Электромагнитное разгрузочное устройство главного циркуляционного насосного агрегата
MAIN CIRCULATING PUMP UNIT ELECTROMAGNETIC UNLOADING DEVICE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для частичной компенсации осевого усилия, действующего на упорный подшипник главных циркуляционных насосных агрегатов первого контура водоохлаждаемых реакторных установок, обеспечивая запуск электродвигателя насоса при полном давлении в контуре, а также для обеспечения работы упорного подшипника на номинальной нагрузке.
Известно устройство электромагнитной разгрузки подпятника гидрогенератора (Видеман Е., Келленбергер В. Конструкция электрических машин - Л.: Энергия, 1972, - 520 С.: С. 475, рис. 12-15), состоящее из магнитопровода с обмоткой возбуждения, встроенного в несущую крестовину, и вращающегося диска ротора. При этом магнитопровод и вращающийся диск выполнены из магнитной углеродистой стали. При подаче электропитания постоянного или выпрямленного тока на обмотку возбуждения электромагнит создает тяговое усилие, противодействующее весу ротора, разгружая подпятник. При этом снаружи обмотки возбуждения установлена компенсационная обмотка, предотвращающая замыкание через вал дополнительных потоков рассеяния.
Недостатками указанной конструкции являются:
- увеличение габаритов устройства вследствие необходимости размещения компенсационной обмотки;
- ограниченная возможность применения для главных циркуляционных насосных агрегатов (разгрузка только при пуске и остановке) вследствие недостаточной эффективности естественной воздушной системы охлаждения.
Известно также устройство электромагнитной разгрузки упорного подшипника главного циркуляционного насоса водоохлаждаемой реакторной установки (Будов В.М. Насосы АЭС - М.: Энергоатомиздат, 1986, - 408 С.: С. 192, рис. 4.3), состоящее из разгрузочного диска, закрепленного на валу насоса и корпуса (магнитопровода), в кольцевом углублении которого установлены две последовательно соединенные изолированными кольцевые электрические катушки, питаемые выпрямленным током. При этом корпус электромагнита (магнитопровода) и разгрузочный диск изготовлены из магнитной углеродистой стали, а в зазорах между стенками кольцевого углубления магнитопровода и электрическими катушками, а также между последними выполнен холодильник электромагнита, охлаждаемый проточной водой, подаваемой из промежуточного контура энергоблока.
Недостатками указанной конструкции являются:
- отсутствие конструктивных мероприятий по снижению дополнительных магнитных потоков рассеяния электромагнита, замыкающихся через вал насоса;
- возможность короткого замыкания на корпус обмотки электромагнита вследствие возможности протечек воды на обмотку из холодильника.
Известно электромагнитное разгрузочное устройство главного циркуляционного насосного агрегата (патент RU №2406878 МПК F04D 29/41. Опубл. 20.12.2010), состоящее из разгрузочного диска, закрепленного на валу насоса и корпуса (магнитопровода), в кольцевой полости которого размещена кольцевая электрическая катушка. При этом корпус электромагнита (магнитопровод) и разгрузочный диск изготовлены из магнитной углеродистой стали, а водоохлаждаемый холодильник электромагнита выполнен в виде отдельной цилиндрической обечайки с внутренними каналами, крепящейся разъемным механическим соединением к внешней боковой поверхности магнитопровода, который снабжен каналом, идущим из окружающего насос пространства в полость, прилегающую к внутренней боковой поверхности магнитопровода и открытую в зазор между торцовыми поверхностями разгрузочного диска и электромагнита, обращенными друг к другу.
Недостатком указанной конструкции является отсутствие конструктивных мероприятий по снижению дополнительных магнитных потоков рассеяния электромагнита, замыкающихся через вал насоса. Наружный холодильник электромагнита, выполненный в виде отдельной массивной обечайки с внутренними каналами, крепящийся разъемным механическим соединением, также имеет следующие недостатки:
- необходимость изготовления детали методом гибки с последующей точной механообработкой;
- необходима наплавка образующей электромагнита по всей ее высоте в несколько слоев;
- герметичность холодильника из-за разных коэффициентов температурного расширения углеродистой и аустенитной стали, из которых изготовлены магнитопровод и обечайка соответственно, не гарантируется.
Задачи, решаемые изобретением:
- во-первых, снижение металлоемкости за счет уменьшения габаритов устройства;
- во-вторых, увеличение силы тяги электромагнита за счет снижения магнитных потоков рассеяния, замыкающихся через вал насоса;
- в-третьих, возможность длительной работы водоохлаждаемого электромагнита с исключением попадания воды на его обмотку;
- обеспечение гарантии герметичности водоохлаждаемого холодильника применением сварных соединений с контролем качества гидравлическими испытаниями;
- снижение трудоемкости изготовления изделия.
