БУСТЕРНЫЙ ТУРБОНАСОС

Полезная модель относится к отрасли гидромашиностроения, а именно к центробежным насосам с приводом от турбины и может быть применена в качестве бустерного (предвключенного) насоса для обеспечения бескавитационной работы главного питательного насоса для подачи питательной воды с температурой 165°С в парогенераторы энергоблоков АЭС с реакторами ВВЭР-1000 в составе турбонасосного агрегата.
Известен бустерный насос - центробежный, горизонтальный с двойной спиралью напорной части и полуспиральным подводом, одноступенчатый, с рабочим колесом двустороннего входа с приводом от турбины через редуктор с частотой вращения 1800 об/мин. Корпус насоса - цельнолитой, из коррозионностойкой стали с торцовыми крышками. Входной патрубок направлен вертикально вниз, напорный - горизонтально вбок. Опорные поверхности лап корпуса насоса расположены в горизонтальной плоскости, которая проходит ниже оси насоса. Стыки между корпусом и торцовыми крышками уплотнены резиновыми кольцами. Ротор вращается в радиальных подшипниках скольжения с принудительной смазкой от маслосистемы приводной турбины, выполненных с разъемными корпусами и с вкладышами из двух половин, залитыми баббитом. Возможные неуравновешенные осевые усилия ротора воспринимаются упорным подшипником сегментного типа. Упорный подшипник представляет собой подшипник скольжения с вращающимся стальным диском с неподвижными сегментами, залитыми баббитом. В нижних вкладышах радиальных подшипников и в противоположных сегментах осевого подшипника установлены датчики для измерения температуры. В качестве концевых уплотнений вала применены торцовые уплотнения с автономными вспомогательными устройствами (магнитными фильтрами, холодильниками). [Насосное оборудование атомных станций / Под общей атомных станций / Под общей редакцией П.Н.Пака. М.: Энергоатомиздат, 2003, - с.109-111]. Данная конструкция насоса выбрана в качестве прототипа для заявляемого объекта.
Эксплуатация насосов такой конструкции, перекачивающих горячие жидкости, показывает возможность перегрева торцовых уплотнений и подшипников, а это является критерием отказа работы насосов, в силу следующих причин:
- система охлаждения насоса не исключает возможности перегрева торцовых уплотнений и подшипников при увеличении температуры воздуха в помещениях эксплуатации насосов;
- расположение опорных поверхностей лап корпуса турбонасоса в горизонтальной плоскости, проходящей ниже оси турбонасоса, может вызвать вертикальные перемещения корпуса, ведущие к возрастанию нагрузок на вкладыши радиальных подшипников скольжения и, соответственно, возрастанию их температуры;
- высокий уровень гидродинамической составляющей вибрации не позволяет снизить общую вибрацию (как ее составляющая) и оставляет высокой вероятность отказа подшипников по причине превышения допустимой температуры;
В основу полезной модели поставлена задача создания бустерного турбонасоса, в котором, путем наличия новых конструктивных элементов и нового взаимного расположения существующих элементов, обеспечиваются эффективное охлаждение механических уплотнений торцового типа, уменьшение нагрузок на вкладыши радиальных подшипников скольжения, уменьшение вибрации роторной системы вал - колесо, в результате чего достигается снижение нагрева (температуры) подшипников, что повышает надежность и долговечность насоса.
Поставленная задача достигается тем, что, в бустерном турбонасосе, содержащем корпус с вертикальным разъемом, с полуспиральным подводом и спиральным двухзавитковым отводом, рабочее колесо двустороннего входа, закрепленное на валу, установленном в радиальных подшипниках скольжения с принудительной смазкой от маслосистемы приводной турбины, упорный подшипник сегментного типа, механические уплотнения торцового типа в качестве концевых уплотнений вала, согласно полезной модели вводятся:
- термобарьерные элементы;
- расположение опорной плоскости лап корпуса турбонасоса в горизонтальной плоскости, проходящей через ось турбонасоса;
- смещение на половину шага гидродинамических решеток лопастей левой и правой половин рабочего колеса относительно друг друга.
Установка термобарьерных элементов с охлаждающей водой, кольцевая камера которых образована корпусом термобарьерного элемента, корпусом уплотнения и торцовой крышкой, обеспечивает эффективность охлаждения уплотнений и шеек вала, работающих в подшипниках, то есть способствует уменьшению нагрева подшипников.
Расположение опорной плоскости лап корпуса турбонасоса в горизонтальной плоскости, проходящей через ось насоса, уменьшает перемещения корпуса в вертикальной плоскости, в результате чего уменьшаются нагрузки на вкладыши радиальных подшипников скольжения и улучшается их теплообмен, то есть достигается снижение нагрева подшипников.
Смещение на половину шага гидродинамических решеток лопастей левой и правой половин рабочего колеса относительно друг друга улучшает вибрационное состояние роторной системы вал-колесо за счет уменьшения уровня пульсаций давления на лопастной частоте и, как следствие гидродинамической составляющей вибрации, общего уровня вибрации. Это подтверждают экспериментальные исследования, проведенные во ВНИИАЭН, и опыт эксплуатации насосов типа Д. Улучшение вибрационного состояния насоса уменьшает неравномерность распределения давления по длине подшипника, что способствует снижению нагрева подшипников.
Таким образом, использование совокупности существенных признаков решает задачу полезной модели - повышение надежности и долговечности турбонасоса за счет снижения нагрева (температуры) подшипников.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез бустерного турбонасоса.
Бустерный турбонасос содержит наружный корпус 1 с полуспиральным подводом 2 и спиральным двухзавитковым отводом 3, закрепленный шпильками 4 с торцовыми крышками 5 с образованием вертикальных плоскостей разъема, уплотненных прокладкой 6 из терморасширенного графита. Рабочее колесо двустороннего входа 7 установлено на валу 8, опирающемся на радиальные подшипники скольжения 9 с принудительной смазкой от маслосистемы приводной турбины. Подшипники скольжения 9 выполнены с разъемными корпусами и вкладышами из двух половин (верхний и нижний вкладыши), залитыми баббитом, с применением конструкции подвода смазочного масла в верхний вкладыш и слива - в нижнем вкладыше. Упорный подшипник сегментного типа 10, расположенный в общем корпусе 11 с радиальным подшипником скольжения 9 со стороны свободного конца вала 8, воспринимает возможные неуравновешенные осевые усилия ротора. В качестве концевых уплотнений вала 8 применены механические уплотнения торцового типа 12, расположенные в торцовых крышках 5. Насос обеспечен термобарьерными элементами, причем кольцевая камера термобарьерного элемента 13 образована корпусом торцового уплотнения 14, корпусом термобарьерного элемента 15 и торцовой крышкой 5. Опорные поверхности лап (на рисунке не показано) корпуса 1 расположены в горизонтальной плоскости, проходящей через ось турбонасоса.
Бустерный турбонасос работает следующим образом. При вращении вала 8 от приводной турбины через редуктор перекачиваемая жидкость во входном патрубке разделяется на два потока и через полуспиральный подвод 2 поступает на лопасти рабочего колеса двустороннего входа 7. На выходе из рабочего колеса 7 потоки жидкости соединяются в один поток и через спиральный двухзавитковый отвод 3 попадают в напорный патрубок насоса. В спиральном двухзавитковом отводе 3 кинетическая энергия потока, выходящего из рабочего колеса 7, преобразуется в энергию давления.
Благодаря заявленному конструктивному исполнению бустерного турбонасоса достигается решение задачи, на которую направлена полезная модель - повышение надежности и долговечности насоса.