Комплекс для создания контура охлаждения и смазки радиально-осевого подшипника

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано преимущественно в конструкции главного циркуляционного насосного агрегата (ГЦНА) для энергоблоков атомных электростанций (АЭС).

ГЦНА, применяемый на блоках АЭС с реакторами ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200, обеспечивает принудительную циркуляцию теплоносителя в первом контуре блока АЭС с целью отвода тепла от активной зоны ядерного реактора. Стабильная работа ГЦНА в большой степени зависит от надежности обслуживающих систем, одной из которых является предусмотренная конструкцией ГЦНА система охлаждения и смазки радиально-осевого подшипника (РОП). ГЦНА относится к вертикальным водяным насосным агрегатам с механическим уплотнением вала. Насосный агрегат состоит из двух частей - насосной части и электродвигателя. Вал насосной части соединен с валом электродвигателя посредством гибкой пластинчатой муфты, передающей на вал насосной части крутящий момент вала электродвигателя. Вал насосной части вращается в двух независимых друг от друга подшипниках. Вал электродвигателя вращается в двух независимых радиальных подшипниках и упорном подшипнике, воспринимающем вес ротора электродвигателя. Радиально-осевое усилие, действующее на вал насоса, воспринимается РОП, смазка и охлаждение которого производится водой общестанционной системы промежуточного контура (промконтур) АЭС. Циркуляция воды через упорные кольца и радиальный подшипник обеспечивается с помощью встроенного лабиринтно-винтового насоса. Качество подаваемой воды в ГЦНА играет немаловажную роль.

Известна система охлаждения и смазки для нижнего радиального подшипника скольжения и система запирающей воды для узла уплотнения вала в «Главном циркуляционном насосном агрегате» (Патент RU 2418197 C1, F04D 29/58, F04D 29/06, G21D 1/04, опубл. 10.05.2011), где подшипник размещен на валу насоса над рабочим колесом. Напорная часть насоса связана с автономным контуром (системой охлаждения и смазки нижнего радиального подшипника) расположенными между ними внутри насоса гидравлическими лабиринтами. Узел уплотнения вала выполнен в виде блока из одинаковых ступеней торцевых уплотнений с внешним байпасированием двух средних основных ступеней. Полости узла уплотнения, смежные с первой основной ступенью, гидравлически связаны байпасом с последовательно установленными дроссельным устройством и запорной арматурой, а смежные со второй основной ступенью - дроссельным устройством и запорной арматурой.

Известна система охлаждения и смазки для нижнего радиального подшипника скольжения «Энергоблока» (Патент RU 2425256 С2, F04D 29/58, F04D 29/06, G21D 1/04, опубл. 27.07.2011), включающая отводящий трубопровод, холодильник и подводящий трубопровод. Система охлаждения и смазки для нижнего радиального подшипника скольжения представляет собой автономный контур, связанный с напорной частью насоса расположенными между ними внутри насоса гидравлическими лабиринтами. Узел уплотнения вала выполнен в виде блока торцевых уплотнений.

Вышеуказанные системы охлаждения и смазки распространяются на элементы ГЦНА, работающие в непосредственном контакте с теплоносителем.

Известна «Система стабилизации давления канала охлаждения и смазывания радиально-осевого подшипника главного циркуляционного насоса» (Патент RU 2578767 C1, F04D 29/58, F04D 29/06, опубл. 27.03.2016), содержащая системы подачи азота и воды и уравнительный резервуар, канал охлаждения и смазывания подшипника главного циркуляционного насоса, соединительный трубопровод, сливной трубопровод, трубопровод для наполнения резервуара с запорным клапаном, байпасный трубопровод, дренажный трубопровод с дренажным клапаном, трубопровод подачи азота с последовательно установленными тремя запорными клапанами и дополнительным трубопроводом. Между дренажным и дополнительным трубопроводами установлен балансный клапан. Участок трубопровода подачи азота между вторым и третьим клапанами соединен с воздуховыпускным трубопроводом с запорным клапаном.

Недостатком вышеуказанной системы является то, что для охлаждения и смазки РОП использован индивидуальный замкнутый контур, напор в котором создается за счет уравнительного резервуара, к которому подводится трубопровод для наполнения резервуара с запорным клапаном и трубопровод подачи азота. При этом для исключения завоздушивания контура РОП обязательно применяется воздуховыпускной трубопровод с запорным клапаном.

В основу изобретения положена задача разработки комплекса для создания эффективной системы охлаждения и смазки для радиально-осевого подшипника, позволяющего использовать непосредственно воду самого промконтура АЭС и обеспечивать работу РОП в ГЦНА в случае прекращения подачи воды.

