Разработка проекта модернизации питательных насосов для блоков 500МВт Рефтинской ГРЭС

Цифровое обозначение насосов: первая цифра - подача м3/час, вторая - напор в кгс/см2.

 

рис. 9. Разрез насоса типа ПЭ

1 — вал, 2 — подшипник, 3 — торцовое уплотнение, 4 — входная крышка,

5 — кольцевой подвод, 6 — предвключённое колесо, 7 — крышка,

8 — рабочее колесо, 9 — секция; 10 — направляющий аппарат,

11 — кожух насоса, 12 , 13 — напорная крышка,

14 — корпус концевого уплотнения вала; 15 — упор ротора,

16 — разгрузочный диск; 17 — вспомогательные тpyбoпpоводы;

18 – наружный корпус, 19 — плита  внутренний корпус

Питательные центробежно-вихревые консольные насосы типа ЦВК предназначены для перекачивания воды и других нейтральных жидкостей с температурой от  -15° до +105°C, содержащих твердые включения размером до 0,05 мм, концентрацией не более 0,01% по массе.

 

 

 

рис. 10. Разрез насоса типа ЦВК:

1 — крышка, 2 — центробежное колесо; 3 — вставка I; 4 — вихревое колесо, 5 — вставка II;6 — торцевое уплотнение, 7 — корпус, 8 — вал

В цифровом обозначении насоса числитель дроби - подача (л/сек.), знаменатель - напор (м.в.ст.)

Конструктивно они представляют собой консольный горизонтальный насос с двумя рабочими колесами. Рабочее колесо первой ступени -центробежное, второй ступени - вихревое. Такое сочетание позволяет получить с помощью первой ступени нормальные условия всасывания, (допустимая вакуумметрическая высота всасывания -7м), а с помощью второй ступени - высокий напор.

 
рис. 11. Питательный турбонасос

Задача уравновешивания осевых сил для многоступенчатых насосов является особенно важной из-за более высоких напоров этих насосов и суммирования осевых сил, действующих на отдельные ступени. Одним из способов уравновешивания осевых сил многоступенчатых насосов (см. рисунок 12) является применение самоустанавливающейся гидравлической пяты. Принцип работы этой пяты состоит в следующем. Все рабочие колеса расположены так, что поток при входе в них направлен в одну и ту же сторону. За колесом последней ступени находится разгрузочная камера, сообщаемая через патрубок с полостью всасывания, находящейся перед первым колесом. Осевая сила стремится переместить ротор, а следовательно, и гидравлическую пяту в сторону всасывающего патрубка. При этом осевой зазор между гидравлической пятой и торцом втулки уменьшится, вследствие чего уменьшится давление в разгрузочной камере. Тогда под действием полного давления пята начнет перемещаться в обратную сторону до тех пор, пока не наступит равновесие сил, действующих на гидравлическую пяту.

 
рис. 12. Секционный насос с разгрузочной пятой 1 — всасывающая секция; 2 — стягивающий болт; 3 — промежуточные секции; 4 — напорная секция; 5 — соединительный патрубок; 6 — гидравлическая пята; 7 — втулка; 8 — сверление для подачи воды из первой ступени

 

В ряде случаев для разгрузки насосов от осевого усилия используются многоступенчатые насосы со встречным расположением колес. На рисунке 13 изображен двухступенчатый спиральный насос. Жидкость поступает из первой ступени во вторую по внутреннему каналу. Разъем корпуса продольный. Напорный и всасывающий трубопроводы присоединены к нижней части корпуса, что облегчает осмотр и ремонт насоса. Уплотняющие зазоры рабочих колес выполнены между сменными уплотняющими кольцами, защищающими корпус и рабочие колеса от износа. Фиксация ротора в осевом направлении осуществляется радиально-упорными шарикоподшипниками, расположенными в правом подшипнике. Расположенный со стороны всасывания сальник имеет кольцо гидравлического затвора, к которому жидкость подводится по трубке, идущей из отвода первой ступени. Сальник, расположенный справа, уплотняет подвод второй ступени. Жидкость подводится под напором, создаваемым отводом первой ступени.

