RU2293884C1

RU2293884C1 - Fastening unit of a pump's impeller

Info

Publication number: RU2293884C1
Application number: RU2005123778/06A
Authority: RU
Inventors: Родион Петрович Казанцев (RU); Родион Петрович Казанцев; Александр Сергеевич Комаров (RU); Александр Сергеевич Комаров; Юрий Михайлович Паутов (RU); Юрий Михайлович Паутов; Михаил Аркадьевич Ремизов (RU); Михаил Аркадьевич Ремизов
Original assignee: Центральное конструкторское бюро машиностроения
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-20

Abstract

FIELD: the invention refers to structural units of vertical blade pumps and may be primarily used on an atomic power plant in main circulatory pump units of the first contour of a heat-transfer agent.

SUBSTANCE: the fastening unit has a fairing with a smooth opening for the central screw, locking the surface of the fairing. The end face of the fairing, on which a clamping ring projection is made and the end face of the driving disk of the impeller, in which an axial deepening is fulfilled are mated with possibility of their relative axial displacement. The threaded opening for the central screw, whose head locks the surface of the driving disk fulfilled in the end face of the pump's shaft. The unit has a flange, encircling the central screw and mated with the end face of the pump's shaft with the aid of a screw connection, whose thread openings are fulfilled in the end face of the pump, and the smooth - in the indicated fairing. A radial projection is fulfilled on the rod of the central screw under its head with possibility of an elastic interaction with the fairing.

EFFECT: the invention prevents the influence of loadings conditioned by vibrations of the impeller and also by temperature expansion of the pump's elements, reliability of the installation of the fairing and easing of its coordination at assembling the fastening unit.

3 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к насосам необъемного вытеснения для жидкостей с вращательным движением рабочих органов (более конкретно, к конструктивным узлам лопастных насосов). Изобретение может быть преимущественно использовано на атомных электростанциях (АЭС) в насосах большой мощности, которые входят в состав главных циркуляционных насосных агрегатов (ГЦНА), предназначенных для обеспечения циркуляции теплоносителя через активную зону ядерного реактора.The proposed technical solution relates to pumps of continuous displacement for liquids with rotational movement of the working bodies (more specifically, to the structural units of vane pumps). The invention can be mainly used in nuclear power plants (NPPs) in high power pumps, which are part of the main circulation pumping units (GTsNA), designed to provide coolant circulation through the core of a nuclear reactor.

ГЦНА типовой структурной схемы, применяемые на АЭС [Митенков Ф.М., Новинский Э.Г., Будов В.М. Главные циркуляционные насосы АЭС, - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990: С.8 (Рис.В.5)], включают лопастной насос с вертикальным валом, на нижнем конце которого консольно закреплено рабочее колесо. Узел крепления рабочего колеса на валу насоса, вообще говоря, включает обтекатель, закрывающий остальные элементы узла и замыкающий поверхность ведущего диска рабочего колеса. Обтекатель предохраняет элементы узла крепления от воздействия динамического потока перекачиваемой жидкости и участвует в формировании динамических характеристик течения по межлопастным каналам.GTsNA of the typical structural scheme used at nuclear power plants [Mitenkov F.M., Novinsky E.G., Budov V.M. The main circulation pumps of nuclear power plants, - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Energoatomizdat, 1990: C.8 (Fig. B.5)], include a vane pump with a vertical shaft, on the lower end of which the impeller is cantilevered. The mounting unit of the impeller on the pump shaft, generally speaking, includes a cowl covering the remaining elements of the assembly and closing the surface of the driving wheel of the impeller. The fairing protects the elements of the attachment site from the effects of the dynamic flow of the pumped liquid and is involved in the formation of the dynamic characteristics of the flow along the inter-blade channels.

