Разработка на ЛМЗ модернизированных питательных насосов для крупных блоков ТЭС (стр. 2 из 3)
Паровая турбина и ПН стенда запитаны от действующего энергоблока станции. Приемным элементом стенда для испытаний ПН является деаэратор, в котором поддерживается давление в диапазоне 0,1... 1,5 МПа. Вода из деаэратора поступает на вход бустерного насоса. На выходе бустерного насоса имеются два регулируемых дросселя для создания нужного давления на входе в ПН в диапазоне 1,6. 2,2 МПа. На выходе из ПН на длинном трубопроводе установлена диафрагма для измерения подачи. Во входном и выходном патрубках ПН установлены измерительные и контрольные приборы для измерения давлений и температуры. После прохождения диафрагмы вода поступает на дроссельные устройства затем на линии малых и больших подач, где установлены дополнительные диафрагмы и струевыпрямители, и через камеру захолаживания в деаэратор. При малых оборотах вода идёт на линию рециркуляции (270 м3/ч) через два последовательно установленных дросселя и далее в деаэратор. Имеется трубопровод соединения камеры, находящейся за устройством разгрузки осевого усилия, с всасывающим патрубком ПН. На концевые уплотнения ПН подается охлажденный до 90 °С конденсат, который вместе с протечками уходит затем в деаэратор. Питание маслом баббитовых подшипников скольжения ПН производится от общей с турбиной масляной системы питания. Схема стенда для натурных испытаний представлена на рис. 5.
При испытаниях измерялись следующие параметры: частота вращения, объемная подача, давление на выходе, давление на входе, температура перекачиваемой воды, температура баббита вкладышей упорного и опорных подшипников, температура баббита вкладышей упорного и опорных подшипников, температура воды, выходящая с концевых уплотнений насоса, разность температур между верхом и низом корпуса насоса при прогреве и остывании, давление масла на подводе к подшипникам, расход разгрузки.
Подача питательной воды измеряется с помощью диафрагмы с измерением перепада давления в двух диапазонах: линия малых подач до 500 м3/ч и линия больших подач до 1600 м3/ч. Используются камерные диафрагмы с прямыми калиброванными участками трубопроводов (длины входного и выходного участков строго по ГОСТу). Измерение перепада давления - преобразователи типа «Сапфир» 22М-ДД, класса точности 0,25. Диафрагма (шайба) и преобразователи проходят аттестацию «Ростест».
Давления на входе и выходе измеряются преобразователями типа «Сапфир» 22М-ДИ, класса точности 0,25.
Температура питательной воды на входе и выходе измеряется платиновыми термопреобразователями сопротивления 100П, точность измерения 0,1 °С.
Измерение виброскоростей производится пьезоэлектрическими вибропреобразователями, устанавливаемыми на подшипники ПН. Штатные проходят аттестацию в «Ростест».
Измерение частоты вращения производится с помощью зубчатого диска, устанавливаемого на валу ПН, и индуктивного преобразователя.
Измерение осевого смещения вала производится датчиком, изготовленным заводом производителем ПН.
Погрешность измерения объемной подачи включает погрешность определения коэффициента расхода диафрагмы - 1 %, погрешность измерения перепада давления - 0,5 % и его случайную погрешность, вызванную динамикой потока и высокой температурой среды, эта погрешность оценивается величиной в 1 %. Полная погрешность измерения подачи составит 1,5 %.
Рис. 5. Схема стенда для натурных испытаний
Погрешность определения напора, разность полных давлений на выходе и входе в ПН, включает погрешность измерения входного и выходного давлений- 0,5 % каждое и случайной погрешности измерения каждого давления - 1 %. Полная погрешность составит 1,6 %.
Полная погрешность определения полезной мощности ПН оценивается величиной в 2 %.
В процессе испытаний отрабатывалась конструкция насоса и определялась напорная и вибрационная характеристики.
Напорная характеристика представлена на рис. 6 и соответствует модельной.
Подача, м3/час
Рис. 6. Напорная характеристика питательного насоса ПТН-1150-340-М
Вибрационная характеристика представлена на рис. 7. Вибрации подшипников не превосходят 4 мм/с во всём рабочем диапазоне подач.
Рис. 7. Вибрационная характеристика питательного насоса ПТН-1150-340-М: поперечная (П), вертикальная (В) и осевая (О) вибрация передней и задней опоры
В процессе испытаний отрабатывалась система подачи масла на упорный подшипник, испытывались два варианта упорного подшипника - баббитовый и бронзофторопластовый. Отрабатывалась система охлаждения концевых уплотнений питательного насоса (были исследованы два варианта холодильников). Концевые уплотнения торцевого типа обеспечивают практически полное отсутствие протечек.
Результаты модельных и натурных испытаний нового модернизированного насоса ЛМЗ свидетельствуют о соответствии параметров техническим требованиям эксплуатации. Существенно повышен КПД, исключены внешние протечки, улучшены вибрационные характеристики.
Конструкция насоса
Питательный турбонасос ПТН 1150-340-М разработан на параметры, указанные в табл. 1.
