ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РАЗГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ГЛАВНОГО ЦИРКУЛЯЦИОННОГО НАСОСНОГО АГРЕГАТА
ELECTRO-MAGNETIC UNLOADING DEVICE OF MAIN CIRCULATION PUMP UNIT

Изобретение относится к энергомашиностроению, областью его применения являются лопастные насосы с механическим уплотнением вала, входящие в состав главных циркуляционных насосных агрегатов (ГЦНА) ядерных энергетических установок (ЯЭУ) с легководным теплоносителем, которые предназначены преимущественно для энергоблоков атомных электростанций (АЭС).
Как известно, ЯЭУ, в которых в качестве теплоносителя используют обычную (легкую) воду, преобладают в современной мировой ядерной энергетике. Насосы, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя в первом контуре, проходящем через ядерный реактор, называют главными циркуляционными насосами (ГЦН). На АЭС в качестве ГЦН широко применяют лопастные насосы с механическим уплотнением вращающегося вала. Такие ГЦН, как правило, представляют собой вертикальный одноступенчатый консольный насос с нижним расположением рабочего колеса. ГЦН вместе с приводящим электродвигателем, а также контрольно-измерительные средства и вспомогательные системы образуют ГЦНА. Для уменьшения осевой силы, действующей на ротор ГЦН, и разгрузки его упорного подшипника ГЦНА снабжают электромагнитным разгрузочным устройством, состоящим из неподвижного электромагнита и диска, закрепленного на валу насоса.
Известно электромагнитное разгрузочное устройство для ГЦН-317 [см., например, Будов В.М. Насосы АЭС: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 408 С.: С.192 (Рис.4.3), 193], электромагнит которого включает две кольцевые электрические катушки, установленные в кольцевом углублении магнитопровода. Электрические катушки последовательно соединены между собой и изолированы. Магнитопровод (корпус) электромагнита изготовлен из магнитной углеродистой стали. 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. ГЦНА, снабженный таким устройством, имеет недостаточную надежность из-за возможных отказов электромагнита (вплоть до выхода его из строя), вызванных снижением сопротивления изоляции электрических катушек под действием влаги, поступающей из холодильника. Кроме того, при переводе холодильника на охлаждение технической водой возможен перегрев катушек электромагнита из-за засорения водяной полости холодильника, доступ к которой обслуживающего персонала для ее очистки весьма затруднителен.
Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности ГЦНА за счет исключения непосредственного контакта холодильника с катушками электромагнита, а также снижения требований к качеству охлаждающей воды. Среди технических результатов изобретение обеспечивает (во всех случаях испрашиваемого объема правовой охраны), во-первых, предотвращение воздействия влаги из холодильника электромагнита на электрические катушки последнего, во-вторых, упрощение доступа обслуживающего персонала к водяной полости холодильника.
Сущность изобретения заключается в том, что в электромагнитном разгрузочном устройстве главного циркуляционного насосного агрегата, которое включает разгрузочный диск, закрепленный на валу лопастного насоса, неподвижный электромагнит, содержащий по меньшей мере одну кольцевую электрическую катушку, размещенную в кольцевом углублении магнитопровода, и холодильник электромагнита, охлаждаемый проточной водой, в отличие от прототипа
холодильник электромагнита выполнен на внешней боковой поверхности магнитопровода с помощью разъемного соединения,
магнитопровод снабжен по меньшей мере одним 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, с возможностью создания при вращении разгрузочного диска воздушного потока в контуре, образованном указанными каналами, полостью и зазором, с выходом за границы насоса. В частном случае холодильник электромагнита может включать цилиндрическую обечайку, на внутренней поверхности которой выполнено не менее двух кольцевых радиальных выступов, сопрягаемых с внешней боковой поверхностью магнитопровода. При этом обечайка может образовывать с магнитопроводом винтовое соединение. Целесообразно с помощью ступени, выполненной около одного из торцов указанной поверхности магнитопровода, установить на последней обечайку.
В частом случае воздушные каналы могут быть выполнены в элементе насоса, сопряженном с торцовой поверхностью магнитопровода, противоположной от разгрузочного диска. Каналы целесообразно размещать симметрично относительно геометрической оси вала насоса.
