Модернизация ГЦН-195М и его конструктивные особ..


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТС
ТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное
автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский

инженерно
-
технический институт
-

филиал НИЯУ МИФИ





РЕФЕРАТ НА ТЕМУ

«
МОДЕРНИЗАЦИЯ ГЦН
-
195

И ЕГО
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕ
ННОСТИ
»





Выполнил студент

АЭС
-
11
-
Д
2






Назаренко В.В.


курс, группа



фамилия. И.О.


Руководитель

к.т.н.
,
доцент





Кольченко О.Л.

должность, звание



фамилия, И.О.






К
защите






Защита принята с оценкой


«____»____________2014

г.



______________________


____________
______




«____»____________2014

г
.


подпись







______________________











подпись










Волгодонск 2015



В настоящее время на АЭС с ВВЭР
-
1000 находится в эксплуатации 20 блоков, на
которых длительно эксплуатируются более 80 насосов типа ГЦН
-
195М.


Анализ накопленного опыта эксплуатации ГЦН с уплотнением вала и инерционным
выбегом с реакторами ВВЭР, а также новые требования по обеспечению безопасности
АЭС позволяют сформулир
овать ряд направлений дальнейшего совершенствования
конструкции ГЦН.


Направление совершенствования, их перспективность определяются в основном
требованиями максимального повышения надежности, и эксплуатационной безопасности
АЭС.


Совершенствование насосного оборудования проводится по нескольким
направлениям, которые в настоящее время нашли свое отражение в конструкции
ГЦНА
-

1391, разработанного для реакторной установки В
-
392 и приме
ненного для
строящихся АЭС в Китае и Иране



Конструкция ГЦНА
-

1391 явилась продолжением развития конструкции ГЦН
-
195М в которую внесен
ы следующие усовершенствования:


1
. В отличие от ГЦН
-
195М, имеющего цельнолитую конструкцию спирального корпуса
насоса, корпус насоса ГЦНА
-

1391 выполнен виде сферической

штампо
-
сварочной
конструкции.


2
. Проточная часть насоса выполнена в виде штампо
-
сварных конструкций

рабочего колеса и направляющего аппарата вместо литого рабочего колеса,

применявшегося на первых серийных насосах ГЦН
-
195М
.


3
. Изменена конструкция главного разъема ГЦНА, который в настоящее время
выполняется в виде двух плоских прокладок спец
иальной конструкции, выпол
ненных из
материала «Графлекс».


4
. Изменена конструкция нижней

части торсионной муфты насоса.


5
.

С переходом на ГЦН с уплотнением вала по сравнению с герметичными

насосами резко возросло количество вспомогательных систем.


Главный циркуляционный насос

ГЦН
-
195М

предназначен для создания циркуляции
теплоносителя в первом контуре реакторной установки для отвода тепла из активной зоны
реактора. Применяется в схеме АЭС с реактором ВВЭР
-
1000, для каждого реактора
устанавливается 4 насоса.

ГЦН представляет собой вертик
альный центробежный одноступенчатый насос с блоком
торцевого уплотнения вала, консольным рабочим колесом, осевым подводом воды и
выносным асинхронным двигателем.

Выемная часть ГЦН состоит из корпуса, вала со втулками радиального подшипника
скольжения, блок
а торцевого уплотнения вала, главного упорного подшипника с
антиреверсным устройством и электромагнитным разгрузочным устройством, рабочего и
вспомогательного колеса, экрана, теплового барьера и деталей крепления.
Электромагнитное разгрузочное устройство п
редназначено для восприятия части
выталкивающего усилия, действующего на вал насоса. Антиреверсное устройство
предназначено для предотвращения проворачивания вала насоса противотоком
теплоносителя при остановленном насосе.





Основные

технические

характеристи
ки

насоса

ГЦН
-
195М

Параметр

Значение

Подача, м3/ч

20 000

Напор, кгс/см2

6,75

Температура перекачиваемого теплоносителя, С


300

Частота вращения, об/мин

1000

Масса насоса, кг

140 000

Верхний срез входного патрубка расположен на 210 мм ниже оси выходного патрубка
ГЦН.


