Разработка проекта модернизации питательных насосов для блоков 500МВт Рефтинской ГРЭС

Конструкция проточной  части с пусковым устройством

 

Проточная часть насоса секционного  типа состоит из статорной части  и ротора.

Статорная часть образована пятью  секциями и одной блок-секцией. Секции представляют собой сварную конструкцию, состоящую из корпуса секции, направляющего аппарата и кольца. Уплотнения стыков между секциями обеспечиваются за счет контакта притертых поверхностей секций. Секции стягиваются между собой болтами. Блок-секция представляет собой сварную конструкцию из секций 6 и 7 ступеней проточной части.

Ротор состоит из вала, на который  установлены рабочие колеса и  разгрузочный диск.

Пусковое устройство состоит из рубашки подшипника, которая установлена  на вал насоса, а  также вкладыша подшипника из стали 30х13, находящегося в корпусе пускового устройства, установленном в крышке насоса.

 Корпус представляет собой  сварную конструкцию.  На наружном  торце установлены фланцы Ду50 для отвода и подвода охлаждающего  конденсата. Корпус самоцентруется  относительно оси насоса за  счет выборки зазора по посадочному диаметру при обтяжке шпилек крышки насоса.  Для предотвращения доступа питательной воды к пусковому подшипнику установлено щелевое уплотнение, состоящее из уплотнительной втулки, установленной на валу, и уплотнительного кольца, установленного в корпусе пускового устройства.

Для обеспечения гарантированного зазора между разгрузочным диском и  кольцом разгрузочного диска  в момент пуска и остановки  на валу установлен разгрузочный барабан, а в корпусе пускового устройства установлена уплотнительная втулка. На крышке установлена упорная пусковая пята.

Крышка с уплотнительным кольцом  крепится к корпусу болтами с  шайбами и болтами. В крышке, которая  крепится к крышке болтами с шайбами, установлены три датчика близости для измерения осевого перемещения ротора, входящие в состав канала контроля осевого сдвига ИКОП СВКА1-02.06/21 (Поставщик ООО НПП «Термокон», г. Королев) и три кольца. Датчики ввертываются в крышку с обеспечением зазора 3,0мм между его торцом и торцом втулки.

 

Работа пускового устройства питательного насоса

Пусковое устройство обеспечивает:

1) отжим разгрузочного диска  от пяты перед пуском и во  время остановки насоса;

2) автоматическое поддержание зазора  перед пуском, в торцовой щели  между пусковой пятой и торцовой  частью разгрузочного барабана;

3) смазку водяного пускового  подшипника;

4) опору ротора со стороны  нагнетания при пуске и остановке  насоса;

5) безаварийный вывод насоса  из работы при кавитационном  срыве насоса (падение уровня  воды в деаэраторе, срыв бустерного  насоса, засорение фильтра, закрытие задвижки на входе, работа насоса на подачах меньших минимально допустимых или больших максимально допустимых и т. д.);

Перед пуском насоса в камеру «Е»  подается конденсат Р>10 кгс/см² (1 МПа), t = 45÷80⁰С, служащий охлаждающей средой для пускового подшипника. Перепадом давления в щели между барабаном и втулкой 30 ротор сдвигается в сторону пусковой пяты. Площади торцовых поверхностей барабана и пусковой пяты рассчитаны так, что ротор отжимается на пусковую пяту. При этом обеспечивается гарантированный зазор между рабочими поверхностями разгрузочного диска и кольца разгрузочного диска, что исключает задевания по рабочим поверхностям во время пуска насоса. Часть конденсата (в зависимости от давления на входе в насос), прошедшая через щель барабана уходит на слив в камеру «Ж» через сливной патрубок П в конденсатор главной турбины или в ПНД-2. Часть конденсата, проходя через пусковой подшипник, дросселируется в щели и уходит в камеру «К» и далее через патрубок в БНТ (только на период пуска и планового останова).