Изобретение (при создании на валу вертикального насоса осевого усилия, направленного вниз, и в частном случае выполнения холодильника и магнитопровода) поясняется чертежами:
фиг.1 - электромагнитное разгрузочное устройство (разрез по воздушному каналу);
фиг.2 - электромагнитное разгрузочное устройство (разрез по винтам крепления обечайки).
Электромагнитное разгрузочное устройство включает неподвижный электромагнит и разгрузочный диск 1, закрепленный на валу насоса (на чертеже не показан) перпендикулярно геометрической оси этого вала. Электромагнит образуют кольцевой магнитопровод 2 (включая покрытия на его поверхности) и кольцевая электрическая катушка 3, установленная в кольцевом углублении магнитопровода 2. Торцовые поверхности разгрузочного диска 1 и электромагнита, обращенные друг к другу, разделены воздушным зазором 4, открытым в окружающее насос пространство.
Кольцевой холодильник включает цилиндрическую обечайку 5 (с вертикальной геометрической осью). На внутренней поверхности 6 обечайки 5 выполнено не менее двух кольцевых радиальных (горизонтальных) выступов (в частности, выступ 7), сопрягаемых с внешней боковой поверхностью 8 магнитопровода 2. Водяную полость холодильника ограничивают внутренняя поверхность 6 обечайки 5 и внешняя боковая поверхность 8 магнитопровода 2. Обечайка 5 установлена на внешней боковой поверхности 8 магнитопровода 2 с упором крайним верхним выступом 7 обечайки 5 на ступень 9, выполненную на внешней боковой поверхности 8 магнитопровода 2 в верхней части последней (около верхнего торца), и закреплена с помощью фиксирующих элементов (например, винтов 10 и 11), образуя с магнитопроводом 2 разъемное соединение. Для герметизации водяной полости холодильника предназначены уплотняющие элементы 12 и 13 (например, резиновые кольца), взаимодействующие с крайними выступами обечайки 5 (в частности, с выступом 7), а для подвода и отвода охлаждающей воды - соответственно штуцеры 14 и 15.
Магнитопровод 2, сопряженный своей торцовой поверхностью, противоположной от разгрузочного диска 1, с элементом 16 насоса, снабжен воздушными каналами 17, выполненными в элементе 16 от его внешней боковой поверхности до полости 18, прилегающей к внутренней боковой поверхности 19 магнитопровода 2 и открытой в зазор 4. Каналов 17 может быть, например, восемь в четырех одинаковых группах, расположенных симметрично относительно геометрической оси вала насоса. Контур, образованный каналами 17, полостью 18 и зазором 4, выполнен с возможностью создания при вращении разгрузочного диска 1 в этом контуре воздушного потока с выходом последнего через зазор 4 за границы насоса.
Электромагнитное разгрузочное устройство действует следующим образом. Теплота, выделяющаяся в электрической катушке при протекании в ней электрического тока, переносится за счет теплопроводности материала магнитопровода 2 к его поверхности, с которой снимается потоком воды или воздуха. В частности, с внешней боковой поверхности 8 магнитопровода 2 теплота отводится с потоком охлаждающей воды, подаваемой в водяную полость холодильника (под обечайку 5). А с внутренней боковой поверхности 19 магнитопровода 2 теплота отводится с потоком воздуха, создаваемым разгрузочным диском 1 при его вращении вместе с валом насоса (за счет эффекта дискового трения). При этом воздух поступает из окружающего насос пространства в каналы 17, по которым проходит в полость 18 к внутренней боковой поверхности 19 магнитопровода 2, а затем по зазору 4 уходит за границы насоса.
Теплосъем с обеих боковых поверхностей магнитопровода 2 обеспечивает требуемый температурный режим электрической катушки 3. Магнитопровод 2 разделяет электрическую катушку 3 и холодильник, предотвращая негативное воздействие влаги на изоляцию катушки 3. Наружное (относительно магнитопровода 2) расположение холодильника упрощает доступ обслуживающего персонала к холодильнику и демонтаж последнего. Легкий доступ обеспечивает надлежащий контроль водяной полости, а также ее очистку от загрязнений, которые могут образоваться за счет примесей, содержащихся в охлаждающей воде. Это позволяет снизить требования к качеству охлаждающей воды