Вид насоса ГЦН
-
195м

Вспомогательные системы ГЦН
-
195М

ГЦН
-
195М имеет следующие вспомогательные системы:

-

маслосистема (одна на два ГЦН);

-

автономный контур;

-

система технической воды группы В (неответственных потребителей);

-

система технической воды группы А (ответственных потребителей);

-

промконтур;

-

система запирающей воды;

-

система чистого конденсата.

Маслосистема

ГЦН

предназначена для подачи масла на смазку подшипников ГЦН и
приводного электродвигателя.

Автономный

контур

служит для охлаждения нижнего радиального подшипника.

Система

технической

воды

неответственных потребителей предназначена для
организации охлаждения электродвигателя. Система технической воды

ответственных

потребителей

предназначена для охлаждения масла, подаваемого на ГЦН.

Система

промконтура

предназначена для охлаждения теплообмен
ников автономного
контура, теплообменников запирающей воды и электромагнитов ГЦН.

Система

запирающей

воды

предназначена для ограничения протечек через уплотнения
ГЦН. Существует две подсистемы подачи запирающей воды в уплотнение вала.

Первая осуществляет п
одачу запирающей воды при всех нормальных режимах работы
АЭС включая пуск и останов. Запирающая вода подается от системы подпитки и
продувки подпиточными насосами.

Система

чистого

конденсата

предназначена для смыва кристаллов бора с концевых
уплотнений ГЦН
.


1 Введение


Главный циркуляционный насос ГЦН
-
195М являетс
я вертикальным центробежным
насосным агрегатом и установлен в первом контуре реакторной установки В
-
320 АЭС
ВВЭР
-
1000.

В ГЦН 195М, находящихся в эксплуатации на действующих АЭС, главный разъем
между корпусом насоса (улиткой) и корпусом выемной части ГЦН
-
1
95М разработан в
конце шестидесятых годов в условиях отсутствия нормативной базы, современных
уплотнительных материалов и методов расчета. Разъем был спроектирован с учетом
имевшегося опыта проектирования и эксплуатации. Поэтому этот разъем не соответствуе
т
современным требованиям нормативной базы и не обеспечивает в достаточной степени
надежности и удобства в эксплуатации.

Целью разработки модернизированного главного разъема (МГР) является приведение
разъема в соответствии с
«Нормами расчета на прочность

оборудования и трубопроводов
атомных энергетических установок», ПНАЭ Г
-
7
-
002
-
86,

и повышения надежности и
удобства эксплуатации разъемов.

МГР предназначен для ГЦН с использованием корпуса в виде улитки на вновь
вводимых блоках АЭС, а также при проведению

работ по продлению ресурса ГЦН
-
195М
на действующих АЭС и при выполнении работ по

увеличению межремонтного периода.



2 Главный разъем ГЦН
-
195М на действующих АЭС


Разъем уплотнен плоской прокладкой прямоугольной формы из аустенитной стали
высотой 5мм и ш
ириной 15мм (рисунок 1). Вторичное уплотнение осуществлено
резиновой прокладкой диаметром 25 мм. Резиновая прокладка обеспечивает работу
уплотнения при температуре до 250

С. Между прокладками предусмотрен контроль
протечек.

Необходимые для уплотнения разъ
ема усилия обеспечиваются затяжкой 30
-
ти шпилек
по специальному регламенту в несколько приемов с помощью гидравлического
приспособления. Окончательный контроль затяжки разъема производится замером
вытяжки каждой шпильки.

Для уменьшения циклических напряжен
ий в переходных режимах и повреждаемости
корпусов в районе прокладки в систему шпильки были введены пакеты из тридцати пяти
тарельчатых пружин, что позволило уменьшить коэффициент нагрузки разъема до
величины


= 0,04
.


Среднее давление на прокладке при з
атяжке 550
-
600 МПа. Пределы текучести для
материала улитки
R
=
490 МПа
, для корпуса выемной части
R
=
196 МПа
.



А



СИГМА, Па











Рисунок 1
-

Элементы главно
го разъема ГЦН
-
195М.