 
рис. 13. Двухступенчатый насос с встречным расположением рабочих колес

В теплоэнергетике для обеспечения энергетического цикла используют более 20 различных видов насосов. Насосное оборудование теплоэлектростанций среди вспомогательного оборудования занимает первое место. 

 

Если в качестве основного признака принять назначение насоса, то насосы можно разделить на две группы:

1. тесно связанные с работой основного эксплуатационного оборудования ТЭС;  
2. разного назначения, предназначенные для технических целей.

К первой группе насосов относятся те, которые заняты на следующих основных циклах работы: циркуляции воды (циркуляционные и рециркуляционные насосы), приготовления питательной воды (конденсатные насосы), теплопередачи (сетевые и бойлерные насосы), регулирования (нагнетательные насосы для питания серводвигателей регуляторов паровых турбин). Ко второй группе насосов относятся дренажные, пожарные, хозяйственные и др. 
К наиболее ответственным насосам, непосредственно влияющим на надежность и экономичность работы электростанции, относятся питательные, конденсатные, циркуляционные, сетевые и багерные. 
Конденсатные насосы (см. рисунок 14) всех типов имеют принципиальное конструктивное исполнение. Это центробежные двухкорпусные вертикальные насосы спирального типа.

 
рис. 14. Конденсатный насос: 1 — наружный корпус; 2 — внутренний корпус; 3 — ротор; 4 и 5 — подшипник соответственно верхний и нижний; 6 — упругопальцевая муфта

Для охлаждения оборудования и других технических целей используются циркуляционные насосы (см. рисунок 7), подающие воду из резервуаров. Довольно часто при проектировании автоматизированных линий систем водяного отопления используют электрические насосы типа ЦВЦ (см. рисунок 15), устанавливаемые прямо на трубопроводе. Центробежные водяные циркуляционные насосы являются малошумными и предназначены для обеспечения водяного отопления. Насосы представляют собой малогабаритную моноблочную конструкцию со встроенным асинхронным корот-козамкнутым электродвигателем. Рабочее колесо бессальникового насоса устанавливается консольно на валу электродвигателя. Ротор двигателя с радиально-упорными подшипниками скольжения вращается непосредственно в перекачиваемой воде, которая одновременно служит смазкой для них и охлаждающей средой.

 

 
рис. 15. Схема электронасоса ЦВЦ

Насосы устанавливаются непосредственно на трубопроводе, что существенно упрощает их монтаж и эксплуатацию и позволяет обходиться без специального фундамента. В зависимости от типоразмера насосы соединяются с трубопроводом с помощью ниппельных или фланцевых соединений. Насосы ЦВЦ используются для подачи в теплосеть воды с температурой до 100°С. Сводная характеристика электронасосов ЦВЦ приведена на рисунке 16.

 

 
рис. 16. Напорная характеристика насосов ЦВЦ 1 - для ЦВЦ 2,5-2 2 - для ЦВЦ 4-2,8 3 - для ЦВЦ 6,3-3,5 4 - для ЦВЦ 10-4,7 5 - для ЦВЦ 16-6,7 6 - для ЦВЦ 25-9,2

Сетевые насосы предназначены для питания теплофикационных сетей. Они устанавливаются либо непосредственно на электростанции, либо на промежуточных перекачивающих насосных станциях. В зависимости от теплового режима сети насосы должны надежно работать при значительных колебаниях температуры перекачиваемой воды в широком диапазоне подач. Как правило, насос и электродвигатель устанавливаются на отдельных фундаментах. Бустерные насосы предназначены для подачи воды из деаэратора к питательным насосам турбоагрегата с давлением, необходимым для предотвращения кавитации в питательных насосах. Подбор насосов осуществляется с помощью каталогов, в которых обычно приведены сведения о назначении и области применения насосов, краткое описание конструкции, технические и графические характеристики, чертежи общих видов насосов и насосных агрегатов с указанием габаритов и присоединительных размеров. Проектным организациям рекомендуется пользоваться каталогом только при техническом проектировании. Вводится новый ГОСТ «Насосы центробежные консольные с осевым входом для воды». При рабочем проектировании за уточненными данными необходимо обращаться на заводы-изготовители. При выборе насоса следует учитывать, что требуемые режимы работы (подача и напор) должны находиться в пределах рабочей области его характеристики. Для иллюстрации рассмотрим метод подбора насосов типа К. Типоразмер насоса выбирают по максимально необходимой подаче и сопротивлению системы, в которую устанавливают насос, при этой подаче. По подаче и напору на сводном графике полей Q—H (см. рисунок 17) предварительно выбирают насос требуемого типоразмера, а затем по графической характеристике уточняют правильность выбора.