Для решения поставленной задачи предложен комплекс для создания контура охлаждения и смазки радиально-осевого подшипника (далее - контур РОП), включающий РОП; гидроциклон; трубопровод подвода воды промконтура в РОП; трубопровод отвода воды промконтура из РОП с вмонтированной внутри него системой трехступенчатого дросселирования; байпасную ветку с установленным на ней обратным клапаном, соединяющую трубопровод подвода воды промконтура в РОП и трубопровод отвода воды промконтура из РОП; трубопровод сброса загрязненной воды в основной контур, соединяющий трубопровод отвода воды промконтура из РОП с гидроциклоном.

В связи с повышенными требованиями к качеству воды, подаваемой в контур РОП, и необходимостью исключения из воды промконтура всевозможных примесей использован гидроциклон, что является дополнительной мерой защиты пар трения РОП от механического воздействия и износа. Вода промконтура, проходя через блок очистителей гидроциклона, где сепарируются механические примеси, очищается и уже подготовленная (более высокого качества) подводится в РОП. Главными преимуществами гидроциклона являются:

- высокая удельная производительность;

- компактность установки;

- простота (отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для генерирования центробежной силы).

Байпасная ветка, позволяющая осуществить замыкание контура РОП, обеспечивает использование воды для охлаждения и смазки РОП без отдачи в общестанционную систему, что гарантирует работоспособность радиально-осевого подшипника ГЦНА в аварийных ситуациях.

Система трехступенчатого дросселирования, представляющая собой три дросселя, последовательно установленных внутри трубопровода отвода воды промконтура из РОП, предназначена для поддержания давления в РОП.

Преимущество предлагаемого комплекса для создания контура РОП заключается в том, что он не работает с элементами ГЦНА, контактирующими непосредственно с теплоносителем, и позволяет отказаться от индивидуальной замкнутой системы охлаждения и смазки РОП в ГЦНА.

При использовании предлагаемого технического решения могут быть получены дополнительно следующие технические результаты:

- возможность повторного использования воды, не прошедшей очистку перед подачей ее в контур РОП;

- упрощение конструкции;

- повышение надежности работы энергоблока.

Технические результаты достигаются:

- наличием в составе комплекса байпасной ветки с обратным клапаном, благодаря которым происходит замыкание циркуляции контура РОП, что обеспечивает использование воды промконтура и работу РОП в ГЦНА в случае прекращения подачи воды;

- применением системы трехступенчатого дросселирования, установленной внутри трубопровода отвода воды промконтура из РОП, что обеспечивает поддержание давления в РОП и гарантирует надежность работы энергоблока;

- исключением из конструкции комплекса для создания контура РОП подпорного бака, холодильника и воздухоотделителя, что упрощает всю конструкцию и в свою очередь исключает возможность выхода из строя данных элементов и системы смазки и охлаждения всего ГЦНА в целом при одновременном сохранении надежности работы;

- наличием в составе комплекса для создания контура РОП гидроциклона для фильтрации подаваемой в ГЦНА воды, который позволят использовать непосредственно воду самого промконтура АЭС, что немаловажно для осуществления работоспособности элементов пар трения РОП в частности и повышает надежность работы энергоблока в целом.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, фиг. 1-2:

на фиг. 1 - компоновочная схема комплекса для создания контура РОП;

на фиг. 2 - схема системы трехступенчатого дросселирования.

Комплекс для создания контура охлаждения и смазки радиально-осевого подшипника (фиг. 1) включает РОП 1; гидроциклон 2; трубопровод 3 подвода воды промконтура в РОП; трубопровод 4 отвода воды промконтура из РОП с системой 5 трехступенчатого дросселирования; байпасную ветку 6 с установленным на ней обратным клапаном 7 и трубопровод 8 сброса загрязненной воды в основной контур.

РОП 1 предназначен для того, чтобы воспринимать радиально-осевое усилие, действующее на вал насоса ГЦНА и установлен на корпус (не показан) выемной части ГЦНА.

Гидроциклон 2 расположен на входе в контур РОП и представляет собой блок очистителей (не показан), основной принцип работы которого основан на сепарации частиц твердой фазы во вращающемся потоке жидкости. Для очистки воды промконтура от частиц твердой фазы применен прямоточный принцип с прохождением воды в блоке очистителей. После удаления примесей из воды, она напрямую поступает в РОП для смазки и охлаждения.

Для осуществления возможности подвода в РОП 1 и отвода из РОП 1 воды промконтура установлены соответствующие трубопроводы: трубопровод 3 подвода воды промконтура в РОП и трубопровод 4 отвода воды промконтура из РОП. Трубопровод 3 подвода воды промконтура в радиально-осевой подшипник соединяет расположенный на входе в контур РОП гидроциклон 2 с РОП 1. Внутри трубопровода 4 отвода воды промконтура из радиально-осевого подшипника установлена система 5 трехступенчатого дросселирования.

