75 группа 2 вариант / Тепломеханическое и вспомогательное оборудование ТЭС / Часть 1 / 1. Курс лекций ТМиВО ТЭС_для ФЗВО

Насосы типа «Д» предназначены для работы на чистой воде с температурой, как правило, не более 85 оС (при наличии охлаждаемых уплотнений – до 105 оС). Насо- сы обеспечивают диапазон номинальной подачи от 90 до 12500 м3/ч, напора от 10 до 102 м вод. ст. Частота вращения ротора может составлять от 730 до 2950 об/мин.

Центробежные насосы вертикального исполнения (типа «В») с подачей до

10000 м3/ч и напором до 30 м вод. ст. часто используются на ТЭС в качестве цирку- ляционных насосов в системах с оборотным водоснабжением. Подача отдельных насосов типа «В» достигает 90000 м3/ч, а напор – 40 м вод. ст. Насосы типа «В» предназначены для перекачки воды с температурой до 35 оС.

Типовая конструкция насоса типа «В» (рис. 3.21) предусматривает установку кор- пуса со спиральным отводом, опирающегося лапами на фундаменты. Подвод воды осуществляется по чугунному всасывающему колену и конфузору или по бетонной всасывающей трубе. Рабочее колесо 1 жестко крепится к фланцу вала 3. Место крепления рабочего колеса закрывается обтекателем 8, который крепится к торцу вала винтом 9. Обтекатель может отсутствовать, в этом случае втулка имеет обтека- емую форму. В верхней крышке 7 установлен корпус 4 подшипника 5. Вода для смазки подшипника подается от стороннего источника по трубке 2. К крышке кре- пится корпус сальника 6 с мягкой набивкой и нажимной втулкой. Шейка вала в зоне вращения в подшипнике имеет наплавку из нержавеющей стали. Вал насоса флан- цем соединяется с валом электродвигателя, располагаемого, как и у осевых насосов, в верхней части агрегата. Осевое усилие и вес ротора передаются на упорный под- шипник электродвигателя.

		3
		6
	2	4
1		5	7

9 8	Рис. 3.21. Насос типа В: 1 – ра-
	бочее колесо; 2 – подвод воды на
	смазку подшипника; 3 –		вал; 4 –
	корпус подшипника; 5 –		подшип-
	ник; 6 – сальник;	7 –	верхняя
	крышка насоса; 8 –	обтекатель;
	9 – винт крепления обтекателя

Рассмотренные насосы являются одноступенчатыми. В общем случае односту- пенчатый центробежный насос позволяет получить напор до 100-110 м вод. ст. Чем больше напор, тем больше нужно иметь окружную скорость, и тем вероятнее появ-

20

ление кавитационных явлений в гидравлической части насоса. Выходом является использование многоступенчатых насосов.

Многоступенчатая центробежная машина представляет собой обычно ряд одно- ступенчатых машин, рабочие колеса которых закреплены на общем валу и соедине- ны последовательно. Представление о такой машине дает рис. 3.22.

Рис. 3.22. Схема многоступенча- той центробежной машины:

Q – подача одного рабочего колеса; p – напор одного рабочего колеса

При последовательном включении колес напоры, создаваемые ими, складываются так, что полный напор машины равен сумме напоров отдельных ступеней. В боль- шинстве случаев при подаче несжимаемых жидкостей геометрические размеры всех ступеней одинаковы, и поэтому полный напор такой машины равен напору одной ступени, умноженному на число ступеней машины. Часть продольного сечения многоступенчатой машины представлена на рис.3.23.

Рис. 3.23. Продольный разрез многосту- пенчатой центробежной машины: обо-

значения см. в тексте

Поток жидкости (газа) поступает через подвод 1 в рабочее колесо 2 первой ступе- ни машины, откуда, восприняв от лопаток некоторое количество энергии, он выбра- сывается в направляющий аппарат 3 этой ступени. Далее, обогнув диафрагму 4, от- деляющую первую ступень от второй, поток проходит обратный направляющий ап- парат 5 между первой и второй ступенями и поступает в рабочее колесо второй сту- пени. Из второй ступени поток направляется в третью и т.д.

