поврежденных валов запасными (равнопрочными) и. перевода электроприводов насосов после пкходп на мощность в нерегулируемый режим (без использования АЕК).

Благодаря реализации комплекса мероприятий по погашению нп-

дежности насосов установлен увеличенный назначенный ресурс вь'ем-ных частей:

для насосов Б0Р-60 I контура - 14СОСО часов П контура - 8ССОО часов

для насосов ЕН-350 I контура - 50000 часов . и БН-60С П контура - 100000 часов

Ресурс .торцовых уплотнений вала- для насосов Б0Р-60 и БН-бСО установлен 50000 часов, для насосов БН-350 оставлен после изменений - 2СС00 часов.

ГЛАВА 1У. СОЗДАНИЕ РЕАКТОРНОГО СЕРИЙНОГО НАСОСНОГО АГРЕГАТА ДЛЯ РБМК. Насос ЦВН-7 - создавался как вертикальный одноступенчатый центробежный насос консольного тша с нижним гидростатические подшипником, питаемым перекачиваемой водоГГ, зерхнгаи (радиалькьад и осевым) масляными подшипниками скольжения и уплотнение!.« вала. Выход радиоактивной воды из контура, в помещение насосов предотвращается подачей в уплотнение вала запирающей воды с давлением, превышающий давление на всасывании насоса. Протечки з контур'ограничиваются 2-мя, а наружу - 7-ю гидравлически разгруженными плавающими кольцами и торцовым концевым уплотнение:!.

Особенностью условий эксплуатации з состава контура является то, что при работе насоса з различных родагах давление на всасывании изменяется э диапазоне 0,33-3 '31а, что приводит к изменению направления действия осепой силы и величин протечек уплотняющей зоды в контур. Поэтому осевой подшипник насоса выполнен с нижними и верхними колодками,'а постоянство проточен з нентур поддерглца-ется автоматической системой регулирования перепода на 2-х шскнда кольцах.

При полном обесточили::» объекта ( >"*3 "ин) пчтенио уплотнений ГЦН обеспечивается ео^ой аварийно?, газовой систем (АТС).

По результатам исс.тсд ;"ни^ а конструкторских проработок бы-

33

ли выбраны габариты рабочих органов (проточной части насоса), в соответствии с которыми создан.модельный насос, геометрические размеры проточно.й части которого уменьшены по сравнению с натурой в 4,5 раза.

При отработке этой модели было исследовано несколько модификаций рабочих колес и направляющих аппаратов, позволивших обоснованно выбрать вариант проточной части насоса и уточнить ранее принятые геометрические размеры рабочих органов.

Исходя из предложенной в главе П методологии геометрия проточкой части насоса ЦШ-7 и его основные характеристики после детального анализа выбраны на основе пересчета с модели.

Анализ влияния технологии изготовления рабочего колеса на характеристику "напор-подача". Как известно, характеристики насосов, изготовленных по одним и тем же чертежам, отличаются одна от другой из-за технологических допусков. В насосе с направляющим аппаратом наибольшие допуски имеет рабочее колесо. Поэтому оно, главны.; образом, определяет величину отклонения характеристики В рабочем же колесе основное влияние на величину напора оказывают выходке размеры: ширина канала и угол лопасти j*,^ Приводятся результате расчета максимально возможных отклонен!-.!' характеристик О, -И называемых технологией изготовления рпбо«:ос колес, а тагсяе максимальная и минимальная характеристики псяученнкз по результатам испытаний 8 серийных насосов.

3 мо^остгкх рекиыах, когда на всасывание насоса подеется "холоднея" питательная вода, чем обеспечивается недогрев перекг,-чивеег-'сй воды на 14°С, располагаемый на установке кавитационшсй запас достигает ~ IE0 к, это значительно превышает допустимый. В этом случае насосы ЦВЕ-7 работают без кавитации во всех возможных режимах контура. При отсутствии подачи питательной водь: (переходные и аварийные режимы) располагаемый кавитационный заплс

определяется статической высотой уровня в сепараторе (относительно горизонтальной оси рабочего колеса) и сопротивлением всасывающего участка трассы.

Полученная в результате исследований зависимость располагаемого кявитационного запаса при отсутствии питательной воды для 2-х и 3-х работающих агрегатов и кавитационные характеристики насоса ЦВН-7 представлены в графической форме. .

