Система охлаждения подшипников насосных агрегатов с самопромывными фильтрами
COOLING SYSTEM FOR PUMP UNIT BEARINGS WITH SELF-CLEANING FILTERS

Область техники
Изобретение относится к системам охлаждения подшипников насосных агрегатов и может быть использовано, в частности, на тепловых электростанциях (ТЭС) для охлаждения подшипников циркуляционных насосов и подшипников их электродвигателей.
Уровень техники
В процессе работы насосных агрегатов большой производительности, транспортирующих содержащую различные биоорганизмы и крупные взвешенные частицы сырую воду из естественного источника водоснабжения, например природного водоема, могут возникать проблемы с вспомогательными системами охлаждения подшипников насосных агрегатов, что снижает надежность их работы и повышает риск внештатного аварийного отключения.
Известна принятая в качестве прототипа заявляемого изобретения система водяного охлаждения подшипников вспомогательных механизмов и маслогазоохладителей, содержащая водозаборную линию, подсоединенную к циркуляционному водоводу до конденсатора, у которой с целью повышения надежности и экономичности, к циркуляционному водоводу после конденсатора подключена водозаборная линия с насосом (SU 334382 А1, опубликовано: 30.03.1972 г. (далее - [1])).
Основной недостаток известной из [1] системы заключается в отсутствии устройства фильтрации воды на линии ее подачи во вспомогательные механизмы и маслогазоохладители, что может приводить к загрязнению линии подачи воды и, как следствие, снижению надежности работы подшипников вспомогательных механизмов и маслогазоохладителей.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено патентуемое изобретение, является повышение надежности системы охлаждения подшипников насосных агрегатов, а техническими результатами -обеспечение фильтрации воды, подаваемой из естественного источника водоснабжения в систему охлаждения подшипников насосных агрегатов и обеспечение возможности попеременной очистки фильтров, установленных на линии воды, подаваемой из естественного источника водоснабжения в систему охлаждения подшипников насосных агрегатов, без прекращения охлаждения подшипников.
Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов обеспечивается тем, что система охлаждения подшипников насосных агрегатов, содержит циркуляционный насос, вход которого соединен с трубопроводом подвода охлаждающей воды, а отводящий патрубок циркуляционного насоса соединен с напорным трубопроводом, который соединен с как минимум двумя трубопроводами фильтрации охлаждающей воды, на линии каждого из которых последовательно установлены обратный клапан, первая запорная арматура, фильтр и вторая запорная арматура; при этом каждый из указанных трубопроводов фильтрации охлаждающей воды соединен с распределительным трубопроводом, на линии которого установлен вспомогательный насос; причем каждый фильтр содержит присоединенный к нему до его фильтрующей поверхности по ходу течения воды сливной трубопровод для очистки фильтрующей поверхности, на линии которого установлена запорная арматура; при этом на линии каждого трубопровода фильтрации охлаждающей воды установлен дифференциальный манометр между входом и выходом фильтра;
при этом распределительный трубопровод соединен с трубопроводом охлаждения верхнего подшипника электродвигателя циркуляционного насоса, на линии которого установлен погруженный в первую маслованну первый теплообменник, соединенный с первым трубопроводом слива воды; причем внутри первой маслованны находится верхний подшипник электродвигателя;
при этом распределительный трубопровод соединен с трубопроводом охлаждения нижнего подшипника электродвигателя циркуляционного насоса, на линии которого установлен погруженный во вторую маслованну второй теплообменник, соединенный со вторым трубопроводом слива воды; причем внутри второй маслованны находится нижний подшипник электродвигателя;
при этом распределительный трубопровод соединен с трубопроводом охлаждения верхнего подшипника циркуляционного насоса, который соединен с входом в корпус верхнего подшипника циркуляционного насоса; причем выход из корпуса верхнего подшипника циркуляционного насоса соединен с третьим трубопроводом слива воды;
при этом распределительный трубопровод также соединен с каждым из как минимум двух трубопроводов фильтрации охлаждающей воды с помощью трубопроводов для очистки фильтров, на линии каждого из которых установлена запорная арматура, между выходом из фильтра и установленной после него запорной арматурой.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемого изобретения и достигаемыми техническими результатами заключается в следующем.