Условия эксплуатации на АЭС с водоохлаждаемыми реакторами (перекачивание радиоактивной и химически агрессивной жидкости в контуре с высокой температурой под большим давлением при неоднократном и периодическом полном дренировании насоса) характеризуются работой указанных элементов при больших величинах градиента температуры, а также высоких знакопеременных силовых нагрузках. После дренирования в полостях насоса остается боросодержащая вода, при испарении которой (из-за высокой температуры элементов насоса) в зазорах выделяется кристаллический бор, что является одной из причин образования первичных надиров на взаимодвижущихся при разборке элементах из кислотостойких вязких сталей (в частности, узла крепления рабочего колеса). Условия изготовления крупногабаритных насосов большой мощности требуют значительных полей допусков элементов, входящих в состав узла крепления рабочего колеса, и выполнение обтекателя, являющегося концевой частью размерной цепи, должно обеспечивать компенсацию всех полей допусков. При этом крепление обтекателя должно быть максимально надежным, так как после его разрушения возможен подъем обтекателя потоком перекачиваемой жидкости в рабочее колесо, что резко увеличивает неуравновешенность (дисбаланс) вала насоса в сборе и т.д.The operating conditions at nuclear power plants with water-cooled reactors (pumping radioactive and chemically aggressive liquids in a circuit with high temperature under high pressure with repeated and periodic complete drainage of the pump) are characterized by the operation of these elements at large values of the temperature gradient, as well as high alternating power loads. After drainage, boron-containing water remains in the pump cavities, upon evaporation of which (due to the high temperature of the pump elements), crystalline boron is released in the gaps, which is one of the reasons for the formation of primary nadirs on acid-resistant viscous steels (in particular, the fastener impeller). The manufacturing conditions of large-sized large-capacity pumps require significant tolerance fields for the elements that make up the impeller attachment, and the fairing, which is the end part of the dimensional chain, must provide compensation for all tolerance fields. At the same time, the fastening of the fairing should be as reliable as possible, since after its destruction, the fairing can be lifted by the flow of pumped liquid into the impeller, which sharply increases the imbalance (imbalance) of the complete pump shaft, etc.

Известен узел крепления консольного рабочего колеса на валу [А.с. 1722094 СССР, МПК⁵ F 04 D 29/20. - Опубл. 30.03.1994, Бюл. №6], включающий винтовое соединение обтекателя и рабочего колеса, у которого резьбовые отверстия для винтов (ввертных болтов) выполнены в рабочем колесе, а гладкие - в предназначенном для сопряжения с ведущим диском последнего торце обтекателя, причем в тех его частях, которые ограничивают радиальные пазы на внешней, омываемой жидкостью поверхности обтекателя.Known mounting bracket cantilever impeller on the shaft [A. 1722094 USSR, IPC ⁵ F 04 D 29/20. - Publ. 03/30/1994, Bull. No. 6], including the screw connection of the fairing and the impeller, in which the threaded holes for the screws (screw bolts) are made in the impeller, and smooth - designed to interface with the drive disk of the last end of the fairing, and in those parts that limit the radial grooves on the outer surface of the fairing washed by the liquid.

Недостатком этого устройства является закусывание винтов при отворачивании вследствие возникновения в винтовом соединении значительных циклических напряжений, обусловленных колебаниями рабочего колеса, а также из-за применения материалов с разными коэффициентами линейного расширения.The disadvantage of this device is the biting of the screws during loosening due to the occurrence of significant cyclic stresses in the screw connection due to fluctuations of the impeller, as well as due to the use of materials with different linear expansion coefficients.

Наличие радиальных пазов на внешней, омываемой перекачиваемой жидкостью поверхности обтекателя влияет на гидродинамические характеристики потока жидкости на входе в рабочее колесо и, как следствие, на КПД последнего, снижая его.The presence of radial grooves on the outer surface of the fairing washed by the pumped liquid affects the hydrodynamic characteristics of the fluid flow at the entrance to the impeller and, as a result, the efficiency of the latter, reducing it.

Кроме того, затруднено координирование элементов этого узла крепления при сборке (в частности, возможна несоосность обтекателя и вала насоса) и, как следствие, возможно увеличение неуравновешенности (дисбаланса) вала насоса в сборе.In addition, it is difficult to coordinate the elements of this attachment point during assembly (in particular, the radome and the pump shaft may be misaligned) and, as a result, the unbalance (imbalance) of the pump shaft assembly may increase.

Известен узел крепления рабочего колеса насоса [А.с. 1054577 СССР, МПК⁵ F 04 D 29/20. - Опубл. 15.11.1983, Бюл. №42], включающий обтекатель, на торце которого, предназначенном для взаимодействия со ступицей ведущего диска рабочего колеса, выполнен фиксирующий кольцевой выступ, наружная радиальная поверхность которого контактирует с ответной поверхностью стенки выполненного в ступице углубления. Соосно валу насоса в обтекателе выполнено гладкое отверстие для винта, предназначенного для поджатия обтекателя к ведущему диску рабочего колеса, при этом головка винта замыкает поверхность ведущего диска, а резьбовое отверстие для винта выполнено в навинчиваемой на вал насоса гайке, предназначенной для осевой затяжки ступицы рабочего колеса.Known mount the impeller of the pump [A. 1054577 USSR, IPC ⁵ F 04 D 29/20. - Publ. 11/15/1983, Bull. No. 42], including a fairing, on the end of which is intended to interact with the hub of the driving wheel of the impeller, a fixing annular protrusion is made, the outer radial surface of which is in contact with the counter surface of the wall made in the hub of the recess. Coaxial to the pump shaft in the cowling, there is a smooth hole for the screw designed to hold the cowling against the drive wheel of the impeller, while the screw head closes the surface of the drive wheel, and the screw hole for the screw is made in a nut screwed on the pump shaft to axially tighten the wheel hub .