 
рис. 17. Сводный график полей H—Q для консольных насосов

По графической характеристике и таблице «Техническая характеристика» определяют необходимый диаметр рабочего колеса насоса, кривая напора которого должна проходить через точку заданных параметров по подаче и напору или быть несколько выше ее. При выборе насоса очень важно обеспечить его бескавитационную работу. Для этого необходимо убедиться, что выбранный насос по своим навигационным качествам соответствует системе, в которую его устанавливают. Кавитационный запас системы

Δ h = (( p a - p t ) / γ ) - [ ± H 0 ] - Σ h b w

где:

p a — абсолютное давление, Па, на свободную поверхность жидкости в резервуаре, из которого ведется откачивание;

p t — давление, Па, насыщенных паров перекачиваемой жидкости при рабочей температуре;

γ —удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м3;

h b w — суммарные потери напора, м, во всасывающем трубопроводе при максимально необходимой подаче;

H 0 — геометрическая высота всасывания (геометрический подпор), м.  

Величина H 0 равна расстоянию по вертикали от оси вала насоса до уровня жидкости в резервуаре, из которого ее откачивают. Она имеет знак «плюс» при расположении насоса выше уровня жидкости (высота всасывания) и знак «минус» при установке насоса ниже уровня жидкости (подпор). 
        Допускаемый кавитационный запас насоса Δ hд и мощность насоса определяют по графической характеристике насоса выбранного типоразмера при максимально необходимой подаче. 
        Насосы типа К в зависимости от диаметра рабочегс колеса комплектуют различными по мощности электродвигателями. Мощность требуемого электродвигателя N3 определяют из равенства

Nэ = R N γ/1OOO,

где:

R — коэффициент запаса;

N—мощность насоса на номинальном режиме (в расчетной точке), кВт.

Коэффициент запаса рекомендуется принимать следующим:

R . . . . . . . . . . . .	1,3	1,25	1,2	1,15
Nэ, кВт . . . . . . . .	до 4	4—20	20—40	>40

По назначению Nэ подбирают ближайший больший по мощности комплектующий электродвигатель.[3]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ предложений новых насосов

 

Начиная с 1996 года, на Российском рынке энергетического оборудования появляются новые фирмы: “Sulzer”, “КSВ”, “ЛМЗ”, “КТЗ”. Фирма “Sulzer” провела реконструкцию насосов энергоблоков мощностью 250 МВт Мосэнерго (более 20 насосов), фирма “КSВ” - реконструкцию насосов энергоблоков мощностью 800 МВт Пермской ГРЭС (три энергоблока — шесть насосов), блок 1200 МВт Костромской ГРЭС (три насоса).  
      Насосы фирм “Sulzer” и “КSВ” имеют уровень вибрации во всем рабочем диапазоне не более 2 - 2,8 мм/с, КПД не ниже 84-85%, наработку до капитального ремонта не ниже 40000 часов.  
      В 1998 году в тендере ОАО «Тюменьэнерго» контракт на модернизацию насосов энергоблоков мощностью 800 МВт Сургутской ГРЭС-2 и Нижневартовской ГРЭС заключила немецкая фирма “КSВ”. Выполнение контракта было связано с трудностями финансового характера, что привело к задержке и срыву графика поставок оборудования.  
      Использовав временную передышку ОАО “Пролетарский завод” начиная с 2001 года провело ремонты с реконструкцией питательных насосов. Первый модернизированный насос был поставлен в 2001 году на энергоблок №3 Сургутской ГРЭС-2. Всего в настоящее время в Тюменьэнерго на энергоблоках 800 МВт установлено на Сургутской ГРЭС-2 одиннадцать насосов типа ПН 1500-350-4 и один насос типа ПН 1500-350-3 и на Нижневартовской ГРЭС четыре насоса типа ПН 1500-350-4.  
   Реконструкция насосов проводилась последовательно, устраняя некоторые дефекты и вводя новые конструктивные элементы.