Система 5 трехступенчатого дросселирования (фиг. 2) представляет собой три дросселя 9, установленные последовательно внутри трубопровода 4 отвода воды промконтура из РОП, и предназначена для поддержания давления воды в контуре РОП. В процессе работы в РОП 1 возникают большие относительные скорости движения среды и чтобы избежать разрушения конструкции РОП 1 вследствие возникающего процесса кавитации, необходимо поддерживать давление в контуре РОП и в самом РОП 1. Для обеспечения необходимого давления в контуре РОП необходимо обеспечить большое падение давления за счет системы 5 трехступенчатого дросселирования. При применении одной ступени (только одного дросселя 9) происходит сужение проходного сечения канала до неприемлемого значения диаметра, при котором высокая скорость и низкое давление потока приведут к интенсивному парообразованию. Вследствие чего, для оптимального распределения значения диаметра проходного сечения канала и достижения, связанных с ним оптимальных скоростей движения среды применены три дросселя 9, расположенные последовательно. В случае применения меньшего числа дросселей 9 неизбежно интенсивное парообразование, приводящее к разрушению элементов конструкции РОП 1.

Для замыкания циркуляции воды в контуре РОП и обеспечения его работы в случаях прекращения подачи воды трубопровод 3 подвода воды промконтура в РОП и трубопровод 4 отвода воды промконтура из РОП соединены байпасной веткой 6, на которой установлен обратный клапан 7. Байпасная ветка 6 представляет собой трубопровод с запорной арматурой, которая обеспечивает использование воды для охлаждения и смазки РОП 1 без отдачи в общестанционную систему. Байпасная ветка 6 предназначена также для обеспечения бесперебойной работы контура РОП при аварийной ситуации.

Для сброса загрязненной воды (с примесями) в общестанционную систему установлен трубопровод 8 сброса загрязненной воды в основной контур, который соединяет выход гидроциклона 2 с трубопроводом 4 отвода воды промконтура из РОП. Трубопровод 8 сброса загрязненной воды в основной контур возвращает воду с примесями обратно в промконтур для смешивания с общестанционной водой. Для оптимальной работы гидроциклона 2 на трубопроводе 6 сброса загрязненной воды в основной контур установлен дроссель (не показан), который обеспечивает соотношение расходов воды между трубопроводом 8 сброса загрязненной воды в основной контур и гидроциклоном 2. Вышеуказанный дроссель предназначен для поддержания давления в гидроциклоне 2 и представляет собой устройство, сужающее сечение проходного канала трубопровода 8 сброса загрязненной воды в основной контур.

Комплекс для создания контура охлаждения и смазки для радиально-осевого подшипника используется следующим образом.

Воду общестанционной системы промконтура подают в гидроциклон 2 для механической очистки и дальнейшего направления в контур РОП.

После механической очистки в гидроциклоне 2 вода промконтура попадает в РОП 1 по трубопроводу 3 подвода воды промконтура в РОП. При помощи лабиринтно-винтового насоса (не показан), установленного на валу ГЦНА, воду промконтура прокачивают через внутренние полости РОП 1 для охлаждения пары трения (не показаны). Затем воду опять же при помощи лабиринтно-винтового насоса возвращают в общестанционную систему через трубопровод 4 отвода воды промконтура из РОП 1.

При прекращении подачи воды промконтура в полость РОП 1 открывают обратный клапан 7 на байпасной ветке 6 и замыкают циркуляцию общестанционной воды в контуре РОП, гарантируя работоспособность РОП 1 в ГЦНА в интервале от 0 до 3 мин включительно.

При сепарации твердых частиц промконтура в гидроциклоне 2 существует вероятность образования «грязной» воды (воды, не прошедшей очистку перед подачей ее в контур охлаждения и смазки радиально-осевого подшипника). С целью предотвращения попадания данной воды в РОП 1 трубопровод 6 сброса загрязненной воды в основной контур возвращает воду с примесями обратно в промконтур для смешивания с водой общестанционной системы с возможностью повторной ее подачи в гидроциклон 2 для фильтрации. Дроссель (не показан), установленный в трубопроводе 6 сброса загрязненной воды в основной контур, обеспечивает требуемое соотношение расходов воды (в ветках контура) между трубопроводом 6 сброса загрязненной воды в основной контур и гидроциклоном 2.

При помощи трех дросселей системы 5 трехступенчатого дросселирования (фиг. 2) поддерживают давление воды в контуре РОП.

При прохождении воды промконтура через РОП 1 лабиринтно-винтовым насосом создают давление в РОП 1, при котором обеспечивается смазка и охлаждение пар трения (не показаны).

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет осуществлять процесс охлаждения и смазки РОП, используя непосредственно воду самого промконтура АЭС, с возможностью повторного использования воды, не прошедшей очистку перед подачей ее в контур РОП, и с возможностью работы контура РОП ГЦНА в случае прекращения подачи воды. При этом упрощается конструкция комплекса и повышается надежность работы элементов энергоблока АЭС.