Экспериментальные работы по определению характеристик насоса ЦВН-7 на горячей воде без подачи питательной воды на всасывание.^ корректнее проводить непосредственно на объекте, где выполняются все требования по водоподготовке и газосодерканию, что и было выполнено на ЛАЭС.

Методика определения зависимости осевой силы от подачи в натурном насосе состояла в следующем: к имеющейся характеристике модели (без ребер в заколесной полости) первоначально введена поправка на влияние ребер, а затем проводился пересчет по форлуле подобия с учетом увеличения выходного диаметра рабочего колеса.

Анализ полученных результатов, показал, что максимальная осевая сила в допускаемом диапазоне подач достигает 750 кН, а предложенное введение системы разгрузка сниласт ее до 260 кН, что обеспечивает приемлемые осевые нагрузки на осевом подшипнике во всех режимах, а подшипник имеет приемлемые геометрические размеры; предусмотрен контроль за давлением з масляном клине осевого подшипника.

Анализировались величина пускового момента и характеристики насоса без привода, згигочают.э зависимость гидравлического сопро-тнпления, момента сопрстизтеи::;! и чо.стотк вращения насоса от расхода ккдкссти через него. При неработазщял прнгоде дзияение жидкости <?ерез !1псос возможно кпк э прямом естественной циртгу-лг.ции), так и обратной (ятквз обратного клапана) направлении. ' . 35

Указанные выше характеристики были рассчитаны и исследованы на воздушной модели проточной части.

Проведенный анализ показал, что при пуске насосного агрегата из турбинного режима увеличивается, время пуска электродвигателя (время торможения от - 750 об/мин до 0 по оценке составляет а/ 25 сек) и, следовательно, обмотка статора его находится под пусковым током более длительное время (примерно в 3 раза долыие, чем при нормальном пуске), что монет вызвать перегрев двигателя и даже выход его из строя. В случае установки антиреверсивного устройства пуск насосного агрегата практически не будет отличаться от нормального (когда насос не вращается). Полученные данные позволили обосновать выбор двигателя для насоса.

По. результаты/, анализа и обобщения опыта по натриевым насосам была предложена конструкция радиально-осевого подшипника, в виде единого блока с принудительной смазкой минеральны.) гаслом.

Осевой гидродинамический подлинник разработан с самоустанее-ливающииися колодками, н для более равномерного распределения, нагрузки колодки своими опорными ребрами установлены на рессор:. В нормальном реякие работы насоса осевое усилие воспринимается кил:-ними колодка:.:« (число их 8). В.пусковых, переходных и аварийных рс::;г.:пх осевая сила может восприниматься или ниапг/н или верхними колодками (число верхних колодок тагске б).

Нижний подшипниковый узел предназначен для восприятия ради-альнкх нагрузок, действующих на ротор насоса, и состоит из низшего радиального подшипника и уплотштельного пояска, разделявшего пслсстъ слива, среды из подшипника от полости за рабочим колесом насоса.

Б связи с тем, что рабочей средой насоса является вода с температурой 270°С и давлением 7,2 Ща, работа нижнего подшипникового узла проходит в тяжелых условиях". Применение в качестве нижней

опоры обычных гидродинамических подшипников в таких условиях является затруднительным, т.к. приводит либо к большим консолям рабочего колеса, а следовательно, к большим нагрузкам на опоры и увеличенным габаритам насоса, если смазочной средой является масло, либо требует очень высокой точности изготовления и сборки всего насоса, если смазочной средой является вода, т.к. толщина несущей пленки в этом случае из-за неболызой вязкости воды оказывается весьма малой.

Указанные трудности можно преодолеть, если в качестве нижней опоры применить подшипники гидростатического типа, в котором несущая способность создается за счет принудительного нагнетания смазки а .зазор. Обладая достаточной жесткостью, высокой несущей способностью и хоронили демпфирующими свойствам!, гидростатические подшипники (ГСП) позволяют использовать в качество смазки рабочую жидкость агрегата и тем самым существенно упростить его конструкцию, обеспечивая при этом достаточно больлуз толщину жидкостной пленки, разделяющей вал и втулку пода'.тн-ика.