21

Обратный направляющий аппарат является характерным элементом многосту- пенчатой центробежной машины. При выходе из направляющего лопаточного устройства первой ступени поток обладает значительными тангенциальными со- ставляющими абсолютной скорости, т.е. он закручен относительно оси машины. Если такой поток будет подведен к лопастям рабочего колеса второй ступени ма- шины, то здесь он сможет получить приращение энергии, обусловленное лишь раз- ностью окружных скоростей выхода и входа.

Если же на пути между выходом из направляющего устройства первой ступени и входом в рабочее колесо второй ступени расположить лопаточное направляющее устройство, обеспечивающее радиальный вход в рабочее колесо второй ступени, то последнее будет работать столь же эффективно, как и рабочее колесо первой ступе- ни. Назначение обратного направляющего аппарата заключается в устранении за- кручивания потока с целью эффективной передачи энергии потоку в последующей ступени машины.

Напоры, развиваемые современными центробежными многоступенчатыми ма- шинами, очень высоки; например, насосы, подающие воду, создают напор до 400 бар. Имеются насосы с числом ступеней до 30.

В тех случаях, когда центробежная машина при заданном напоре должна обеспе- чивать такую подачу, что размеры проточной части окажутся конструктивно не- приемлемыми, применяют параллельное соединение рабочих колес. Такие машины называют многопоточными. Принципиальная схема машины с четырьмя потоками представлена на рис. 3.24.

Рис. 3.24. Схема многопоточной центро-

бежной машины: обозначения те же, что на рис. 3.22

При высоких напорах и больших подачах находят применение центробежные машины многопоточного типа со ступенями давления. Такие машины состоят из двух или четырех групп ступеней давления. В каждой группе ступени включены последовательно с целью повышения напора, а группы ступеней включены парал- лельно. В качестве примера соединения ступеней и групп в смешанном типе цен- тробежной машины на рис. 3.25 приведена схема работы трехступенчатой двухпо- точной машины с симметричным расположением ступеней и их групп.

22

Рис. 3.24. Схема трехступенчатой двухпоточной центробежной маши-

ны: обозначения те же, что на рис. 3.22

Примером многоступенчатой машины с малым числом ступеней является широ- ко применяемый на ТЭС в качестве конденсатных насосов турбоагрегатов насос типа «КсД». Это горизонтальные насосы с производительностью до 140 м3/ч и напором до 140 м вод. ст. Насосы спиральные трехступенчатые с двухсторонним подводом воды к рабочему колесу первой ступени и односторонним – к колесам второй и третьей ступеней. Первая ступень насоса типа «КсД» (рис. 3.25) располо- жена в центре агрегата. Вода после первой ступени по внешним перепускным тру- бам направляется к остальным ступеням насоса. В насосе отсутствуют сальники, работающие под вакуумом и под полным давлением насоса. Улучшение кавитаци- онных характеристик первой степени достигается установкой двухпоточного рабо- чего колеса и уменьшением при этом скорости потока конденсата.

Рис. 3.25. Насос типа КсД: 1 – перепускные трубы; 2 – отвод воздуха в конденсатор; 3 – корпус насоса; 4, 5, 6 – рабочие колеса насоса

23

Вертикальные конденсатные насосы типа «КсВ» изготавливаются с производи- тельностью до 2200 м3/ч и напором до 220 м вод. ст. Насосы с подачей 500 м3/ч двухкорпусные секционные с односторонним расположением рабочих колес. Перед колесом первой ступени установлено для повышения всасывающей способности насоса предвключенное колесо. Насосы с подачей более 500 м3/ч выполняются с первым колесом двухстороннего всасывания соответственно с двумя предвключен- ными колесами и одним– двумя колесами одностороннего расположения.

Конструкция насоса типа «КсВ» (рис. 3.26) отличается от конструкции насоса ти- па «КсД» вертикальной компоновкой и отсутствием внешних перепускных труб (та- кие трубы имеет только насос 12КсВ-9х4). Перевод воды от одной группы рабочих колес к другой осуществляется по литым каналам, выполненным во внутреннем корпусе насоса. Со стороны всасывания насосы не имеют выхода вала наружу, что исключает подсосы воздуха и утечки воды. В насосе типа «КсВ» нижний подшип- ник является опорным. Смазка и охлаждение подшипника осуществляются конден- сатом, который отбирается от одной из промежуточных ступеней и по трубкам под- водится к подшипнику. Верхний подшипник является опорно-упорным. Он воспри- нимает вес вращающихся элементов и остаточные неуравновешенные усилия рото- ра. Смазка этого подшипника масляная, а охлаждение водяное. Уплотнение вала насоса осуществляется с помощью сальника с мягкой набивкой.