Наличие в системе охлаждения подшипников насосных агрегатов как минимум двух трубопроводов фильтрации охлаждающей воды, каждый из которых соединен с распределительным трубопроводом, соединенным с трубопроводами охлаждения подшипников насосного агрегата обеспечивает фильтрацию воды, подаваемой из естественного источника водоснабжения в систему охлаждения подшипников насосных агрегатов, за счет фильтров, установленных на линии трубопроводов фильтрации охлаждающей воды.
Возможность попеременной очистки фильтров, установленных на линиях как минимум двух трубопроводов фильтрации охлаждающей воды, без прекращения охлаждения подшипников обеспечивается за счет возможности перекрытия запорных арматур, установленных до и после фильтра на линии одного из как минимум двух трубопроводов фильтрации охлаждающей воды и подачи воды обратным ходом на фильтрующую поверхность фильтра через один из трубопроводов для очистки фильтров, присоединенный к распределительному трубопроводу, и уноса мусора с фильтрующей поверхности фильтра через один из сливных трубопроводов для очистки фильтрующей поверхности, присоединенный к фильтру до его фильтрующей поверхности по ходу течения воды, путем открытия запорной арматуры, установленной на линии трубопровода для очистки фильтра, и открытия запорной арматуры на линии сливного трубопровода для очистки фильтрующей поверхности. При этом охлаждающая вода подается в систему охлаждения подшипников насосного агрегата через другой трубопровод фильтрации охлаждающей воды путем открытия запорных арматур, установленных на его линии до и после фильтра. Контроль степени загрязнения фильтрующей поверхности фильтров контролируется по показаниям перепада давления на дифференциальных манометрах, установленных на линии каждого трубопровода фильтрации охлаждающей воды между входом и выходом фильтра.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлен циркуляционный насос ОПВ 5-110-КЭ в продольном разрезе по оси симметрии в области его отводящего патрубка с валом насоса. На фиг. 2 представлена схема системы охлаждения подшипников насосных агрегатов.
Описание позиций фигур
1.1 - рабочее колесо;
1.2 - отводящий патрубок;
1.3 - опорная часть;
1.4 - нижний подшипник циркуляционного насоса;
1.5 - обтекатель;
1.6 - вал насоса;
1.7 - фланец вала;
1.8 - сальниковое уплотнение;
1.9 - диффузор;
1.10 - камера рабочего колеса;
1.11 - закладное фундаментное кольцо;
1.12 - фундаментные болты;
1.13 - верхний подшипник насоса; 2.1- подвод охлаждающей воды;
2.2 - отводящий патрубок циркуляционного насоса;
2.3 - первый трубопровод фильтрации охлаждающей воды;
2.4 - второй трубопровод фильтрации охлаждающей воды;
2.5, 2.6 - обратные клапана;
2.7, 2.8 - запорные арматуры;
2.9 - первый фильтр;
2.10 - второй фильтр;
2.11, 2.12 - запорные арматуры;
2.13 - распределительный трубопровод;
2.14 - вспомогательный насос;
2.15 - первый сливной трубопровод для очистки фильтрующей поверхности;
2.16 - второй сливной трубопровод для очистки фильтрующей поверхности;
2.17, 2.18 - запорные арматуры;
2.19 - первый дифференциальный манометр;
2.20 - второй дифференциальный манометр;
2.21 - трубопровод охлаждения верхнего подшипника электродвигателя циркуляционного насоса;
2.22 - первая маслованна;
2.23 - первый змеевиковый теплообменник;
2.24 - первый трубопровод слива воды;
2.25 - трубопровод охлаждения нижнего подшипника электродвигателя циркуляционного насоса;
2.26 - вторая маслованна;
2.27 - второй змеевиковый теплообменник;
2.28 - второй трубопровод слива воды;
2.29 - трубопровод охлаждения верхнего подшипника циркуляционного насоса;
2.30 - корпус верхнего подшипника циркуляционного насоса;
2.31 - третий трубопровод слива воды;
2.32 - трубопровод для очистки первого фильтра;
2.33 - запорная арматура;
2.34 - трубопровод для очистки второго фильтра;
2.35 - запорная арматура;
2.36 - напорный трубопровод циркуляционной воды;
2.37 - электродвигатель циркуляционного насоса.
Осуществление изобретения
Ниже приведен частный пример системы охлаждения подшипников насосных агрегатов и принцип ее работы.