Недостатком этого устройства является передача знакопеременной нагрузки, обусловленной колебаниями рабочего колеса, а также нагрузки от температурных расширений обтекателя (на длине от головки винта до ступицы ведущего диска) на винт, что влечет ослабление крепления обтекателя и, как следствие этого ослабления, дополнительные циклические нагрузки на винт, приводящие к его разрушению.The disadvantage of this device is the transfer of alternating load due to fluctuations of the impeller, as well as the load from the temperature expansions of the fairing (along the length from the screw head to the hub of the drive disk) to the screw, which leads to a weakening of the fastening of the fairing and, as a result of this weakening, additional cyclic loads on screw leading to its destruction.

Таким образом, увеличивая надежность ГЦНА, в частности обеспечивая работоспособность рабочего колеса при всех режимах эксплуатации на АЭС (включая переходные, когда могут резко изменяться давление и температура воды в корпусе насоса), а также улучшая его ремонтопригодность в процессе эксплуатации на АЭС с обеспечением ревизии, ремонта и замены элементов узла крепления рабочего колеса насоса при минимально возможных затратах труда и времени, желательно при этом уменьшить вероятность ослабления резьбовых соединений узла крепления рабочего колеса и исключить возможность разрушения указанного узда крепления.Thus, increasing the reliability of the MCC, in particular, ensuring the working capacity of the impeller under all operating conditions at nuclear power plants (including transitional ones, when the pressure and temperature of the water in the pump housing can change dramatically), as well as improving its maintainability during operation at nuclear power plants with audit, repair and replacement of elements of the pump impeller fastener assembly at the lowest possible labor and time costs, while reducing the likelihood of loosening the threaded joints of the work mount its wheels and to exclude the possibility of destruction of said bridle attachment.

При использовании предлагаемого изобретения могут проявиться, в частности, следующие технические результаты:When using the invention, the following technical results may occur, in particular:

во-первых, исключение передачи циклических нагрузок от диска рабочего колеса через обтекатель на винт, головка которого замыкает поверхность ведущего диска рабочего колеса;firstly, the exclusion of the transfer of cyclic loads from the impeller disk through the fairing to the screw, the head of which closes the surface of the driving disk of the impeller;

во-вторых, предотвращение влияния температурного расширения элементов узла крепления рабочего колеса на надежность крепления обтекателя;secondly, preventing the influence of thermal expansion of the elements of the mounting of the impeller on the reliability of the fastening of the fairing;

в-третьих, облегчение координирования обтекателя при сборке узла крепления, а также предотвращение увеличения несоосности вала насоса и обтекателя после ревизии или замены рабочего колеса и элементов его крепления.thirdly, facilitating the coordination of the fairing during assembly of the fastener assembly, as well as preventing an increase in misalignment of the pump shaft and fairing after revising or replacing the impeller and its fastening elements.

Как решение задачи, позволяющее достигнуть эффекта с указанными характеристиками, предлагается узел крепления рабочего колеса насоса на валу, содержащий обтекатель, в котором соосно валу насоса выполнено гладкое отверстие для центрального винта, своей головкой замыкающего поверхность обтекателя, и на торце которого, предназначенном для взаимодействия с ведущим диском рабочего колеса, выполнен фиксирующий кольцевой выступ, предназначенный для сопряжения своей наружной радиальной поверхностью с ответной поверхностью стенки выполненного в ведущем диске рабочего колеса аксиального углубления, и который отличается от прототипа тем, что фиксирующий кольцевой выступ на торце обтекателя и аксиальное углубление в ведущем диске рабочего колеса выполнены с возможностью относительного осевого смещения указанных торца и диска, резьбовое отверстие для центрального винта выполнено в торце вала насоса, снабжен фланцем, охватывающим центральный винт и предназначенным для сопряжения с ответной поверхностью торца вала насоса с помощью винтового соединения, у которого резьбовые отверстия выполнены в торце вала насоса, а гладкие - в указанном фланце,As a solution to the problem, which allows achieving an effect with the indicated characteristics, a knot for attaching the pump impeller to the shaft is proposed, comprising a cowl, in which a smooth hole is made coaxially with the pump shaft for the central screw, with its head closing the cowl surface, and at the end of which is designed to interact with a driving disk of the impeller, a fixing annular protrusion is made, designed to pair its outer radial surface with the counter surface of the wall of the axial recess in the driving disk of the impeller, and which differs from the prototype in that the fixing annular protrusion at the end of the fairing and the axial recess in the driving disk of the impeller are made with the possibility of relative axial displacement of the said end and disk, the threaded hole for the central screw is made in the end the pump shaft, provided with a flange covering the central screw and designed to interface with the counter surface of the end of the pump shaft using a screw connection, in which holes are formed in the end of the pump shaft, and smooth - in said flange,