Многоступенчатые центробежные насосы с большим числом ступеней использу- ются на ТЭС в качестве питательных насосов. Питательные насосы для ТЭС с дав- лением свежего пара 90 и 130 бар, как правило, имеют маркировку «ПЭ», например насос ПЭ 500-180 – питательный насос номинальной подачей 500 м3/ч и номиналь- ным давлением 185 кгс/см2. Такие насосы являются секционными многоступенча- тыми, оборудованы двух- или однокорпусными рабочими колесами, ориентирован- ными в одной сторону (рис. 3.27). Насосы относительно небольшой производитель- ности (до ПЭ 270-150) выполняются однокорпусными; более мощные насосы

(ПЭ 380-200, ПЭ 500-180) двухкорпусные.

Питательные насосы типа «СВПТ» (например, насос СВПТ-350-1350 для энерго- блока с турбиной К-800-240) предназначены для подачи питательной воды к котло- агрегатам энергоблоков сверхкритических параметров свежего пара. Приводом насоса является турбина (на это указывает литера «Т» в маркировке). Конструкции питательных насосов «СВПТ» выполнены в двухкорпусном исполнении (рис. 3.28). Внешний корпус состоит из ковано-сварного цилиндра с приваренными к нему па- трубками и лапами и крышки цилиндра. Внутренний корпус, разъемный в горизон- тальной плоскости, выполнен ковано-сварным; в него закладываются литые фрезе- рованные (четырехканальные) направляющие аппараты. Цилиндр со стороны нагне- тания закрыт кованой крышкой, присоединяемой к цилиндру круглым фланцем. Крышкой цилиндра со стороны всасывания служит присоединяемый также круглым фланцем корпус переднего уплотнения. Корпус заднего уплотнения присоединяется к крышке цилиндра со стороны нагнетания, образуя область за разгрузочным дис- ком.

24

Рис. 3.26. Насос типа КсВ: 1 – внешний корпус; 2 – внутренний корпус; 3 – вал; 4 – упор- ный подшипник; 5 – сальник; 6 – подвод конденсата к сальнику; 7 – муфта; 8 – клапан; 9 – отвод воздуха в паровое пространство конденсатора

25

Рис. 3.27. Насос питательный типа ПЭ-500-180: 1 - вал, 2 - подшипник, 3 - торцовое уплотнение вала, 4 - входная крышка. 5 - подвод кольцевой, 6 - предвключенное колесо, 7 - крышка, 8 - рабочее колесо, 9 - секция, 10 - направляющий аппарат, 11 - корпус наружный, 12 - кожух насоса, 13 - корпус внутренний, 14 - крышка напорная, 15 - диск разгрузки, 16 - корпус концевого уплотнения

Рис. 3.28. Насос питательный типа СВПТ-350-1350: 1 - передний подшипник; 2 - ротор; 3 - корпус переднего уплотнения; 4 - камера отбора; 5 - внешний корпус; 6 - внутренний корпус; 7 - обшивка; 8 - крышка цилиндра; 9 - корпус заднего уплотнения; 10 - задний подшипник; 11 - датчик осевого сдвига; 12 - отверстия перепуска жидкости из камеры раз- грузки на всасывание насоса; 13 - рама; 14 - напорный патрубок; 15 - всасывающий патру- бок; 16 - регулирующий болт; 17 - гидропята

26

Для высоконапорных насосов оказывается невозможным использование сальни- кового уплотнения, а при применении щелевого уплотнения протечка рабочей сре- ды через него оказывается существенной, что приводит к заметному уменьшению КПД насоса. По этой причине в питательных насосах нашли распространение тор- цевые уплотнения (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Конструктивная схема торцевого уплотнения насоса

В таком уплотнении вращающееся кольцо (3), обойма (2) и кольцо нажимное (8) монтируются на защитной втулке (7), надеваемой на вал насоса, и вращаются с той же угловой скоростью, что и вал. Вращение от защитной втулки через шпонку (1) передается на обойму, от обоймы - подвижному кольцу. Неподвижное кольцо (4) устанавливается в корпусе и фиксируется винтом (5). В процессе работы под дей- ствием гидростатического давления уплотняющей жидкости кольцо вращающееся

(3) плотно прилегает к неподвижному кольцу (4) и тем самым создает надежную герметизацию полости насоса.