Система охлаждения подшипников насосных агрегатов содержит циркуляционный насос ОПВ 5-110-КЭ (Фиг. 1), вход которого соединен с подводом охлаждающей воды 2.1, а выход его отводящего патрубка 2.2 с напорным трубопроводом циркуляционной воды 2.36, который соединен с двумя трубопроводами фильтрации охлаждающей воды 2.3 и 2.4. При этом на линии трубопровода 2.3 последовательно установлены обратный клапан 2.5, запорная арматура 2.7, первый фильтр 2.9 и запорная арматура 2.11, а на линии трубопровода 2.4 последовательно установлены обратный клапан 2.6, запорная арматура 2.8, второй фильтр 2.10 и запорная арматура 2.12. Причем трубопроводы фильтрации охлаждающей воды 2.3 и 2.4 соединены с распределительным трубопроводом 2.13, на линии которого установлен вспомогательный насос 2.14, в качестве которого использовался насос 1,5К-6. При этом первый фильтр 2.9 содержит присоединенный к нему до его фильтрующей поверхности по ходу течения воды сливной трубопровод для очистки фильтрующей поверхности 2.15, на линии которого установлена запорная арматура 2.17, а второй фильтр содержит присоединенный к нему до его фильтрующей поверхности по ходу течения воды сливной трубопровод для очистки фильтрующей поверхности 2.16, на линии которого установлена запорная арматура 2.18. Причем на линии трубопровода фильтрации охлаждающей воды 2.3 установлен первый дифференциальный манометр 2.19 между входом и выходом первого фильтра 2.9, а на линии трубопровода фильтрации охлаждающей воды 2.4 установлен второй дифференциальный манометр 2.20 между входом и выходом второго фильтра 2.10. В качестве первого и второго фильтров 2.9 и 2.10 используются сетчатые фильтры ZETKAMA 821А Ду50 Ру16 фл, Tmax=300 821А050С50, а в качестве первого и второго дифференциальных манометров 2.19 и 2.20 - датчики дифференциального давления с цифровыми индикаторами IP65 в комплекте с преобразователями давления САПФИР-22ЕМ.
В качестве электродвигателя циркуляционного насоса 2.37 используется электродвигатель ВАН 143-51-12УЗ. При этом распределительный трубопровод 2.13 соединен с трубопроводом охлаждения верхнего подшипника электродвигателя циркуляционного насоса 2.21, на линии которого установлен первый змеевиковый теплообменник 2.23, погруженный в первую маслованну 2.22, которая является корпусом верхнего подшипника электродвигателя циркуляционного насоса. Причем первый змеевиковый теплообменник 2.23 соединен с первым трубопроводом слива воды 2.24.
При этом распределительный трубопровод 2.13 соединен с трубопроводом охлаждения нижнего подшипника электродвигателя циркуляционного насоса 2.25, на линии которого установлен второй змеевиковый теплообменник 2.27, погруженный во вторую маслованну 2.26, которая является корпусом нижнего подшипника электродвигателя циркуляционного насоса. Причем второй змеевиковый теплообменник 2.27 соединен со вторым трубопроводом слива воды 2.28.
При этом распределительный трубопровод 2.13 соединен с трубопроводом охлаждения верхнего подшипника циркуляционного насоса 2.29, который соединен с входом в корпус верхнего подшипника циркуляционного насоса 2.30. Причем выход из корпуса верхнего подшипника циркуляционного насоса 2.30 соединен с третьим трубопроводом слива воды 2.31.
При этом распределительный трубопровод 2.13 соединен с первым трубопроводом фильтрации охлаждающей воды 2.3 с помощью трубопровода для очистки первого фильтра 2.32, на линии которого установлена запорная арматура 2.33, между выходом из первого фильтра 2.9 и установленной после него запорной арматурой 2.11. А также распределительный трубопровод 2.13 соединен со вторым трубопроводом фильтрации охлаждающей воды 2.4 с помощью трубопровода для очистки второго фильтра 2.34, на линии которого установлена запорная арматура 2.35, между выходом из второго фильтра 2.10 и установленной после него запорной арматурой 2.12 (Фиг. 2).
Работа системы охлаждения подшипников насосных агрегатов осуществляется следующим образом.