Вид А
-

интенсивность напряжений области стальной прокладки

главного разъема при затяжке, Па


Средние контактные напряжения в разъеме превосходят допускаемые для корпуса
выемной части, равные в соответствии с «Нормами расчета на п
рочность оборудования и
трубопроводов атомных энергетических установок», ПНАЭ Г
-
7
-
002
-
86 1,5

R

более
чем в два раза.


При этом повреждаемость улитки в районе прокладки достигает по ПНАЭ
Г
-
7
-
002
-
86 предельно допустимого

значения за заданный срок эксплуатации 30 лет.

Современные компьютерные методы расчета позволили рассчитать распределение
напряжений по контактируемым поверхностям в зоне прокладки.

Напряженное состояние прокладочного узла главного разъема в режиме уплот
нения,
рассчитанное по программному комплексу «
ANSYS
», представлено на рисунке 1.

Напряжения распределены по контактным поверхностям неравномерно.
Интенсивность напряжений в углах контактирующих поверхностей корпусов при затяге
превышает 2500 МПа. Это пр
иводит к большому усталостному повреждению корпусов в
зоне прокладки. Предельно допустимая повреждаемость улитки в зоне расположения
аустенитной прокладки по нормам при заданных циклических нагрузках может быть
достигнута к моменту выработки установленног
о срока службы корпуса ГЦН

195М 30
лет.

Таким образом можно отметить следующие основные недостатки главного разъема
ГЦН 195М на действующих АЭС:

1) Упругая составляющая стальной прокладки мала, что не позволяет обеспечить
надежную герметичность разъема в
условиях переходных температурных режимов.

2) Как показал опыт эксплуатации, поверхности корпусов в зоне действия напряжений
от прокладки получают пластическую деформацию, что требует проведения ремонта этих
поверхностей в процессе эксплуатации.


3) При н
арушении герметичности основной прокладки и длительной эксплуатации
при температуре больше 250

С вторичного уплотнения (резиновой прокладки) не
гарантируется герметичность разъема.


4) Затяжка шпилек с пакетами тарельчатых пружин производится одиночными
г
идродомкратами в три
-
четыре приема с контролем затяжки по удлинению каждой
шпильки в процессе этой операции. Это
приводит к усложнению режима затяжки и
существенному увеличению времени его проведения.

Указанные выше недостатки привели к необходимости моде
рнизации главного
разъема.


3 Модернизированный главный разъем ГЦН
-
195М


Конструкция МГР с дообработанной под него улиткой ГЦН
-
195М была разработана
для второго блока Ростовской АЭС.

В конструкции МГР используются две последовательно расположенные графит
овые
прокладки аналогично главному разъему ГЦНА
-
1391,

с контролем протечек между ними.

В настоящее время ГЦНА
-
1391 с аналогичной конструкцией разъема успешно
эксплуатируется на Тяньваньской АЭС (Китай).

Конструкция МГР представлена на рисунке 2.

Проклад
ки размещены в пазах дообработанного фланца улитки.
Полость между
прокладками дренируется. В случае нарушения герметичности внутренней прокладки
о
беспечивается длительная эксплуатация на вторичной внешней графитовой прокладке.

Главный разъѐм затягивается
30 шпильками.
Для уменьшения напряжений в шпильке
еѐ диаметр увеличен.

Вместо пакета тарельчатых пружин используется втулка дистанционная.

Каждая прокладка состоит из графитового кольца, запрессованного между стальными
кольцами. По углам графитового кольца

расположены четыре угловых обтюратора.
Высота колец 14 мм, ширина сечения кольца


17,5 мм. Остаточная упругая
составляющая прокладки 1,0 мм.

При выборе типа и геометрических характеристик прокладки учитывалось усилие
затяжки шпилек, взаимная деформация

уплотнительных поверхностей улитки и корпуса
выемной части в процессе эксплуатации.






А







СИГМА,
Па















Рисунок 2
-

Элементы модернизированного главного разъема ГЦН
-
195М.

Вид А
-

ин
тенсивность напряжений в области прокладок модернизированного

главного разъема при затяжке, Па


Минимальное допустимое удельное давление на прокладках в рабочих условиях p
pr

= 35 МПа, при гидравлических испытаниях
-

p
pr

= 37 МПа.