В конструкцию насосов  предполагалось ввести следующие изменения:  
       Изменить   соотношение  количества   лопастей  рабочего   колеса и   лопаток направляющего аппарата — 7/12;  
       Секции направляющего аппарата выполнить в виде неразборных блок-секций, поэтому для осуществления сборки насоса ротор выполнен разборным, рабочие колеса  должны  быть  посажены  на  вал по переходной  посадке;  
       Концевые  уплотнения  предполагалось  выполнить торцовыми,  используя уплотнения фирмы «Burgman»;                                                                                            Корпуса подшипников жестко соединены с корпусами концевых уплотнений, с целью устранить резонанс системы «ротор-опоры»;  
        Рабочее колесо первой ступени с расширенным входом, с целью устранения кавитации.

Отличительные, конструктивные особенности насоса ПН 1500-350

Насос имеет масляный подшипник скольжения на входе и пусковой подшипник, работающий на подводимом конденсате на выходе насоса. В корпусе пускового подшипника установлено отжимное устройство,             также работающее на конденсате, которое предназначено для гарантированного наличия зазора между разгрузочным диском и пятой во время пуска — останова и работы на валоповороте.

 Что выполнено реально  при реконструкции насосов.  
        Насос ПН 1500-350-3 установлен на энергоблоке 800 МВт №3 Сургутской ГРЭС-2. В этом насосе остались без изменения узлы крепления подшипниковых опор, не внедрены торцовые уплотнения, сохранена гидропята. Изменено соотношение количества лопастей рабочего колеса и лопаток направляющего аппарата - 7/12. Секции направляющего аппарата выполнены в виде неразборных блок-секций, ротор выполнен разборным, рабочие колеса посажены на вал по переходной посадке.  
        Насос ПН 1500-350-4 установлен на энергоблоках 1-6 Сургутской ГРЭС-2 и на энергоблоках 1-2 Нижневартовской ГРЭС. В этом насосе внедрен пусковой подшипник, работающий на воде (конденсате), укорочен вал, снижен прогиб ротора. Изменено соотношение количества лопастей рабочего колеса и лопаток направляющего аппарата - 7/12. Аналогично насосу ПН 1500-350-3 секции направляющего аппарата выполнены в виде неразборных блок-секций, ротор выполнен разборным, рабочие колеса посажены на вал по переходной посадке.

 

Насосы фирмы “Sulzer”

Фирма “Sulzer” провела реконструкцию насосов энергоблоков мощностью 250 МВт Мосэнерго (более 20 насосов). Конструкция насоса типична для фирмы и включает в себя новейшие достижения насосостроения. Насос двухкорпусный, частота вращения ротора, номинальная - 5045 об/мин, напор — 3321 м, расход 1159 м2/ч.  
       Одна из основных особенностей насоса фирмы “Sulzer” заключается в использовании в конструкции так называемого полного картриджа или «патрона». Патроном называют единую конструкцию, состоящую из вала, полумуфты, не вращающихся и вращающихся деталей проточной части, уплотнений вала, опорных и упорных подшипников, системы разгрузки, напорной крышки и крышки со стороны входа. Это позволяет проводить ремонты и замену патрона без демонтажа каких либо основных деталей самого патрона. Установка торцовых уплотнений, регулировка ротора в осевом и радиальном направлениях, регулировка зазоров в упорном подшипнике проводятся до установки патрона в наружный корпус. Это значительно облегчает процесс и сокращает время обслуживания насоса.  
        На сегодняшний день конструкция патрона выполненного, как единый узел, для двухкорпусных насосов является наиболее передовой.  
        Конструкция патрона как единого узла обеспечивает жесткое соединение всех деталей патрона в единое целое, и, как следствие, патрон может гибко компенсировать все температурные расширения на всех режимах работы независимо от перемещений массивного наружного корпуса. В результате отсутствуют термические напряжения из-за напряжений в деталях, прикрепленных к наружному корпусу. Это позволяет иметь более высокие градиенты температуры во время пуска или останова насоса и большую разность температур между верхом и низом наружного корпуса без уменьшения надежности насоса.