По результатам анализа теоретических расчетов и экспериментальных исследований всех известных конструкций ГШ выбран камерный подшипник с постоянным др'о с с ел про впниец на нходв, так как такие подшипники имеют достаточно высокие хозффкцяентн грузоподъемности и минимальные коэффициенты расхода, а п кзготоглеш:;! гораздо проще, чем, например, подаипникк с внутренним ил;: гнссним щелекы дросселированием. Конструктивно втулка гидростатического подшипника выполнена за одно целое с упяотнительгам пояском.

Система питания гидростатического подшипника - автономная, питрние подшипника осуществляется непосредственно с напора колеса водой рг.бсчяго контура устлнсэхи. Так как з годе ргбсчего контура установки неизбежно присуетг:? 23веп*>нк1Ес част:!ц, всзггоапо попадание этта частиц з рабочую йену подшипника п, как слсдстгле,

износ подшипника и выход из строя. Поэтому с целью повышения надежности гидростатического подшипника в насосе ЦВН-7 для очистки воды от взваленных механических частицразработан, теоретически обоснован' и применен гидроциклоы.

Результаты эксплуатации насосов ЦВН-7. Первые года эксплуатации четырех блоков РБЫК (2 блока Ленинградской АЭС, первые блоки Цурской к Чернобыльской АХ) подтвердила работоспособность и хорошие эксплуатационные качества насоса ЦВН-7 на всех специфи-кационных режимах работы установки.

На Ленинградской АХ все насосы- превысили предусмотренный техническими условиями, ресурс работы. Некоторые экземпляры имеют наработку е 2-3. раза превышающую запланированный ресурс и продол.-

ггят нормально эксплуатироваться. Это позволило повысить плановый

#

ресурс работы до капитального ремонта насосов ЦВН-7 до 60 тысяч часов.

Кроме этого, опыт ликвидации последствий аварийного прекра-цения подечи уплотняющей воды на ЛАХ в иоле 1976' года» когда за сравнительно короткий промежуток времени. (2-3 месяца* б условиям неподготовленной к ремонту такого масштаба станции, были устранены весьма серьезные повреждения песта насосов ЦЕН-7Г показал хорошую ремонтопригодность агрегата.

В то се вроия анализ неполадок, некзбеаою имеющих место при практическом освоении такого уника&ьыдго объекта,»как установка РЕЙК, позволил реально оценить требования к ее оборудованию, выбрать на^олее экономичнее и. безопаснее режимы работы как установки в целой, так к се гласных циркуляционных насосов, в частности.

Насос ЦВН-&.. Спит эксплуатации головных блоков РЕМК позволил реально определись объем требований, предъявляемых к ГЦН.

Цозтоцу одновременно с совершенствованием систем л методов эксплуатации насоса ЦЕН-7 для вторых очередей АЭС с реактором 38 - „ -

РБЖ был разработан модернизированный вариант ГЦН - насос ЦВН-8. Целью модернизации наряду с дальнейшим улучшением рабочих характеристик явилось повышение надежности работы ГЦН достижение его максимальной "живучести" в большинстве аварийных режимов работы блока. Главным отличием ЦВН-8 от ЦВН-7 является установка в нем двойного торцового механического контактного уплотнения с подачей в полость между его ступенями запирающей воды, имеющей давление выше, чем давление в КМПЦ. Часть запирающей воды через нижнюю ("контурную") ступень проходит в КШЦ, а другая часть через верхнюю ("атмосферную") ступень сливается в специальную емкость. Контактные кольца, образующие рабочий стык, выполнены из силицированного графита, обладающего высокой износоустойчивостью и хорошими антифрикционными свойствами.

Важным усовершенствованием является также введения з гидростатическом подшипнике насоса ЦВН-8 противозадириого пояска, выполненного из силицироБанного графита и расположенного э нижней части ГСП.

В насосах ЦВН-8 для исключения обратного вращения ротора предусмотрено антиреверсивное устройство.

Модернизации подвергались и вспомогательные системы ГЦН. Кроме уже упомянутой переработки системы питания уплотнений существенно изменена компоновка масляной системы насоса. Для ЦЕН-8 она выполнена в виде индивидуального для каждого насоса ыасяобло-ка, что повысило автономность ГЦН м, следовательно, надежность установки з целом. Слиэ зоды из гидростатического подшипника на всасывание ЦВН-8 организован по системе сверлений шутрп насоса. Это позволило уменьшить количество "грязных" трубопроводов зо вспомогательных системах.