Как решение задачи, позволяющее достигнуть технического результата, предлагается электромагнитное разгрузочное устройство, отличающееся от прототипа следующим.
Разгрузочный диск электромагнита выполнен составным из двух частей, первая из которых, расположенная над полюсами корпуса магнита выполнена из магнитной углеродистой стали, а вторая оставшаяся часть выполнена из немагнитной аустенитной стали. Водоохлаждаемый холодильник, с помощью которого охлаждается кольцевая изолированная электрическая катушка, размещенная в кольцевом углублении корпуса электромагнита, выполнен в виде рубашки, образованной двумя неполными кольцевыми пазами, разделенными перемычкой, в проточке на наружной поверхности корпуса. Внутренняя поверхность пазов образована плакирующей наплавкой нержавеющим электродом. Каждый паз закрыт снаружи методом сварки листами из нержавеющей стали. С одной стороны от перемычки в пазы установлены штуцеры для подвода и отвода воды, а с другой стороны имеется переход для соединения этих пазов.
Электромагнитное разгрузочное устройство поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Электромагнитное разгрузочное устройство (осевой разрез).
Фиг. 2 - Электромагнитное разгрузочное устройство (вид по стрелке А).
Фиг. 3 - Электромагнитное разгрузочное устройство (элемент Б).
Электромагнитное разгрузочное устройство содержит корпус (магнитопровод) 1, выполненный из магнитной углеродистой стали, в кольцевом углублении которого уложена кольцевая изолированная электрическая катушка 2, разгрузочный диск, выполненный из двух частей, первая из которых 3, расположенная над полюсами корпуса (магнитопровода), выполнена из магнитной углеродистой стали, а оставшаяся часть диска 4 выполнена из немагнитной аустенитной стали, а водоохлаждаемый холодильник, с помощью которого охлаждается при работе катушка 2, выполнен в виде рубашки 9, образованной двумя неполными кольцевыми пазами 5 и 6, разделенными перемычкой 14, в проточке на наружной поверхности корпуса 1.
Внутренняя поверхность пазов образована плакирующей наплавкой нержавеющим электродом. Каждый паз закрыт снаружи методом сварки листами 7 и 8 из аустенитной стали. С одной стороны от перемычки 14 в пазы установлены штуцеры 11 и 12 для подвода и отвода воды, а с другой стороны имеется переход 13 для соединения этих пазов.
Электромагнитное разгрузочное устройство, служащее для частичной разгрузки осевой силы, действующей на вал главного циркуляционного насосного агрегата по направлению вверх при пуске его при давлении в первом контуре свыше 7 МПа и при работе насосного агрегата при давлении в первом контуре свыше 13 МПа, работает следующим образом: на катушку электромагнита 2 подается постоянный или выпрямленный ток напряжением 220 вольт. Магнитное поле, создаваемое током, протекающим по катушке 2, уложенной в корпус 1, установленный на верхнем фланце корпуса радиально-опорного подшипника, воздействует на часть 3 разгрузочного диска, создавая осевое усилие, направленное вниз, и обеспечивает тем самым частичную разгрузку осевого подшипника. При этом часть магнитного потока, ответвляющаяся в вал насоса через часть разгрузочного диска 4, резко уменьшается вследствие выполнения его из немагнитной аустенитной стали.
Таким образом, например в насосном агрегате ГЦНА-1391 удалось увеличить силу тяги электромагнита с составным диском на 32% по сравнению с силой тяги того же электромагнита с разгрузочным диском, выполненным целиком из магнитной углеродистой стали.
Тепло, выделяемое в катушке 2 при протекании в ней электрического тока, переносится за счет теплопроводности материала корпуса (магнитопровода) 1 к его поверхности, с которой снимается потоком охлаждающей воды, циркулирующей в водяной полости холодильника 5 и 6. Кроме того, часть тепла отводится потоком воздуха, который поступает через канал 10, выполненный в элементе насоса, на который опирается корпус 1, движется далее вдоль внутренней боковой поверхности корпуса 1 и проходит между торцевой поверхностью корпуса 1 и разгрузочным диском 3. Движущий напор воздушного потока обеспечивается за счет действия центробежных сил на массу воздуха, увлекаемую вращающимися частями разгрузочного диска 3 и 4.