ПОДМОТОРНЫЙ КРОНШТЕЙН ГЛАВНОГО НАСОСНОГО АГРЕГАТА С ПРИВОДОМ ОТ ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ВОДО-ВОДЯНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
MOTOR STAND OF MAIN MOTOR PUMP FOR WATER-TO-WATER POWER NUCLEAR REACTOR

Данное изобретение относится к подмоторному кронштейну главного насосного агрегата с приводом от двигателя для водо-водяного энергетического ядерного реактора.
Область технического применения изобретения относится водо-водяным энергетическим ядерным реакторам. В частности, изобретение относится к главному насосному агрегату с приводом от двигателя (также называемому «главной циркуляционной насосной установкой реактора») первого контура водо-водяного энергетического ядерного реактора и, в частности, к подмоторному кронштейну данного агрегата.
В традиционном смысле, водо-водяные энергетические реакторы включают корпус реактора, заполненный водой под давлением и содержащий активную зону реактора, а также первый контур, который сформирован из нескольких петель, сообщающихся с корпусом реактора.
Первый контур водо-водяного энергетического реактора традиционно включает 3 или 4 петли, симметрично соединенные с корпусом реактора. На Фигуре 1 показана типичная петля первого контура водо-водяного энергетического реактора. Каждая петля первого контура включает:
- парогенератор 1, в котором вода под давлением охлаждается, нагревая и испаряя питательную воду второго контура;
- главный насос 2, обозначаемый как главный насос с приводом от двигателя главного насосного агрегата с приводом от двигателя (GMPP), который обеспечивает циркуляцию воды под давлением в первом контуре.
Первый контур также включает компенсатор давления (не показан), соединенный с одной из петель линией расширения.
Каждая петля первого контура сформирована главными циркуляционными трубопроводами, включающими:
- горячую ветвь 3, соединяющую корпус реактора 6 с парогенератором 1;
- ветвь 5, которая имеет U-образную форму, обозначается как U-образная ветвь и соединяет парогенератор 1 с главным насосным агрегатом с приводом от двигателя 2;
- холодную ветвь 4, которая соединяет главный насос 2 с приводом от двигателя с корпусом реактора 6.
Охлаждающая вода реактора под давлением циркулирует в каждой петле под действием насосного агрегата 2 с приводом от двигателя. Вода, нагретая в корпусе реактора 6 при контакте с активной зоной, прибывает по горячей ветви в нижнюю зону 1а парогенератора 1, которая образует водяную камеру. Затем вода циркулирует в трубах парогенератора 1, где охлаждается, нагревая и испаряя питательную воду второго контура. Охлажденная вода затем возвращается в водяную камеру для ее отправки обратно в главный насосный агрегат 2 с приводом от двигателя по U-образной ветви 5, а затем - в корпус реактора по холодной ветви 4. Направление циркуляции воды под давлением показано на Фигуре 1 стрелками.
Главный насосный агрегат 2 с приводом от двигателя представляет собой механизм, который имеет вертикальную ось, включающую в верхней части 2а асинхронный электродвигатель, который закрепляется над насосом диагонально-центробежного типа, расположенным в нижней части 26 главного насосного агрегата 2 с приводом от двигателя, где электродвигатель и насос объединяются посредством элемента, обозначаемого как подмоторный кронштейн 7.
Главный насосный агрегат 2 с приводом от двигателя располагается, как правило, на трех шарнирных опорах 9, имеющих шарнирное соединение на каждом из концов. Шарнирные опоры 9 располагаются так, чтобы они допускали перемещение главного насосного агрегата 2 с приводом от двигателя под действием термических расширений главных циркуляционных трубопроводов при функционировании реактора.
В известных способах главный насосный агрегат 2 с приводом от двигателя также поддерживается перпендикулярно посредством поперечных зажимных приспособлений (не показаны).
Поперечные зажимные приспособления, так же как и шарнирные опоры, допускают медленные перемещения главного насосного агрегата с приводом от двигателя в пределах допустимого хода, т.е., как правило, медленные перемещения в результате расширения главных циркуляционных трубопроводов.
В случае быстрых и последовательных перемещений по причине аварийных ситуаций, таких как, например, землетрясения или разрыв главных циркуляционных трубопроводов, поперечные зажимные приспособления обеспечивают удерживание главного насосного агрегата с приводом от двигателя в перпендикулярном положении.