При отсутствии загрязнения фильтрующей поверхности первого фильтра 2.9 и второго фильтра 2.10 запорные арматуры 2.8, 2.12, 2.17, 2.18, 2.33 и 2.35 переведены в положение «закрыто», а запорные арматуры 2.7 и 2.11 - в положение «открыто». При этом охлаждающая вода из естественного источника водоснабжения поступает в циркуляционный насос через подвод охлаждающей воды 2.1, после чего большая часть воды поступает через напорный трубопровод 2.36 на охлаждение конденсатора (на фиг. не показан), а меньшая часть воды поступает через первый трубопровод фильтрации охлаждающей воды 2.3, на линии которого установлен первый фильтр 2.9, в распределительный трубопровод 2.13. Из распределительного трубопровода 2.13 с помощью вспомогательного насоса 2.14 вода перекачивается: через трубопровод охлаждения верхнего подшипника электродвигателя циркуляционного насоса 2.21 в первый змеевиковый теплообменник 2.23, размещенный внутри первой маслованны 2.22; через трубопровод охлаждения нижнего подшипника электродвигателя циркуляционного насоса 2.25 во второй змеевиковый теплообменник 2.27, размещенный внутри второй маслованны 2.26; и через трубопровод охлаждения верхнего подшипника циркуляционного насоса 2.29 в корпус верхнего подшипника циркуляционного насоса 2.30. Из первого змеевикового теплообменника 2.23, второго змеевикового теплообменника 2.27 и корпуса верхнего подшипника циркуляционного насоса 2.30 вода сливается через первый трубопровод слива воды 2.24, второй трубопровод слива воды 2.28 и третий трубопровод слива воды 2.31 в общий коллектор (на фиг. не показан), из которого вода сливается обратно в естественный источник водоснабжения. Охлаждение верхнего и нижнего подшипников электродвигателя циркуляционного насоса осуществляется за счет теплообмена между охлаждающей водой, протекающей через первый и второй змеевиковые теплообменники 2.23 и 2.27, и маслом, находящимся в первой и второй маслованнах 2.22, 2.26 и смазывающим верхний и нижний подшипники электродвигателя. При этом охлаждение нижнего подшипника циркуляционного насоса 1.4 (фиг. 1) осуществляется за счет воды, протекающей через отводящий патрубок циркуляционного насоса 2.2.
Загрязнение фильтрующей поверхности первого фильтра 2.9 фиксируется по показаниям первого дифференциального манометра 2.19 при достижении заданного значения разницы давления между входом и выходом первого фильтра 2.9. При загрязнении фильтрующей поверхности первого фильтра 2.9 осуществляется перевод запорных арматур 2.7и 2.11 - в положение «закрыто» (запорные арматуры 2.18 и 2.35 остаются в положении «закрыто»), а запорных арматур 2.8, 2.12, 2.17 и 2.33 - в положение «открыто». При этом вода, перекачиваемая циркуляционным насосом, поступает через второй трубопровод фильтрации охлаждающей воды 2.4, на линии которого установлен второй фильтр 2.10, в распределительный трубопровод 2.13, из которого часть воды поступает на охлаждение верхнего и нижнего подшипников электродвигателя и верхнего подшипника насоса 1.13, как это было показано выше. При этом другая часть воды из распределительного трубопровода 2.13 поступает через трубопровод для очистки первого фильтра 2.32 в трубопровод 2.3 и проходит через фильтрующую поверхность первого фильтра 2.9 в обратном направлении, унося за собой мусор, осевший на фильтрующей поверхности первого фильтра 2.9 с его входной стороны, после чего указанная часть воды поступает из первого фильтра 2.9 в первый сливной трубопровод для очистки фильтрующей поверхности 2.15, из которого вода сливается в общий коллектор (на фиг. не показан), а затем из коллектора - в естественный источник водоснабжения. Очистка происходит до тех пор, пока значение перепада давления на дифференциальном манометре 2.19 фильтра 2.9 не станет равной заданному значению, соответствующему завершению очистки фильтрующей поверхности фильтра 2.9. После чего запорные арматуры 2.17, 2.33 переводятся в положение закрыто, а сам фильтр 2.9 на фильтрующей линии 2.3 переводится в резерв.