Креме описанных, в кгсосо ЦВН-8 применен ещэ цзл^Я ряд усовершенствований, напразленннх на погкзение т ехн о г. о г; I о с ти и

эксплуатационных качеств насосного агрегата.

В настоящее время насосами ЦВНтБ оснадеш 10 действующих энергоблоков АЭС, на которых в общей сложности находятся в эксплуатации 80 насосов, по 8 на катдом энергоблоке.

Первый энергоблок с насосами ЦЕН-8 при непосредственном участии автора был введен в эксплуатацию в 1979 году. По состоянию на 1991 год общая наработка составило более 5 млн. часов.

ГЛАВА У. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДО1А ПРИ СОЗДАНИИ ЦИРШЯТОРОВ СОВРЕМЕННОГО ПОКОЛЕНИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ. Создание насосов для реакторных установок атомных станций теплоснабжения и перспективных реакторов повышенной безопасности проводились не основе концепций изложенных в предыдущих главах.

Касос промежуточного контура АСТ-500. На основании проведенных исследований, анализа к модельных испытаний отдельных узлов в осноьу конструкции насоса ЦВН-15 промежуточного контура АСТ-500 были палсзеин следуюз^е.елробировачные ранее, технические решения:

- Ткп иассс- - центробежный, вертикальный, одноступенчатый, как нагбеггэ еоотзэтствувщий «функциональным, компоновочным и ремонта требованиям, предъявляемым установкой.

- Герметизация объема теплоносителя в контур« при работе насоса достигается за счет применения торцового уплотнения вала. Для повышенкд живучести - уплотнение двухступенчатое с последовательно расположенными основной и резервной ступенями.

- Верхний подшипниковый блок - легкосъемкый агрегат, содер-жао!Й дуплексировенный (сдвоенный) радиальнс-осевой подшипник с циркуляционной системой смазки, встроенной -в блок подшипника.

- КиккиА радиальный подшипник - гидростатический, дроссельный, восьмикамерный с питанием от насоса через мультиггдрсциклон очистки.

Напорная и энергетическая характеристики насоса исследовались при температуре на всасывании 90 и 200°С в диапазоне подач IC00-2800 ы3/час. Напор и мощюсть на валу насоса удовлетворили требования, 'сднако НПД насоса при номинальной подаче оказался ниже требований технических условий. На основании анализа и проведенных исследований была проведена доработка направляющего аппарата, обеспечены оптимальные зазоры в лабиринтах рабочего колеса направляющего аппарата, усовершенствована технология изготовления рабочего колеса, что позволило увеличить КПД насоса на ноыиналь-v ной подаче до 75-76%.

Теплогае характеристики насоса ЦВН-15 определялись при работе на "холодной" и "горячей" воде при постоянной протечке из-под уплотнения ICO л/ч и включали:

определение мощности холодильников; определение минимальных расходов охлаждающей вода; определение времени работы насоса без о^яггдэния, стоянку в горячем резерве.

Испытания в переходных режимах проводились на "холодном" и "горячем" режимах и включали пуски я шбгги насоса на номинальной подаче, в безрасходном режиме и пропорку работоспособности насоса при закрытой задвижке основной трассы. В результате обработки осциллограмм характеристики искгенсяка подач;:,'нетора, частота вращения в зависимости от среиош пр*: пуста гкб«ге насоса.

Кавитационные испытания нассса ярозодилигь при температуре воды на всасываний (S0¿5)°C и подачах ГС-СО, I7C0, 2IC0, 2500 иэ/ч. Снижение давления на эсасазсниа производилось плавно от значения дгзленад, при которых -а-та« не паЗлвдазтся до снижения напора на 1С.. .20? от начального, Испытания показали, что допустаиыЯ ка-зитациенный запас удовлетворяя* ЗУ на пед&тах 2500 к 2100 ыэ/ч, а на подаче I7C0 м3/ч на 0,8 г; лрягыгает треЗогаилл.

Для измерения вибрации применяется измерительный тракт, состоящий из' пьезоакседерометров типа 4321; усилителя заряда типа 2626; измерительного усилителя типа 2603; третьоктавных фильтров типа 1614; самописца уровня типа 2305.

