Главный циркуляционный насос атомной электростанции

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к конструкции проточной части главных циркуляционных насосов (ГЦН) реакторной установки атомной электростанции (АЭС).
Известен ГЦН реакторной установки, содержащий сферический корпус, подвод и отвод, выполненный в виде лопаточного направляющего аппарата, размещенного внутри сферического корпуса, радиальный напорный патрубок и рабочее колесо (SU 1540399 А1, МПК: F04D 29/60,15.01.1991).
Недостатком известного ГЦН является его низкая эффективность вследствие значительных гидравлических потерь энергии рабочей жидкости по причине недостаточной (менее 30%) раскрутки потока на выходе из рабочего колеса и значительных потерь энергии на вихреобразование внутри прочного сферического корпуса на пути движения рабочей жидкости от направляющего аппарата к радиальному напорному патрубку вследствие несоответствия отвода кинематике потока жидкости, а также несовпадения проекций на вертикальную плоскость осевой линии напорного патрубка и геометрических центров выходного среза межлопастных каналов рабочего колеса и направляющего аппарата, - что приводит к увеличению гидравлических потерь на 8-10%.
Также известен ГЦН центробежного типа, содержащий подвод, рабочее колесо, спиральный отвод и литой корпус. Напорный патрубок, являясь продолжением спирального отвода, располагается тангенциально по отношению к рабочему колесу (Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневматика. Современное состояние и перспективы развития. Труды IV международной научно-технической конференции. Санкт-Петербург, издательство Политехнического университета, 2006, с. 113, рисунок 3).
ввиду технических сложностей, связанных с ограничением по габаритным размерам литых конструкций из-за дефектов при производстве литья, а также снижения надежности гидравлической части.
Известен ГЦН реакторной установки, содержащий наружный корпус, подвод, отвод, выполненный в виде спиральной камеры, размещенной внутри наружного корпуса и соединенной выходным сечением с радиальным напорным патрубком посредством поворотного колена, и рабочее колесо (Синев Н.М., Удовиченко П.М. Бессальниковые водяные насосы. Москва, Атомиздат, 1972, с. 77-80, рис. 2.5).
По совокупности признаков это известное техническое решение является наиболее близким к заявленному и принято за прототип.
Недостатком известного ГЦН, принятого за прототип, является большая трудоемкость изготовления конструкции.
Заявляемое техническое решение позволяет снизить трудоемкость изготовления ГЦН при сохранении надежности его работы путем выполнения элементов отвода из более тонкого металла, а наружного корпуса литым сферическим с исключением финишной обработки его внутренней поверхности.
Выполнение корпусов спиральной камеры и поворотного колена внутри прочного литого сферического корпуса с отверстиями перфорации позволяет уравновесить внутренние и внешние силы, обусловленные статическим давлением, действующим на корпус спиральной камеры и поворотного колена. Таким образом, корпусы спиральной камеры и поворотного колена воспринимают только величину давления, развиваемую рабочим колесом, которое существенно меньше полного давления, воздействующего на сферический наружный корпус, что позволяет выполнить их тонкостенными и таким образом уменьшить трудоемкость и стоимость изготовления насоса. Установка рабочего колеса в тонкостенной перфорированной спиральной камере, размещенной внутри прочного литого сферического наружного корпуса, позволит снизить себестоимость изготовления насоса за счет отказа от высокоточной обработки внутренней поверхности литого сферического корпуса.
Технический результат достигается тем, что в главном циркуляционном насосе реакторной установки атомной электростанции, содержащем наружный корпус, подвод, отвод, выполненный в виде спиральной камеры, размещенной внутри наружного корпуса и соединенной выходным сечением с радиальным напорным патрубком посредством поворотного колена и рабочее колесо, при этом корпус спиральной камеры и поворотного колена в пределах наружного корпуса выполнены тонкостенными и перфорированными, а наружный корпус выполнен литым сферическим. Кроме того поворотное колено может быть выполнено диффузорным.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
на фиг. 1 схематично изображена гидравлическая часть ГЦН, продольный разрез;
на фиг. 2 - то же, поперечный разрез.
Гидравлическая часть циркуляционного насоса включает литой сферический наружный корпус 1, подвод 2, рабочее колесо 3, отвод, радиальный напорный патрубок 4. Отвод состоит из спиральной камеры 5 и поворотного колена 6, размещенных внутри наружного корпуса 1. Спиральная камера 5 охватывает рабочее колесо 3 на 345°-360°. Выходное сечение спиральной камеры 5 соединено посредством поворотного колена 6 с радиальным напорным патрубком 4. Стенки корпуса спиральной камеры 5 и поворотного колена 6, расположенные внутри наружного корпуса 1, снабжены отверстиями 7 перфорации. Поворотное колено 6 выполнено диффузорным, но может быть и бездиффузорным. Рабочее колесо 3 имеет лопасти 8, образующие межлопастные каналы 9, и установлено на валу 10, связанным с приводом (на чертежах не показан). Между внутренней поверхностью сферического наружного корпуса 1 и наружной поверхностью корпуса спиральной камеры 5 образовано межкорпусное пространство 11.
ГЦН работает следующим образом.
Рабочая жидкость поступает через подвод 2 в рабочее колесо 3. Механическая энергия, подводимая от привода к рабочему колесу 3, передается рабочей жидкости посредством лопастей 8. Под действием центробежных сил жидкость, находящаяся в межлопастных каналах 9 рабочего колеса 3, увеличивает свою кинетическую энергию и поступает в спиральную камеру 5, охватывающую рабочее колесо 3. Из спиральной камеры 5 жидкость поступает в диффузорное поворотное колено 6. В спиральной камере 5 и диффузорном поворотном колене 6 происходит преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную с минимальными потерями. В процессе подготовки гидравлической части к работе часть рабочей жидкости через отверстия 7 перфорации поступает в межкорпусное пространство 11 и полностью заполняет его. Таким образом, при работе гидравлической части ГЦН движения рабочей жидкости внутри межкорпусного пространства 11 и перетечек ее через отверстия 7 перфорации нет. Корпусы спиральной камеры 5 и поворотного колена 6, снабженные разгрузочными отверстиями 8 перфорации, воспринимают величину давления, развиваемую рабочим колесом 3, фактически одинаковую как с внутренней, так и с наружной сторон корпусов, т.е. не будут деформироваться.
Разгрузочные отверстия 7 обеспечивают равенство статических давлений внутри корпуса спиральной камеры 5, поворотного колена бив межкорпусном пространстве 11 на всех режимах работы гидравлической части, что обеспечивает восприятие полного внутреннего давления рабочей среды только сферическим корпусом 1. Таким образом, при работе гидравлической части корпусы спиральной камеры 5 и поворотного колена 6 разгружены от действия сил со стороны рабочей среды, что позволяет их выполнить тонкостенными.