Таблица 1
| № | Наименование характеристик | Характеристики |
| 1 | Тип насоса | ПТН-1150-340-М |
| 2 | Количество ступеней | 6 |
| 3 | Диаметр рабочего колеса, мм | 360 |
| Параметры насоса на номинальном режиме | ||
| 4 | Подача, м3/час | 1150 |
| 5 | Давление на выходе, МПа | 340 (33.35) |
| 6 | Давление на входе, МПа | 20.0 (1.96) |
| 7 | Температура воды на входе, °С | 165 |
| 8 | Частота вращения, об/мин | 6000 |
| 9 | Параметры отбора: подача, отбираемая на впрыск в промперегрев, не более, м3/час; давление воды в отборе на впрыск в промперегрев, МПа | 140 75 (7.36) |
| 10 | Пропускная способность линии рекупкуляции при Р = 6,4 МПа, м3/час | 170 |
| 11 | Эффективный КПД, не менее, % | 83 |
| 12 | Потребляемая мощность, не более, кВт | 12 500 |
| 13 | Наработка на отказ единичного изделия, ч | 18 000 |
| 14 | Ресурс между капремонтами, ч | 40 000 |
| 15 | Число пусков-остановов между капремонтами | 300 |
| 16 | Масса насоса в базовой комплектации без фундаментальных частей, монтажных приспособлений и запасных частей, т | 13 |
Питательный турбонасос ПТН-1150-340-М - центробежный, шестиступенчатый с промежуточным отбором воды за первой ступенью, обеспечивающий замену внутреннего корпуса без разборки переднего подшипника и зубчатой полумуфты. Для обеспечения высокой надежности и герметичности насоса, при работе в условиях высоких значений давления и температуры перекачиваемого конденсата, корпус насоса выполнен двойным. Крепление внутреннего корпуса во внешнем корпусе обеспечивает возможность независимого теплового расширения отдельных элементов без нарушения взаимной центровки. Тепловые расширения внутреннего корпуса направлены в сторону нагнетания. Концевые уплотнения ротора - механические торцевые. Осевое усилие ротора уравновешено гидравлическим разгрузочным устройством (поршнем) и упорным подшипником. Ротор опирается на подшипники скольжения, закрепленные на внутреннем корпусе и задней крышке насоса.
Принципиально конструкция насоса ПТН-1150-340-М показа на рис. 8. Сварно-кованый внешний корпус 1 устанавливается на фундаментной раме насоса. Внутренний корпус 3 секционного типа с ротором насоса 2 размещается во внешнем корпусе и центруется со стороны всасывания - по заточке на наружной поверхности всасывающего патрубка, со стороны нагнетания - по внутренней поверхности направляющего аппарата последней ступени.
Рис. 8. Конструкция насоса ПТН-1150-340-М
Положение внутреннего корпуса в осевом направлении определяется торцевым буртом секции первой ступени, упирающимся через мерное кольцо в кольцевое усиление внешнего корпуса. Место упора в наружном корпусе является уплотнением области нагнетания питательной воды в промперегреватель. При работе насоса уплотнение по мерному кольцу осуществляется за счет напорного давления. При сборке предварительное поджатие осуществляется шпильками во всасывающем патрубке через переднюю крышку. Внутренний корпус состоит из отдельных секций с направляющими аппаратами и с неподвижными втулками передних и задних щелевых уплотнений рабочих колес, всасывающего патрубка и обтекателя. Конструкция секций из отдельных деталей позволяет обработать элементы проточной части внутреннего корпуса с высокой точностью на станках с ЧПУ. Всасывающий патрубок выполнен из чугуна, остальные элементы внутреннего корпуса выполнены из нержавеющей стали. Для обеспечения высокоточной соосности всех направляющих аппаратов и щелевых уплотнений рабочих колес сборка секций внутреннего корпуса осуществляется по специальной технологии. Ротор насоса представляет собой стальной кованый вал с насаженными на него рабочими колесами, рубашками, втулками, поршнем разгрузки осевого усилия ротора и упорным диском подпятника. Рабочие колеса выполнены из нержавеющей стали методом точного литья по выплавляемым моделям. Посадка рабочих колес на вал осуществляется с натягом, обеспечивающим отсутствие зазоров при номинальной частоте вращения. Для облегчения сборки ротора, вал в месте посадки рабочих колес выполнен ступенчатым. Для обеспечения независимого теплового расширения рабочих колес, предусмотрены разрезные упорные кольца, устанавливаемые на валу с осевым зазором. Со стороны нагнетания внешний корпус насоса закрывается напорной крышкой 4, которая крепится к нему специальными шпильками. Ротор насоса установлен на двух опорных подшипниках скольжения 5 и 6. В качестве антифрикционного слоя во вкладышах подшипников применяется баббит. Вкладыши опорные установлены в корпусе на сферических опорах, которые обеспечивают самоустановку вкладыша по оси вала в процессе сборки. Центровка ротора с учетом статического прогиба относительно внутреннего корпуса осуществляется установкой нижних половин корпусов подшипников при помощи трех установочных винтов и последующей штифтовкой половин корпусов относительно корпусных деталей насоса. В корпусе заднего подшипника 5 установлен упорный подшипник двойного действия с самоустанавливаю- щимися сегментами на каждой стороне упорного диска, которые воспринимают остаточное осевое усилие ротора насоса. Смазка подшипников принудительная, от централизованной системы смазки турбоустановки. Со стороны всасывания и нагнетания насоса установлены концевые уплотнения ротора 7 и 8 с внутренними охладителями. Предусмотрен также внешний контур охлаждения уплотнений, охладители которого размещаются на раме насоса. Уплотнения - механические торцевого типа. Охлаждение уплотнений осуществляется холодным конденсатом. Циркуляция воды по внешнему контуру охлаждения осуществляется за счет работы самих уплотнений, по внутреннему контуру - принудительно. Рабочее давление обоих уплотнений - давление всасывания. С приводной турбиной насос соединяется с помощью зубчатой муфты 9, смазка которой осуществляется через специальные сопла от централизованной системы смазки турбоустановки. Насос также укомплектован защитным кожухом, обратным клапаном со сбросным устройством, необходимой аппаратурой системы термо- и виброконтроля.