на стержне винта под его головкой выполнен радиальный выступ с возможностью осевого упругого взаимодействия с указанным фланцем при деформации указанного радиального выступа.a radial protrusion is made on the screw shaft under its head with the possibility of axial elastic interaction with the specified flange during deformation of the specified radial protrusion.

Возможность относительного осевого смещения торца обтекателя, снабженного фиксирующим кольцевым выступом, и ведущего диска рабочего колеса с образованием осевого зазора между ними исключает передачу циклических нагрузок от диска рабочего колеса через обтекатель на центральный винт.The possibility of relative axial displacement of the end of the fairing equipped with a fixing ring protrusion and the driving disk of the impeller with the formation of an axial clearance between them eliminates the transmission of cyclic loads from the disk of the impeller through the fairing to the central screw.

Возможность осевого упругого взаимодействия кольцевого радиального выступа на стержне винта под его головкой с фланцем обтекателя предотвращает влияние температурного расширения элементов насоса на надежность соединения центрального винта и вала насоса, а относительно небольшая толщина фланца обтекателя - на надежность винтового соединения фланца и вала насоса.The possibility of axial elastic interaction of the annular radial protrusion on the screw shaft under its head with the cowl flange prevents the thermal expansion of the pump elements from affecting the reliability of the central screw and pump shaft connection, and the relatively small cowl flange thickness on the reliability of the screw connection of the pump flange and shaft.

При этом введение винтового соединения фланца и вала насоса облегчает координирование обтекателя при сборке узла крепления и предотвращает увеличение несоосности вала насоса и обтекателя.At the same time, the introduction of a screw connection between the flange and the pump shaft facilitates the coordination of the cowling during assembly of the mount and prevents the misalignment of the pump shaft and cowling.

Предлагаемое устройство (в частном выполнении) поясняется чертежами:The proposed device (in a private embodiment) is illustrated by drawings:

Фиг.1 - вид на зону узла крепления рабочего колеса снизу (вид В);Figure 1 - view of the area of the mounting of the impeller from the bottom (view B);

фиг.2 - зона узла крепления рабочего колеса (разрез А-А);figure 2 - zone of the mounting of the impeller (section aa);

Фиг.3 - вид С.Figure 3 - view C.

Узел крепления рабочего колеса 1 на валу 2 насоса включает обтекатель 3 и центральный винт 4, замыкающий своей головкой 5 поверхность обтекателя 3.The attachment site of the impeller 1 on the pump shaft 2 includes a cowl 3 and a central screw 4, which closes the surface of the cowl 3 with its head 5.

Гладкое отверстие для центрального винта 4 выполнено в обтекателе 3 соосно валу 2 насоса, а резьбовое отверстие для указанного винта - в торце вала 2 насоса.A smooth hole for the central screw 4 is made in the fairing 3 aligned with the pump shaft 2, and a threaded hole for the specified screw is in the end of the pump shaft 2.

На торце обтекателя 3, предназначенном для взаимодействия с ведущим диском рабочего колеса 1, выполнен фиксирующий кольцевой выступ 6, предназначенный для сопряжения своей наружной радиальной поверхностью с ответной поверхностью стенки 7 выполненного в ведущем диске рабочего колеса аксиального углубления с возможностью осевого относительного смещения указанных торца и диска с образованием зазора между ними.At the end of the fairing 3, designed to interact with the driving disk of the impeller 1, a fixing annular protrusion 6 is made, designed to interface with its outer radial surface with the mating surface of the wall 7 of the axial recess made in the driving disk of the driving wheel with the possibility of axial relative displacement of the said end face and disk with the formation of a gap between them.