После пуска ротор насоса смещается  в сторону кольца разгрузочного  диска, образуя между ним и  разгрузочным диском рабочий торцовый зазор. При стоянке насоса опирается  со стороны всасывания передней шейкой на масляный подшипник, а со стороны нагнетания рубашкой пускового подшипника на вкладыш. Пятно контакта в узле пускового подшипника находится внизу и имеет угловой размер 30÷35⁰. Вкладыш в нижней части имеет две камеры, которые через канал соединены с камерой «Е», куда подается конденсат под давлением. Во втулке в нижней части также имеются две камеры, соединенные каналом с камерой «Е». При подаче конденсата в камеру «Е» его давление в упомянутых камерах преодолевает вес ротора, и он всплывает. Из этого взвешенного положения и происходит пуск насоса, исключается контактное трение в подшипнике со стороны выхода. После пуска насоса, при достижении частоты вращения n = 1200 об/мин. ротор под действием радиальных гидродинамических сил в уплотнениях рабочих колес и ступице разгрузочного диска всплывает и окончательно центруется относительно статорных деталей. При достижении частоты вращения n = 1200 об/мин. необходимо открыть линию отвода из камеры «К» в деаэратор, а линию отвода из камеры «К» в БНТ закрыть. Питательная вода из камеры «Л» проходит через щель кольца уплотнительного и смешиваясь с конденсатом в камере «К», уходит через патрубок в деаэратор.

При остановке насоса открыть линию  отвода из камеры «К» в БНТ, а линию  отвода из камеры «К» в деаэратор  закрыть. При достижении частоты вращения n = 1200 об/мин. ротор опускается и поддерживается во взвешенном положении подаваемым в камеру «Е» давлением, как это описано выше. При дальнейшем снижении частоты вращения ротор насоса уходит в сторону пусковой пяты 45, т.к. осевая сила уменьшается.

В остальном работа питательного насоса аналогична работе штатного ПН.

Конструкция упругой  пластинчатой муфты

В ходе модернизации предусмотрена  замена находящихся в эксплуатации зубчатых муфт на упругие пластинчатые муфты 000 «Предприятие КАНТ».

Назначение

Муфта упругая пластинчатая (далее  муфта) предназначена для соединения валов, передачи вращающего момента  и компенсации смещения валов. Категория  размещения 2 по ГОСТ 15160-69 с нижним предельным значением температуры окружающего  воздуха 223 К (минус 50ºС). Широкое применение муфт упругих пластинчатых объясняется не только высоким ресурсом муфт, отсутствием необходимости их технического обслуживания, но, прежде всего – радикальным снижением нагрузок на опоры соединяемых машин по сравнению с зубчатыми и втулочно-пальцевыми муфтами. В результате повышается наработка подшипниковых узлов, торцевых уплотнений, надёжность и ресурс всего агрегата.

Устройство и принцип  работы

Основными передаточными элементами в муфте являются многослойные пакеты 9,10. Они скреплены винтами 18 с обоймами 13, 14, кольцами 4, 5 в четыре отдельные сборки. С полумуфтами 20, 21 и с промвставкой 3 сборки соединяются болтами 15, 16 повышенной прочности самостопорящимися гайками 17. Вращающий момент передается от полумуфты привода 20 на многослойный пакет 9, который по внешнему контуру болтами 16 через обоймы и кольца скреплен с пакетом 10. По внутреннему контуру пакет 10 соединяется болтами с проставкой, через которую далее вращающий момент передается через обоймы и кольца на полумуфту насоса 21. Полумуфта привода 20 удерживается от осевого перемещения на валу четырьмя стопорными винтами 2 через резьбовое кольцо 1.

Широкое применение муфт упругих пластинчатых объясняется не только высоким ресурсом муфт, отсутствием необходимости  их технического обслуживания, но, прежде всего радикальным снижением нагрузок на опоры соединяемых машин, по сравнению с зубчатыми и втулочно-пальцевыми муфтами. В результате повышается наработка подшипниковых узлов, торцевых уплотнений, надежность и ресурс всего агрегата.

Осевые смещения

Муфта упругая пластинчатая препятствует бесконтрольному осевому перемещению  валов на выбеге и стоянке, поскольку  при осевом смещении возникает упругая  восстанавливающая сила, возвращающая валы в положение, заданное при монтаже.

Угловые и радиальные смещения

Муфта упругая пластинчатая поглощает  угловые и радиальные смещения мягко, без ударов и трения за счет сил  рассеивания в материале     (высокопрочная легированная сталь). При этом реакция по величине и  направлению постоянна и вызывает только небольшие статические нагрузки на опоры.

Рисунки смещения:

 

 

7. Гидравлический расчёт  проточной части

 

Техническая характеристика.

№№ пп	Наименование	Размерность	Величина
			Бл.500	Бл. 800
1.	Производительность	м³/час	950	1500
2.	Давление в напорном патрубке	кгс/см²	350	350
3.	Давление в приемном патрубке	кгс/см²	22	22
4.	Температура перекачиваемой воды	°С	165	165
5.	Число оборотов	об/мин.	4360	4700
6.	Мощность на валу	МВт	10,92	16,5

 

Исходные данные для расчёта колеса проточной части:

Подача ступени                             Q_ст  = Q/i_п, м³/с               

                                                   Q =  1500/3600 = 0,417 м³/с     

i_п = 1 - число подводов к колесу, Q_ст = 0,417/1 = 0,417 м³/с    

Напор ступени                               H_ст = Н/i, м                          

                                                        Н = 3500-220 = 3280

i = 7 - число ступеней насоса,      Н_ст = 3280/7 = 469 м            

Коэффициент быстроходности    n_s =          3,65*4700*√0,417/4700^3/4 = 19,5

                                                         n_s = = 25,6

Приведённый диаметр входа       D_1пр = , мм    

                                                  D_1пр = = 187,3мм 

Гидравлический КПД                    η_г = 0,96

Объёмный КПД                              η_об = 0,96

Механический КПД                       η_м = 0,92

Полный КПД                                  η = η_г η_об η_м = 0,96 ∙ 0,96 ∙ 0,92 = 0,85 

Максимальная мощность насоса  N_max = , кВт

К = 1,1 - коэффициент запаса для питательного насоса

ρ  -  плотность перекачиваемой жидкости. ( на напоре насоса  921 кг/м³;  на всасе насоса 903кг/м³; средняя 912 кг/м³)

N_max = = 15820 кВт = 15,82МВт

Максимальный вращающий момент в сечении вала

М_max = , Нм                      M_max = = 32145 Нм

Подача колеса                                Q´ = Q_ст/η_об , м³/ч

                                                         Q´ = 0,417/0,96 = 0,434 м³/сек

Теоретический напор колеса        Н_т = Н_ст/η_г , м   

                                                         Н_т  = 469/0,96 = 488 м

 

Выбор основных размеров колеса (м)

Диаметр втулки                             d_вт = (1,2 ÷ 1,4)d_o

d_o = 0,165 - диаметр вала в месте посадки колеса

                                                        d_вт = 1,2 ∙ 0,165 = 0,198 м

Диаметр входа                              D_o =

υ_o = = 4,7 м/с - рекомендуемая скорость на входе в колесо

                                                       D_o = = 0,26 м

 

Наружный диаметр                     D₂ =

K_u2 = (1,1 ÷ 1,87)n_s^-0,28 = 0,456 - коэффициент окружной скорости

                                                      D₂ = = 0,42 м

Ширина канала на выходе         b₂ ≈ 0,55D₂(n_s/100)^4/3

                                                      b₂ ≈ 0,55 ∙ 0,41(23,2/100)^4/3 = 0,0321 м

Число лопастей колеса               z_к  ≈ β₂/3

β₂ = 20 ÷ 27⁰ - угол наклона лопасти на выходе колеса

                                                      z_к  ≈ 21/3 = 7

8. Экономическая часть

 

Факторы, влияющие на время возврата инвестиции:

• Величина капвложений
• Увеличение КПД и снижение потребляемой мощности.
• Уменьшение расходов на текущий и капремонт
• Уменьшение потерь из-за простоев блока
• Уменьшение потерь из-за снижения нагрузки блока, из-за неисправности питательного насоса.

Введение в конструкцию проточной  части перечисленных выше конструктивных изменений значительно улучшает технические характеристики питательного насоса, в котором установлена  проточная часть с пусковым устройством ЦЕИР. О67539.004:

- улучшается допускаемый кавитационный  запас до 80 м, что расширяет  диапазон одиночной работы питательного  насоса;