Анализ вибрации проводился в третьоктавных полосах частот в диапазоне 5...12500 Гц в относительных единицах среднеквадратичного ускорения (децибеллах, дБ).

Измерение спектра вибрации в районе верхнего подшипника насоса при номинальных параметрах работы насосного агрегата показали, что имеются повышенные уровни вибрации (96 дБ) в области частот 3000 + 5000 Гц. Исследования выявили недостаточную жесткость крепления бобышки, на которой устанавливался акселерометр к верхней крышке подшипника насоса. При установке пьезсакселерометра на корпус в районе верхнего подшипникового узла спектральный состав вибрации не изменился, но уровни в области частот 3000... 5000 П; снизился до 79 дБ. С целью выявления источника вибрации в указанной области частот были представлены измерения спектра вибрецни при холостом ходе электродвигателя (вал насоса расцепили от вала электродвигателя). В результате измерений установлено, что источником созбуздсющих сил является работа нижнего подшипника электродвигателя, а кршка верхнего подшипника насоса имеет собственные частоты, близкие к этой области

Вибрация насосного агрегата по всем точкам контроля имеет сплоаиой спектр с явно выраженными составляющими в третьоктавных полесах частот: 10, 16 , 50, 125, 200*250, 600*800, 1250 и3000* ЬССС Гц. Кожнс отметить, что: 16,6 Гц - частота вращения; 50 Гц -частота питающего напряжения; 125 П* - "лопаточная" частота.

Ресурсные испытания. С целы определения надежности реботь: насоса в процессе длительной эксплуатации на "холодной" и "горячей" воде насос отработал 1756 ч, из них:

605 ч при Твс = (20С+5)°С и подаче # , = (2100+150) м3/ч;

II5I ч при Твс = (90+5)°С и подаче ¿¿ = (2100+150) м3/ч.

За время работы насоса было произведено 116 пусков на различных подачах., в том числе 6 пусков при закрытой задвижке основной трассы. Ресурсные испытания проводились при положении перепускного клапана, обеспечивающем работу насоса на верхней ступени уплотнения, оставляя нижнюю ступень без перепада.

Б процессе испытаний выполнено 30 расхолаживачий в режиме изменения температуры от 200 до 50°С. Вгемя изменения температуры при этом составляло 22-25 мин. Нар/ле.шя герметичности насоса не наблюдалось. По результатам испытаний была проведена доработка отдельных элементов конструкций, но в целом испытания подтвердили принятые решения.

* В результате комплекса исследовательских, конструкторских и экспериментальных работ была п^едложрна, создана, испытана и внедрена в проектную документацию конструкция насоса ЦБН-15 - -главного циркулятора промежуточного контура атомной станции теплоснабжения АСТ-500, отвечающая всем требованиям надежности.

Циркулятор реакторной установки БПБЗР-600. Для установки БПБЭР-600 анализировалась современнся концепция а составе первого контура герметичных электронасосов. Это безусловно отход от существующих ранее научных подходов к пробл cío применения горые-тичных ГЦН. Рассматривается, ках применение того или иного типа ГЦН отражается на безопасности, реакторной установки в целом.

Как показала проработка,конструкция ГЦН с уплотнением вала на параметры Q = I4I4Q и3/ч, Н = 61 м предусматривает применение .узлов, работоспособность хоторкх обеспечивается внешними'актиачы-ми вспомогательными системами. Большая мерзость приводного электродвигателя насоса ( г^4СССкВт на "холодной" поде), передаваемо- í го крутящего момента, опр.\де::лю? диаметр пала а районе уплотнения

вала 230-250 мм, что при параметрах первого контура установки ЕПБЭР-600 Р = 16 Ша вызывает появление осевой силы ротора ^80 кН. Такая величина осевой силы заставляет использовать в конструкции насоса осевой подшипник с внешней циркуляционной системой смазки, работающей на масле, ибо в настоящий момент нет отработанной и прошедшей испытания в условиях установки конструкции осевого подшипника такой грузоподъемности на водяной смазке, что позволило бь! исключить масло.. Опыт проектирования ГЦН РБМК с близкой величиной подачи показывает, что создание осевого подшипника, рассчитанного на длительную работу при нагрузке до 80 кН нецелесообразно, тр.к как значительные тепловыделения в подшипнике требуют применения циркуляционной системы смазки производительностью до IC0 м3/ч, с большим объемом масла, что повышает пожароопасность оборудования, отражается в безопасности установки в целом. С целью уменьшения величины осевой силы и достижения оптимальной мощности системы смазки, в большинстве конструкций насосов применяется система электромагнитной разгрузки с водяным охлавдеииек обмотки электромагнита, питающимся, также от внешней активной системы.

Такга; образом,', вариант применения в.составе первого контура установки ШЕЭР-600 насоса с уплотнением вала не в полной мере удовлетворяет современным .требованиям обеспечения безопасности РУ в части сокращения количества внешних активных обслуживающих систем, возможности агрегатирования оборудования первого контура.

'Применение в первом контуре установки герметичного бессальни-

<

кового ГЦН этим требованиям отвечают в большей степени. Прежде всего, за счет уменьшения до минимума количества внешних активных обслуживающих систем.

Конструкторско-расчетная проработка конструкции герметичного электронасоса показала, что данная конструкция позволяет в большей степени использовать отработанные узлы ГЦН предшествующих

поколений: радиального ГСП, осевого гидродинамического подшипника на водяной смазке. К недостаткам герметичного насоса большой ыо'пдеости, как ранее и отмечалось автором, следует отнести сравнительно низкий КПД 52-55%, однако, если учесть мощности оборудования обслуживающий систем насоса с уплотнением вала, то разница КПД в пользу ГЦН с уплотнением вала составит ~ (1С-15%).

Важность и ценность накопленных и обобщешых знаний, научно обоснованная методология проектирования, предложенная автором, позволяет сформулировать для ГЦН рештора ВПБЭР-60С ногке подходы, полностью отвечающие требований! ^'еоопясности АЗС.

Это должен быть центробежный электронасос со встроен!^ герметичным электродвигателем(трехфазный, асинхронный, с коротко-замкнутым ротором, с.водозалолкенным статором). УстпновкЬ ( гсо-са - электродвигателем вниз или вверх.

Электронасос представляет ссЛпП '"регат, состояли из электродвигателя и проточной части, конструктивно объединенных и монтируемых совместно, т.е. типовая схема бесеалыгпкового герметичного ГЦН с "мокрым" или "сухим" статором.

Проведенные научно-технические исследования позволяют обоснованно выбрать конструкцию ГЦН для устсновкн ВПБЭР-60С.

ЗАШНЕНИК

1. Предложены и разработаны основные концепции создания глав:шх циркуляторов ядерных энергетических установок, включая проектирование, методолгкю испытаний и отработки основных узлов

и агрегатов в целом, а тагсхо организацию эксплуатации и ремонткьх ргбот. Концепция реализована при создании главных циркулятсроя для. отечсстгешшх ядер-ь-х источников энергии с натриевым и зодя-нта теплоносителем.

2. На оспсгалии комплекса теоретических и экспериментальных

45

работ создан и внедрен новостной ряд главных циркуляционных насосов для натриевых контуров установок Б0Р-60, БН-350, БН-600, ЕЯ-вСО, • разработаны насосы для установки БН-16С0.

Обоснованность выводов и рекомендаций диссертации подтверждена успешным длительным опытом эксплуатации этих установпк.

3. Проведено исследование и предложены оригинальные технические решения основных узлов, предложена, разработана, создана и внедрена конструкция серийных главных циркуляционных насосов первого контура установок РМЕК-1000. Насосы успешно эксплуатируются в составе серийных энергоблоков с РБМК-ЮОО, начиная с первого блока Ленинградской АЭС.

4. Предложены, разработаны, прошли успешно испытания и внедрены в проектную документацию главные насосы промежуточного контура установки АСТ-500.

5. Научно-технической основой создания главных циркуляторов указанных реакторных-блоков явились результаты теоретических и экспериментальных исследований различных типов проточных частей, подшипниковых опор, торцовых и целевых уплотнений вала насоса, ноше методу определения осевых и радиальных сил и доводки их до, расчетных вэличкн.

6. Результаты выполненных исследований, рекомендаций по кон-струкрованию главных циркуляторов и их важнейших узлов и систем, воплощенных и конструкциях длительно и успешно эксплуатирующихся реакторных блоков, позволяют более успешно решать проблему создания высоконадежных ГЦН для перспективных реакторных установок попоенной безопасности.