Загрязнение фильтрующей поверхности второго фильтра 2.10 фиксируется по показаниям второго дифференциального манометра 2.20 при достижении заданного значения разницы давления между входом и выходом второго фильтра 2.10. При загрязнении фильтрующей поверхности второго фильтра 2.10 осуществляется перевод запорных арматур 2.8, 2.12, 2.17 и 2.33 - в положение «закрыто», а запорных арматур 2.7, 2.11, 2.18 и 2.35 - в положение «открыто». При этом вода, перекачиваемая циркуляционным насосом, поступает через первый трубопровод фильтрации охлаждающей воды 2.3, на линии которого установлен первый фильтр 2.9, в распределительный трубопровод 2.13, из которого часть воды поступает на охлаждение верхнего и нижнего подшипников электродвигателя и верхнего подшипника насоса 1.13, как это было показано выше. При этом другая часть воды из распределительного трубопровода 2.13 поступает через трубопровод для очистки второго фильтра 2.34 в трубопровод 2.4 и проходит через фильтрующую поверхность второго фильтра 2.19 в обратном направлении, унося за собой мусор, осевший на фильтрующей поверхности второго фильтра 2.10 с его входной стороны, после чего указанная часть воды поступает из второго фильтра 2.10 во второй сливной трубопровод для очистки фильтрующей поверхности 2.16, из которого вода сливается в общий коллектор (на фиг. не показан), а затем из коллектора - в естественный источник водоснабжения. Очистка происходит до тех пор, пока значение перепада давления на дифференциальном манометре 2.20 фильтра 2.10 не станет равной заданному значению, соответствующему завершению очистки фильтрующей поверхности фильтра 2.10. После чего запорные арматуры 2.18, 2.35 переводятся в положение закрыто, а сам фильтр 2.10 на фильтрующей линии 2.4 переводится в резерв.
Таким образом, наличие в системе охлаждения подшипников насосных агрегатов двух трубопроводов фильтрации охлаждающей воды 2.3 и 2.4, каждый из которых соединен с распределительным трубопроводом 2.13, соединенным с трубопроводами охлаждения подшипников насосного агрегата 2.21, 2.25 и 2.29, обеспечивает фильтрацию воды, подаваемой из естественного источника водоснабжения через подвод охлаждающей воды 2.1 в систему охлаждения подшипников насосных агрегатов, за счет первого фильтра 2.9, установленного на линии трубопровода фильтрации охлаждающей воды 2.3, и второго фильтра 2.10, установленного на линии трубопровода фильтрации охлаждающей воды 2.4.
При этом возможность попеременной очистки фильтров 2.9 или 2.10, без прекращения охлаждения подшипников обеспечивается за счет возможности перекрытия запорных арматур 2.7 и 2.11, установленных на линии первого трубопровода фильтрации охлаждающей воды 2.3, или запорных арматур 2.8 и 2.12, установленных на линии второго трубопровода фильтрации охлаждающей воды 2.4 и подачи воды обратным ходом на фильтрующую поверхность одного из фильтров 2.9 или 2.10 через один из трубопроводов для очистки фильтров 2.32 или 2.34, присоединенных к распределительному трубопроводу 2.13, и уноса мусора с фильтрующей поверхности одного из фильтров 2.9 или 2.10 через первый сливной трубопровод для очистки фильтрующей поверхности 2.15, присоединенный к фильтру 2.9 до его фильтрующей поверхности по ходу течения воды, или второй сливной трубопровод для очистки фильтрующей поверхности 2.16, присоединенный к фильтру 2.10 до его фильтрующей поверхности по ходу течения воды. При этом осуществляется открытие запорной арматуры 2.33, установленной на линии трубопровода для очистки первого фильтра 2.32, или открытие запорной арматуры 2.35, установленной на линии трубопровода для очистки второго фильтра 2.34, и открытие запорной арматуры 2.17, установленной на линии трубопровода для очистки фильтрующей поверхности 2.15, или открытие запорной арматуры 2.18, установленной на линии сливного трубопровода для очистки фильтрующей поверхности 2.16. Причем охлаждающая вода подается в систему охлаждения подшипников насосного агрегата через трубопровод фильтрации охлаждающей воды 2.3 или 2.4 путем открытия запорных арматур 2.7 и 2.11, установленных на линии трубопровода 2.3 до и после первого фильтра 2.9, или путем открытия запорных арматур 2.8 и 2.12, установленных на линии трубопровода 2.4 до и после второго фильтра 2.10. При этом контроль степени загрязнения фильтрующей поверхности первого фильтра 2.9 контролируется по показаниям перепада давления на дифференциальном манометре 2.19, а второго фильтра 2.10 - по показаниям перепада давления на дифференциальном манометре 2.20.
Промышленная применимость
Патентуемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертежах достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области систем охлаждения подшипников насосных агрегатов.