Обтекатель 3 снабжен фланцем 8, охватывающим центральный винт 4 и предназначенным для сопряжения с ответной поверхностью торца вала 2 насоса с помощью винтового соединения, у которого резьбовые отверстия для координирующих вспомогательных винтов 9 выполнены в торце вала 2 насоса, а гладкие - в указанном фланце. Для облегчения координирования обтекателя при сборке можно использовать, например, соответствующее размещение отверстий на фланце или же введение в одно из них штифта (вместо винта).The cowl 3 is equipped with a flange 8, covering the Central screw 4 and designed to interface with the counter surface of the end of the pump shaft 2 using a screw connection, in which the threaded holes for coordinating auxiliary screws 9 are made in the end of the pump shaft 2, and smooth - in the specified flange. To facilitate the coordination of the fairing during assembly, you can use, for example, the corresponding placement of the holes on the flange or the introduction of a pin in one of them (instead of a screw).

На стержне центрального винта 4 под головкой 5 выполнен радиальный выступ 10 с возможностью осевого упругого взаимодействия с поверхностью фланца 8, противоположной валу 2 насоса, при деформации указанного радиального выступа. Для увеличения развиваемого при взаимодействии усилия выступ 10 может быть выполнен, например, кольцевым и с аксиальным выступом 11 по внешнему краю верхней поверхности.On the core of the central screw 4 under the head 5 there is made a radial protrusion 10 with the possibility of axial elastic interaction with the surface of the flange 8, opposite the pump shaft 2, when the specified radial protrusion is deformed. To increase the force developed during the interaction, the protrusion 10 can be made, for example, annular and with an axial protrusion 11 along the outer edge of the upper surface.

При установке обтекателя 3 вводят фиксирующий кольцевой выступ 6 в аксиальное углубление ведущего диска рабочего колеса 1, центрируя обтекатель 3 относительно вала 2. Введя координирующие вспомогательные винты 9 в соответствующие отверстия фланца 8 и торца вала 2 насоса, ориентируют обтекатель 3 относительно вала 2, обеспечивая, соответственно, требуемую величину динамической неуравновешенности вала 2 насоса в сборе, а затем закрепляют, вворачивая винты 9 в резьбовые отверстия в валу 2. После чего вворачивают центральный винт 4, замыкая его головкой 5 поверхность обтекателя 3 и вводя радиальный выступ 10 в осевое упругое взаимодействие с поверхностью фланца 8.When installing the cowl 3, the fixing annular protrusion 6 is introduced into the axial recess of the driving disk 1 of the impeller 1, centering the cowl 3 relative to the shaft 2. By introducing the coordinating auxiliary screws 9 into the corresponding holes of the flange 8 and the end of the pump shaft 2, the cowl 3 is oriented relative to the shaft 2, providing accordingly, the required value of the dynamic imbalance of the shaft 2 of the pump assembly, and then fix by screwing the screws 9 into the threaded holes in the shaft 2. Then screw the central screw 4, closing it th ovkoy 5 fairing surface 3 and by introducing a radial protrusion 10 into axial engagement with the resilient surface of the flange 8.

В процессе эксплуатации ГЦНА на винты 9 может влиять температурное расширение, связанное только с толщиной фланца 8, а влияние температурных расширений элементов насоса на центральный винт 4 компенсирует осевое упругое взаимодействие радиального выступа 10 с поверхностью фланца 8.During operation of the MCCA, the thermal expansion associated with only the thickness of the flange 8 can affect the screws 9, and the influence of the thermal expansion of the pump elements on the central screw 4 compensates for the axial elastic interaction of the radial protrusion 10 with the surface of the flange 8.

Для снятия обтекателя проводят обратные операции в последовательности, обратной к указанной выше.To remove the fairing, reverse operations are carried out in the reverse order of the above.

Claims

The attachment site of the pump impeller on the shaft, containing a cowl, in which a smooth hole is made coaxially with the pump shaft for the central screw, with its head closing the cowl surface, and at the end of which is designed to interact with the driving wheel of the impeller, a fixing ring protrusion is made for coupling its outer radial surface with the mating surface of the wall made in the driving disk of the impeller of the axial recess, characterized in that the locking the annular protrusion at the end of the fairing and the axial recess in the driving disk of the impeller are made with the possibility of relative axial displacement of the said end and the disk, a threaded hole for the central screw is made in the end of the pump shaft, equipped with a flange covering the central screw and designed to interface with the mating surface of the shaft end pump using a screw connection, in which threaded holes are made in the end of the pump shaft, and smooth - in the specified flange, on the screw shaft under its head is made radial protrusion with the possibility of axial elastic interaction with the specified flange during deformation of the specified radial protrusion.