7. Выполненный комплекс работ, по существу, позболил создать новую отечественную подотрасль реакторного насосостроения, и обеспечить создание нескольких типов реакторных установок с жед-ксметаллическим и водяным теплоносителями.

ЛИТЕРАТУРА

1. !Литенков Главные циркуляционные насосы АЭС / Ф.М. Митенков, Э.Г. Новинский, В.М. Будов.- 'Î.: Эчергоатомиздат, 1984.

2. Новинский Э.Г. Исследования по созданию и отработке натриевчх насосов энергетических быстрых реакторов: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, й-5061.-ГоськиЯ, - I960.

3. :,ütani:ov F. 11., Ciierncaordik S.ÏÏ., liovinskij S. G., 3rfanr'.inssn aus der Snfcirickluag der Вшреа fur die energeti-snen Anlagen ant den. Heaktoran БК-550 und 30E-60 // Kernenergie. - 1975. - Bd. 18. - If 4,- S. 1C5 - 114.

4. Разработка и испытание натроееых насосоз для реакторов БН-350

и ЕОР-бО / Ю.Я. Кошшн, З.И. Костин, 2.М. !£итеняоз, Э.Г. Новинский и др.- 3 кн.: Состояние и перспективы работ по созданию АХ с реакторами иа быстрых нейтронах.- Обнинск, 1975,т.1,0.573-607.

5. йггенхов <5. IL, Новинский Э.Г, Токарев Е,П. Механические уплотнения пала с докритическии уровнем протечки для главных циркуляционных насосов АЭС: Доклад иа Всесоюзном научно-техническом совещании " Пути повышения надежности и унификации уплотнений реакторов центробежных насосов и компрессоров." - Суиа, 1979.

6. Митенкоз 5.М., Вахрамов H.A., Ногинский Э.Г. Исследование осевых подпапникоэ скольжения на водяном смазочном материале.// Тяжелое масянострсение.- 1990.- Г« 7.

7. Митенков $.М. и др. Главные циркуляционные насоса АЭС./ / Ф/Л.Митенноз, Э.Г. Новинский, В.М. Будоз - 2-е зэд.-îi: Энергоатокиздат, 1990.

8. Предупрездение кавитацио:иой эрозии проточках частей натриевых насосов / В.А. Бабин, <5.М. '¿итекков, Э.Г. Нозимский, и др.: Доклад на секции МАГАТЭ по кавитации- ОРТ, 1985.

9. Но в;: нега f> Э.Г., к др. Подшипники скольжения рнеогетичееккх

ротопчмх малин // ШЭинйормэнергомаа - 1935.-Вып. 1с {3-65-07). :.\Нов-/чс!-пГ; Э.Г., Кошкин Ю.Н., Шаронов В.И. Ста? проектирования насосов для атомных энергетических установок с рсактсоам: ка быстгых нейтронах.// ЦНИИатоминформ - 1973.- Еып. 1/1.

11. Novins:d.j E.G. and el. Circulation Punp - 7 for Large Eoiling Hâter Beactor Stations:

Доклад на мегдунпрадной конференции по насосам адерных силовых установок.- Бат., 1974.

12. Eorinskiy E.G. and el. Puzps for Ki-550 and B0H-60 Power Plants: Доклад ка uezgyнародной конференции по насосам ядерных силовых установок.- Бат., 1974.

13. lîovinskiy E.G. and el. Design and Experlnental Development

of sodiua îteDs: Доклад на международной конференции .- Оксфорд, 1934. * ' .^„у

14. Методика экспертментасыюй отработки насосоЕ для k3i>/

Э.Г. Новинский, В.A. Eaiv.K, В.И. Козтин и др.: Доклад на советско-китайской встрече.- Еанхай, 19г2. Го. Новинский З.Г., Белов С.А.. Костин В.И. Опыт разработки натриевых насосов..- Доклад на советско-китайском симпозиуме.-Пекин,. 1992.

Iô. Участие предприятия п/я А-7755 в рг-зработке к создана: установок Б0Р-60; БН-350; Ш-600; УЯ-4 и Ш-1500./ Э.Г. Новинский, В.И. Костин к др.: Отчет/ <ЖБЫ; ИнзД4 3S4I05.- Горький, 1973.