Усилие затяжки шпи
лек обеспечивает отсутствие раскрытия стыка во всех режимах
эксплуатации и постоянное удельное давление на прокладке p
pr

= 45 МПа, которое
превосходит минимально допускаемое.





При модернизации главного разъема необходимо:

1) дообработка улитки для установки

прокладок;

2) установка прокладок (основной и вторичной) из расширенного графита
«Графлекс»;

3) замена шпилек на новые с увеличенным диаметром шпильки;

4) замена пакетов тарельчатых пружин на дистанционные втулки.


Корпус выемной части насоса выполняется
единым с нажимным фланцем.

Применение втулок позволяет контролировать затяжку по давлению в
гидродомкратах, что значительно упрощает данную операцию, а также обеспечивает
стабильность усилий в разъеме при работе. Окончательный контроль производится
измере
нием вытяжки каждой шпильки. Затяжка производится групповым гайковертом на
пятнадцать шпилек. Замена пакетов тарельчатых пружин на дистанционные втулки, при
использовании группового гайковерта позволяет выполнять затяжку шпилек разъема в два
приема. Причем

при затяжке первых пятнадцати шпилек прокладки полностью
обжимаются, часть усилий переходит на поверхности фланцев.

Данный разъем реализован для ГЦН второго блока Ростовской АЭС.

Напряжения в области контакта корпуса выемной части и улитки в режиме затя
га
представлены на рисунке 2.


Напряжения на уплотнительных поверхностях корпусов в области внутренней и
внешней прокладок при работе меньше половины предела текучести материалов
корпусов.

В МГР выполняются все требования современных нормативных документ
ов
надзорных органов России и обеспечивается герметичность, стабильность и надежность
главного разъема в условиях длительной эксплуатации на АЭС.

Модернизированный главный разъем успешно прошел испытания на натурном стенде.


4
Описание технологии обработк
и уплотнительных поверхностей улиток ГЦН
-
195М для модернизации главного разъема


Для подготовки уплотнительных поверхностей улитки ГЦН
-
195М под прокладки
МГР был спроектирован и изготовлен станок. Станок предназначен также для работы в
условиях АЭС,
снабжен стендом
-
имитатором улитки для предварительной настройки
станка в «чистых» условиях, телевизионными камерами для наблюдения за настройкой и
работой станка.


Для создания уплотнительной поверхности МГР на торцевой поверхности фланца
улитки нео
бходимо выполнить кольцевую канавку на диаметре 1310мм и расточку по
отверстию главного разъема до диаметра 1240мм по предварительной выполненной
наплавке (обе на глубину 13,7 мм). Наплавка выполняется автоматически, с применением
того же станка. Для это
го используется специальная сварочная головка. В комплект
станка входит также стенд для наладки сварочного автомата и обучения сварщиков.
Технология наплавки аттестована ведущей материаловедческой организацией.


Станок был собран и опробован на стенд
овой улитке ГЦН
-
195М. Он устанавливается
с помощью крана на 6 опорах, ввернутых на равном расстоянии по диаметру в гнезда
шпилек главного разъема, после чего выполняется его выверка относительно базовых
поверхностей улитки и выполняется необходимая обработ
ка торцевой поверхности
фланца главного разъема. В качестве инструмента используются резцедержатели и
твердосплавные пластинки. После окончания работ выполняется контроль проектных
размеров и качества обработки. Для работы в условиях АЭС, с целью снижения
дозовых
нагрузок, предусмотрен защитный контейнер, который устанавливается внутрь улитки на
период выполнения работ.

5 Выводы



1. Находящийся в эксплуатации на действующих АЭС с ВВЭР

1000 главный разъем
ГЦН

195М спроектирован более 40 лет назад и поэтому

не соответствует современным
нормативным требованиям. Напряжения на уплотнительных поверхностях под
аустенитной металлической прокладкой значительно превышают допускаемые.
Вторичное уплотнение осуществляется резиновой прокладкой, поэтому не предназначено
для длительной работы при нарушении герметичности основного уплотнения. В процессе
эксплуатации уплотнительные поверхности корпусов требуют ремонта. Операция затяжки
шпилек с пакетами тарельчатых пружин является трудоемкой и продолжительной.
Предельно допу
стимая повреждаемость корпуса в зоне расположения аустенитной
прокладки по нормам наступает при выработке установленного срока службы корпуса
ГЦН

195М 30 лет.