Поперечные зажимные приспособления располагаются радиально вокруг главного насосного агрегата с приводом от двигателя вдоль двух пересекающихся направлений, как правило, образующих угол, близкий к 90°, и соединяются с фиксирующими средствами главного насосного агрегата с приводом от двигателя.
В известных конструкциях подмоторный кронштейн представляет собой деталь большого размера, сделанную из стали и изготавливаемую посредством литья.
Фиксирующие средства такого кронштейна, как правило, располагаются на высоте, близкой к плоскости размещения фиксирующего фланца подмоторного кронштейна, на котором крепится двигатель.
Фиксирующие средства формируются посредством U-образного хомута, изготавливаемого в ходе изготовления подмоторного кронштейна путем литья, и объединяются с поперечным зажимным приспособлением, включающим соединительный рычаг. Соединение между хомутом подмоторного кронштейна и соединительным рычагом поперечного зажимного приспособления обеспечивается поперечной осью, проходящей через хомут и рычаг и образующей, таким образом, связь с возможностью вращения.
Однако изготовление путем литья подмоторного кронштейна, объединенного с фиксирующими средствами в форме хомута, является производственной проблемой в связи с необходимой большой толщиной относительно фиксирующих хомутов.
В этой связи изобретение нацелено на преодоление вышеупомянутых трудностей и на предложение конструкции подмоторного кронштейна, позволяющей упростить изготовление указанного подмоторного кронштейна главного насосного агрегата с приводом от двигателя.
С этой целью изобретение предлагает подмоторный кронштейн главного насосного агрегата с приводом от двигателя для водо-водяного энергетического ядерного реактора, где подмоторный кронштейн включает верхний фланец и фиксирующие средства, пригодные для обеспечения крепления поперечных зажимных приспособлений указанного главного насосного агрегата с приводом от двигателя, а электродвигатель содержит нижний фланец, пригодный для объединения с указанным верхним фланцем указанного подмоторного кронштейна, где указанный подмоторный кронштейн отличается тем, что указанные фиксирующие средства включают кольцевой элемент, который располагается на указанном верхнем фланце указанного подмоторного кронштейна и пригоден для фланцевания между указанным верхним фланцем указанного подмоторного кронштейна и указанным нижним фланцем указанного двигателя, где указанные фиксирующие средства включают по меньшей мере один радиальный вырост, в котором располагается пространство для размещения указанных зажимных средств.
Благодаря изобретению можно предложить упрощенную конструкцию подмоторного кронштейна главного насосного агрегата с приводом от двигателя для водо-водяного энергетического ядерного реактора без фиксирующих средств в форме хомутов больших толщин, что позволяет преодолеть ограничения при производстве подмоторного кронштейна.
С этой целью подмоторный кронштейн согласно изобретению включает кольцевой фланцевый элемент, пригодный для вставки и фланцевания между кольцеобразным фланцем подмоторного кронштейна и кольцеобразным фланцем двигателя. Кольцевой элемент включает радиальный вырост, в котором располагается пространство, позволяющее обеспечивать соединение с соединительным рычагом поперечных зажимных средств, в частности, посредством прохождения поперечной оси через радиальный вырост и соединительный рычаг.
Архитектура монтажа водо-водяного энергетического реактора жестко диктует расположение различных главных насосных агрегатов с приводом от двигателя в зависимости от доступности грунта для расположения шарнирных опор; поэтому часто случается, что угловое расположение фиксирующих средств отличается от одного подмоторного кронштейна к другому для одной и той же установки. В связи с этим согласно известным конструкциям подмоторного кронштейна необходимо разработать столько литых приспособлений подмоторных кронштейнов, сколько существует вариантов расположения фиксирующих средств. Благодаря изобретению конструкция подмоторного кронштейна упрощается и позволяет избежать изготовления множества литых приспособлений. Фактически, поскольку существует симметрия вращения кольцевого элемента, можно модифицировать положение кольцевого элемента и, соответственно, радиального выроста в зависимости от положения главного насосного агрегата с приводом от двигателя, а также в зависимости от положения шарнирных опор.
Таким образом благодаря изобретению можно, используя стандартные детали, добиться соответствия всем случаям расположения главного насосного агрегата с приводом от двигателя.
Подмоторный кронштейн согласно изобретению также может иметь одну или несколько из нижеприведенных характеристик, рассматриваемых по отдельности или в соответствии со всеми возможными их комбинациями:
- указанный радиальный вырост формируется выступающим элементом, изготавливаемым вместе с указанным кольцевым элементом в плоскости указанного кольцевого элемента; указанные фиксирующие средства, включающие верхнюю пластину и нижнюю пластину, располагаются на каждой из сторон указанного выступающего элемента так, чтобы они образовывали указанное пространство, пригодное для размещения поперечных зажимных средств;
- указанный выступающий элемент включает утопленную зону, ограниченную с обеих сторон выступающим выступом;
- каждая указанная верхняя пластина и указанная нижняя пластина образуются углом, который включает два боковых ребра и центральное отверстие;
- указанные поперечные зажимные средства соединяются с фиксирующими средствами посредством соединительной оси, проходящей через центральное отверстие указанных углов и указанных поперечных зажимных средств;
- указанные углы включают отверстия, проходящие через указанные боковые ребра, пригодные для вмещения средств свинчивания;
- по меньшей мере один из двух углов включает средства для блокировки вращения указанных средств свинчивания;
- указанные средства для блокировки вращения указанных средств свинчивания формируются канавками на каждом из боковых ребер;
- по меньшей мере один из двух углов изготавливается совместно с указанным кольцевым элементом;
- указанный кольцевой элемент приводится в состояние соединения с указанным опорным фланцем посредством средств свинчивания;
- указанный подмоторный кронштейн включает некоторое количество болтов, проходящих через указанный кольцевой элемент и указанный опорный фланец, где болты пригодны для блокирования вращения указанного кольцевого элемента;
- указанный опорный фланец включает шип, а указанный кольцевой элемент включает сопряженное углубление для шипа; указанный шип и указанное сопряженное углубление для шипа пригодны для того, чтобы противостоять радиальным напряжениям, передаваемым указанными поперечными зажимными средствами.
Целью изобретения также является главный насосный агрегат с приводом от двигателя для водо-водяного энергетического ядерного реактора, который отличается тем, что включает шарнирные опоры, поддерживающие указанный главный насосный агрегат с приводом от двигателя и подмоторный кронштейн согласно изобретению, где положение указанных фиксирующих средств может быть изменено в зависимости от положения указанных шарнирных опор.
Другие характеристики и преимущества изобретения более четко выявляются при помощи описания приведенного ниже с целью указания и никоим образом не в ограничительном смысле, с отсылкой к приложенным фигурам, где:
- Фигура 1 - общий вид петли водо-водяного энергетического ядерного реактора;
- Фигура 2 - общий вид зоны соединения между подмоторным кронштейном согласно изобретению и двигателем главного насосного агрегата с приводом от двигателя;
- Фигура 3 - покомпонентное частичное изображение фиксирующих средств подмоторного кронштейна согласно изобретению по Фигуре 2;
- Фигура 4 - общий вид в частичном разрезе подмоторного кронштейна согласно изобретению;
- Фигура 5 - детальный общий вид и в соответствии со вторым частичным разрезом подмоторного кронштейна согласно изобретению.
На всех фигурах, если не указано иначе, общие элементы имеют одинаковые номера ссылок.
Фигура 1 уже была описана выше с отсылкой к общему описанию изобретения.
На Фигуре 2 показан общий вид зоны соединения между подмоторным кронштейном 20 согласно изобретению и двигателем 30 главного насосного агрегата 40 с приводом от двигателя.
На Фигуре 3 показан частичный покомпонентный вид фиксирующих средств 10 подмоторного кронштейна 20, показанного на Фигуре 2.
Подмоторный кронштейн 20 представляет собой в значительной степени цилиндрическую деталь, включающую на верхнем конце кольцеобразный фланец 21, здесь и далее обозначаемый как «опорный фланец», с верхней поверхностью которого соединяется кольцевой элемент 50, так что подмоторный кронштейн 20 представляет опорную плоскость 24, в значительной степени параллельную горизонтальной плоскости 22 и пригодную для размещения опоры двигателя 30. Для этого двигатель 30 включает кольцеобразный фланец 31 в нижней части, здесь и далее обозначаемый как «фланец двигателя», также представляющий плоскость, в значительной степени параллельную горизонтальной плоскости 22.
Опорный фланец 21 и фланец двигателя 31 включают ряд отверстий, распределенных радиально по периферии фланцев 21, 31. Кольцевой элемент 50 также содержит ряд отверстий 32, проходящих через него на каждой из сторон и распределенных так, чтобы отверстия 32 находились напротив отверстий фланца двигателя 31 и напротив отверстий опорного фланца 21.
Двигатель 30 располагается на подмоторном кронштейне 20 так, чтобы отверстия фланца двигателя 31 располагались напротив отверстий опорного фланца 21 и отверстий кольцевого элемента 50.
Двигатель 30 и подмоторный кронштейн 20 фланцуются посредством некоторого количества средств свинчивания 23, как правило, образуемых резьбовыми винтами с шестиугольной головкой 23а и гайками 23b.
Таким образом, средства свинчивания 23 проходят через фланцы 21, 31 и кольцевой элемент 50 на уровне отверстий 32. Предотвращение вращения указанных средств свинчивания 23 достигается путем упора лицевой поверхности шестиугольной головки винтов 23а в подмоторный кронштейн 30 и блокирования гаек 23b посредством стопорных пластин 23с.
Кольцевой элемент 50 включает по меньшей мере один радиальный выступающий элемент 51 в плоскости кольцевого элемента 50, т.е. соответствующий опорной плоскости 24. Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на Фигурах 2 и 3, кольцевой элемент 50 включает два радиальных выступающих элемента 51, расположенных в соответствии с двумя пересекающимися перпендикулярными радиальными направлениями, образующими угол, близкий к 90°. Каждый радиальный выступающий элемент 51 образуется первым выступом 51a, вторым выступом 51b и утопленной зоной 52, расположенной между двумя выступами 51a, 51b и образующей впадину между двумя выступами 51a и 51b.
На уровне каждого из выступов 51a, 51b выступающий элемент включает некоторое количество отверстий 53, проходящих через него с каждой стороны.
Два выступа 51a, 51b пригодны для размещения соответственно на верхней поверхности и нижней поверхности пластины, образующей верхний угол 54 и нижний угол 55.
Таким образом, иными словами, кольцевой элемент 50 включает на периферии по меньшей мере один выступающий вырост, который образуется радиальным выступающим элементом 51, верхним углом 54 и нижним углом 55, расположенными на каждой из сторон выступающего элемента 51 так, чтобы они образовывали пространство 62, пригодное для размещения поперечных зажимных средств 60.
Углы 54, 55 включают по два боковых ребра, расположенных в значительной степени V-образно и имеющих угол раскрыва, не ограниченный прямым углом.
Углы 54, 55 включают на каждом из боковых ребер отверстия 59, расположенные напротив отверстий 53 выступов 51a, 51b.
Углы 54, 55 имеют основание вогнутой формы, пригодное для соответствия по форме округлой форме фланцев 31, 32, где углы 54, 55 монтируются на выступающих элементах 51.
На наружной поверхности по меньшей мере одного из углов 54, 55, т.е. на лицевой поверхности, не находящейся в контакте с поверхностью выступов 51a, 51b выступающего элемента 51 и на уровне боковых ребер, имеющих отверстия 59, располагается по меньшей мере одна канавка 56, пригодная для вставки средств свинчивания 57 и, в частности, для вставки и размещения головок винтов 57a. Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на Фигурах 2 и 3, канавка 56 включает только верхний угол 54.
Средства свинчивания образуются винтами 57a с шестиугольными головками, стопорными пластинами 57c и гайками 57b.
Согласно варианту осуществления изобретения, показанному на Фигурах 2 и 3, верхние углы 54 включают две канавки 56, расположенные на выходах каждой из сторон центрального отверстия 58 в пространство 62, разграниченные утопленной зоной 52 кольцевого элемента 50 и ограниченные углами 54, 55.
Глубина канавок 56 в значительной степени соответствует высоте головок винтов 57a, а ширина канавок 56 в значительной степени равна или несколько превышает размер поперек плоских концов головок винтов 57a так, чтобы головки винтов 57a могли быть вставлены в канавку 56 и удерживались заблокированными для вращения путем контакта по меньшей мере одной лицевой поверхности головки винта с боковой стороной канавки 56.
Таким образом, сборка узла, образуемого верхним углом 54, выступающим элементом 51 и нижним углом 55, осуществляется посредством некоторого количества средств свинчивания 57, которые проходят через различные элементы узла.
Таким образом, система, составляемая углами 54, 55 и кольцевым элементом 50, образует фиксирующие средства 10, пригодные для обеспечения крепления поперечных зажимных средств главного насосного агрегата с приводом от двигателя.
В соответствии с показанным преимущественным вариантом осуществления изобретения главный насосный агрегат с приводом от двигателя включает два фиксирующих средства 10, пригодных для обеспечения крепления двух поперечных зажимных средств. Однако главный насосный агрегат с приводом от двигателя может включать больше двух фиксирующих средств 10, если необходимо поддерживать главный насосный агрегат с приводом от двигателя перпендикулярно при помощи более чем двух поперечных зажимных средств. Поэтому главный насосный агрегат с приводом от двигателя может включать такое же количество фиксирующих средств, сколько поперечных зажимных средств содержит требуемый главный насосный агрегат с приводом от двигателя.
Следует напомнить, что главный насосный агрегат с приводом от двигателя поддерживается, с одной стороны, шарнирными опорами, на которых он располагается, и поперечными зажимными средствами.
Как правило, главный насосный агрегат с приводом от двигателя располагается на трех шарнирных опорах, каждая из которых содержит на конце шарнирное соединение. Шарнирные опоры располагаются так, чтобы они допускали перемещение главного насосного агрегата с приводом от двигателя под действием термических расширений главных циркуляционных водопроводов в ходе функционирования реактора.
Поперечные зажимные приспособления и шарнирные опоры допускают перемещение главного насосного агрегата с приводом от двигателя в соответствии с пределами допустимого хода, т.е., как правило, - медленные перемещения вследствие расширения главных циркуляционных водопроводов.
В случае быстрых и последовательных перемещений вследствие аварийных ситуаций, таких как, например, землетрясение или разрыв главных циркуляционных водопроводов, поперечные зажимные приспособления обеспечивают удерживание главного насосного агрегата с приводом от двигателя в перпендикулярном направлении.
Первый конец соединительного рычага поперечных зажимных средств представлен на Фигурах 2 и 3 ссылкой под номером 60. Соединительный рычаг поперечных зажимных средств включает на этом конце шарнирное соединение 61 с толщиной, эквивалентной или несколько меньшей, чем толщина кольцевого элемента 50.
Второй конец соединительного рычага поперечных зажимных средств (не показан) закрепляется на вертикальных стенках фиксированной бетонной конструкции, внутри которой располагается главный насосный агрегат с приводом от двигателя и которая обычно называется каземат.
Шарнирное соединение 61 вставляется в пространство 62 фиксирующих средств 10, образованное утопленной зоной 52 выступающего элемента 51 и ограниченное углами 54, 55. Шарнирное соединение удерживается в соединении с подмоторным кронштейном 20 посредством оси 63, проходящей через углы 54, 55, отверстие 58 и шарнирное соединение 61, где ось 63, таким образом, обеспечивает связь с возможностью свободного вращения между подмоторным кронштейном 20 и поперечными зажимными средствами 60.
Таким образом, в аварийных ситуациях, таких как разрыв главных циркуляционных водопроводов или при землетрясении, вдоль радиальных направлений на уровне креплений поперечных зажимных средств 60 вызываются напряжения. Эти напряжения вызывают напряжение сдвига в связях, образованных верхними углами 54, нижними углами 55 и кольцевым элементом 50.
Как показано на Фигуре 4, представляющей подмоторный кронштейн 20 согласно изобретению в перспективе и в соответствии с частичным сечением, центрирование кольцевого элемента 50 на опорном фланце 21 обеспечивается путем пригонки. Пригонка преимущественно осуществляется посредством расположения цилиндрического шипа 71 на опорной лицевой поверхности опорного фланца 21 и соответствующего углубления 72 для шипа на нижней лицевой поверхности кольцевого элемента 50.
Согласно другому варианту осуществления изобретения центрирование кольцевого элемента 50 на опорном фланце 21 может достигаться посредством расположения углубления для шипа на опорном фланце 2'1 и на кольцевом элементе 50 с использованием дополнительного шипа, толщина которого допускает его пригонку к углублениям для шипа на опорном фланце 21 и на кольцевом элементе 50.
Соединение шип/углубление для шипа имеет размеры, позволяющие им принимать напряжения, вызываемые поперечными зажимными средствами 60 в аварийных ситуациях.
Если возникает дефект расположения поперечных зажимных средств 60, напряжения, вызываемые зажимными средствами 60, не прилагаются к подмоторному кронштейну 20 вдоль радиальных направлений, но прилагаются к другим направлениям. Поэтому их результирующие будут представлять преимущественно радиальную компоненту, а также тангенциальную компоненту.
Радиальная компонента принимается вышеописанным соединением шип/углубление для шипа. Тангенциальная компонента на уровне соединения шип/углубление для шипа приводит к возникновению момента вдоль вертикальной оси, параллельной продольной оси подмоторного кронштейна 20.
Согласно преимущественному варианту осуществления изобретения, который показан на Фигуре 5, принятие этого момента обеспечивается вставкой конических болтов 73, проходящих через кольцевой элемент 50 и опорный фланец 21 и распределенных по периферии опорной поверхности 24.
Согласно второму варианту осуществления изобретения конические болты можно эквивалентно заменить цилиндрическими болтами, упругими болтами или болтами других типов.
Принятие указанного момента может аналогично достигаться путем использования зубьев на каждой из контактирующих поверхностей кольцевого элемента 50 и опорного фланца 21 таким образом, чтобы создавалось тангенциальное сопротивление указанному напряжению.
Согласно третьему варианту осуществления изобретения принятие тангенциального напряжения может просто достигаться средствами фланцевания 23, образующими цилиндрическое сболченное соединение и обеспечивающими соединение между двигателем 30 и подмоторным кронштейном 20. В этом случае, при выборе размеров средств свинчивания 23 следует учитывать прием указанного тангенциального напряжения сцеплением между контактирующими лицевыми поверхностями кольцевого элемента 50 и опорного фланца 21.
Блокировка конических болтов 73 осуществляется посредством гаек 74, преимущественно, корончатого типа, которые фиксируются посредством шплинта 75, проходящего внутри одной из амбразур гайки 74 и через отверстие 76, предварительно высверленное в резьбовой части 77 конического болта 73.
Согласно другому варианту осуществления изобретения фиксирование гайки 74 осуществляется путем цевочного зацепления гайки или путем частичной приварки гайки 74 к резьбовой части 77 конического болта 73.
Для содействия манипуляциям с подмоторным кронштейном 20 и, в частности, монтажу или демонтажу двигателя 30 кольцевой элемент 50 преимущественно соединяется с опорным фланцем 21 посредством некоторого количества винтов 80 (Фигура 4). Винты 80 преимущественно представляют собой винты с полой цилиндрической шестиугольной головкой, которые размещаются в проточках 81, расположенных в кольцевом элементе 50 так, чтобы винты 80 не создавали помех для фланца двигателя 31 при монтаже двигателя 30. Фиксирование указанных фиксирующих винтов 80 преимущественно осуществляется стопорными шайбами 82 типа Nord-lock™, которые располагаются под головками винтов 80. Однако также можно предусмотреть использование винтов, имеющих полую цилиндрическую шестиугольную головку и включающих блокирующие канавки, связанные со стопорными кольцами.
Согласно преимущественному варианту осуществления изобретения подмоторный кронштейн согласно изобретению реализуется путем литья, однако также он может реализовываться и как механически сваренный узел.
Благодаря изобретению конструкция подмоторного кронштейна упрощается и позволяет избежать создания множества литых приспособлений. Фактически, поскольку существует кольцевой элемент с определенной симметрией вращения, возможно некоторое изменение положения кольцевого элемента и, следовательно, радиального выступающего элемента в зависимости от положения главного насосного агрегата с приводом от двигателя и в зависимости от положения шарнирных опор. Таким образом, можно добиваться соответствия всем случаям размещения главного насосного агрегата с приводом от двигателя, используя три стандартные детали: кольцевой элемент, верхний угол и нижний угол.