На стоящем насосе пары трения удерживаются в постоянном контакте пружинами (6), которые передают усилие на вращающееся кольцо через нажимное (8) и резино- вые кольца; последнее уплотняет радиальный зазор между защитной втулкой (7) и вращающимся кольцом (3).

Герметичность всех соединений обеспечивается уплотнительными резиновыми кольцами круглого сечения (10).

27

Для отвода тепла от пар трения и удаления продуктов износа, а также для созда- ния гидрозатвора к концевому уплотнению подводится конденсат под давлением

2-2,5 бар.

Существуют и другие варианты конструктивного исполнения торцевого уплотне- ния насосов.

Основной проблемой при использовании многоступенчатой конструкции насоса является необходимость компенсации возникающего осевого усилия. Осевая сила в многоступенчатых машинах может достигать больших значений, и восприятие ее упорными подшипниками при большой частоте вращения вала затруднено. Только у машин малых размеров и при небольшом числе ступеней можно допустить восприя- тие осевой силы упорным подшипником.

Существует ряд методов компенсации осевых усилий в многоступенчатых насо- сах. Рассмотрим основные из этих методов.

Двусторонний подвод потока жидкости в рабочее колесо. Рабочее колесо с под-

водом потока жидкости с двух сторон (рис. 3.30) не передает осевой силы на вал вследствие своей симметрии. Осевые усилия, создаваемые левым и правым потока- ми, компенсируют друг друга. Колеса такого типа широко применяются в односту- пенчатых центробежных машинах.

Рис. 3.30. Колесо центробежного насоса с двусторонним входом

Такой метод, в принципе, можно распространить и на многоступенчатый насос с четным числом рабочих колес (рис. 3.31). Для этого можно разместить колеса оди- наковыми группами с подводом потока жидкости с разных сторон. Осевые силы, создаваемые обеими группами колес, одинаковы по значению, но различны по направлению и поэтому взаимно уравновешены. Такой способ уравновешивания осевой силы является одним из лучших, так как он обеспечивает надежное уравно- вешивание без уменьшения КПД насоса. Для фиксирования ротора в осевом направлении и восприятия незначительных осевых сил, обусловленных недостаточ- но строгой симметрией ротора (влияние технологических и монтажных неточно- стей), в машинах такого типа устанавливают шариковый подпятник.

28

Рис. 3.31. Многоступенчатый насос с двухсторонним сим- метричным входом

Применение разгрузочных отверстий или разгрузочной камеры. Метод заключа-

ется в выравнивании давлений с обеих сторон рабочего колеса путем применение разгрузочных отверстий в основном диске рабочего колеса или трубок, соединяю- щих полости до и после рабочего колеса.

Если на заднем диске колеса центробежного насоса по окружности разместить уплотняющее цилиндрическое кольцо К (рис. 3.32), а в теле заднего диска близ сту- пицы колеса просверлить несколько отверстий, то давления перед колесом (на вхо- де) и за ним будут уравновешены, и осевая сила будет вызываться только динамиче- ской составляющей ее. Динамическое усилие на входе относительно невелико и может быть воспринято шариковым подпятником.

Рис. 3.32. Уравновешивание осевой силы при помощи отверстий в основном диске рабочего колеса

Отверстия в диске, сообщающие полости перед колесом и за ним, иногда заменя- ют соединительной трубкой, сообщающей указанные полости. Такой способ урав- новешивания удобен, прост и поэтому широко распространен.

К недостаткам описанного способа разгрузки следует отнести некоторое умень- шение объемного КПД машины (за счет перетекания среды через отверстия) и

29