2. В конструкции модернизированного главного разъема ГЦН

195М использованы
две последовательно ра
сположенные прокладки. Вторичная прокладка позволяет
обеспечить надежную длительную работу при потере герметичности основной прокладки.
Низкий уровень повреждаемости уплотнительных поверхностей корпуса позволяет
обеспечить практически любой планируемый сро
к службы без необходимости ремонта в
процессе эксплуатации. Замена пакетов тарельчатых пружин на дистанционные втулки
позволяет проводить затяжку шпилек групповым гайковертом (по 15 шпилек) в два
приема. При затяжке первых 15 шпилек прокладки полностью обж
имаются, и остальное
усилие передается на поверхность фланца. Время затяжки разъема уменьшается до 2
часов. В конструкции разъема выполнены все современные нормативные требования.
Технология дообработки корпуса (улитки) аттестована, в том числе для условий

действующих АЭС. Имеется необходимая оснастка. Модернизированный главный разъем
ГЦН

195М прошел испытания на натурном стенде.

3. Конструкция модернизированного главного разъема (МГР) ГЦН для АЭС с ВВЭР

1000 должна использоваться в следующих случаях:

-

для

разъема ГЦН на новых АЭС, где в качестве корпусов применяются литые
улитки (2,3 и 4 блоки Ростовской АЭС, 4 блок Калининской АЭС), с заданным сроком
службы 40 лет;

-

при проведении работ по продлению ресурса ГЦН

195М на действующих АЭС
ВВЭР

1000 с РУ
-
320
, так как при выработке заданного срока службы 30 лет,
повреждаемость уплотнительных поверхностей может достигать предельно допустимых
значений;

-

при проведении работ по увеличению межремонтного периода ГЦН

195М до
28000 часов с учетом предстоящих в дальн
ейшем работ по продлению ресурса.

На действующих АЭС модернизация главного разъема должна проводится по
согласованному графику.



ГЦН
-
1391 с механическим уплотнением вала



Главный циркуляционный насосный агрегат ГЦНА
-
1391.

Продольный разрез



Основные характеристики насоса ГЦНА
-

1391

Наименован
ие

Единицы измерения

Зна
чения

Подача

М
3


22000

Напор

М(кгс/см
2
)

89,4±3,5 (6,5±0,25)

Температура
теплоносителя

°С

290
-
300

Давление на входе

МПа (кгс/см
2
)

15,3 (156)

Мощность насосного
агрегата



-

на горячей воде

кВт

5100

-

на холодной воде

кВт

7100

Напряжение сети

В

6000

Частота сети

Гц

50

Момент
инерции(С
D
2
)

т·м
2

7,6

Частота вращения
(синхронная)

Об/мин

1000

Наименование

Единицы измерения

Значения

Масса (масса
электродвигателя)

т

120 (41,7)

Габаритные
размеры
:



-
высота

мм

10302

-
в плане

мм

3480

Расход охлаждающей
воды
:



-
промконтура

м
3

55

-
тех. вода

м
3

65

в том числе:



-
электродвигателя

м
3

45

-
маслоохладителя

М
3

20

Материалы



осевого подшипника
и рабочего блока
уплотнений


Силицированный графит

радиального
подшипника


Графито
-
фторопласт по
стали

Срок службы

лет

30

Работа без
технического
обслуживания

час

16000








Система смазки элект
родвигателя ГЦН
-
1391



Система охлаждения РОП ГЦНА
-
1391



Принцип работы РОП ГЦНА
-
1391 с рычажной уравнительной системой
типа "Кингсбери"



Принципиальная схема тракта циркуляции теплоносителя первого
контура






Схема
монтажа главного циркуляционного трубопровода



Схема расположения оборудования первого контура по ”отметкам”


Приложенные файлы

  • pdf 5314107
    Размер файла: 928 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий