RU2418197C1

RU2418197C1 - Primary circulation pump unit

Info

Publication number: RU2418197C1
Application number: RU2009135803/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Герасимов (RU); Владимир Сергеевич Герасимов; Родион Петрович Казанцев (RU); Родион Петрович Казанцев; Александр Сергеевич Комаров (RU); Александр Сергеевич Комаров; Сергей Аркадьевич Никифоров (RU); Сергей Аркадьевич Никифоров; Юрий Михайлович Паутов (RU); Юрий Михайлович Паутов; Владимир Александрович Штацкий (RU); Владимир Александрович Штацкий; Сергей Юрьевич Щуцкий (RU); Сергей Юрьевич Щуцкий
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро машиностроения"
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-05-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: each bypass of medium stages 7, 8 of end face seal assy 5 incorporates shut-off vales 11, 13 arranged communicated with throttle vale 10, 12 to inhibit leaks from seal assembly 5 with the help of shut-off valves 17 on drainage pipeline. Aftercooler 15 of shut-off water is arranged above seal assy 5 to allow steady gravity feed of shut-off water from said aftercooler 15 into seal assy space on primary circulation pump shaft 1.

EFFECT: higher reliability, reduced leaks through pump shaft seal assy, reduced rate of seal assy heating.

1 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, областью его применения являются лопастные насосы с механическим уплотнением вала, входящие в состав главных циркуляционных насосных агрегатов (ГЦНА) ядерных энергетических установок (ЯЭУ) с легководным теплоносителем, которые предназначены преимущественно для энергоблоков атомных электростанций (АЭС). Как известно, ЯЭУ, в которых в качестве теплоносителя используют обычную (легкую) воду, преобладают в современной мировой ядерной энергетике.The invention relates to power engineering, its scope is vane pumps with mechanical shaft sealing, which are part of the main circulating pumping units (GTsNA) of nuclear power plants (NPPs) with light-water coolant, which are mainly intended for power units of nuclear power plants (NPPs). As you know, nuclear power plants, in which ordinary (light) water is used as a coolant, prevail in modern world nuclear energy.

Насосы, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя в первом контуре, проходящем через ядерный реактор, называют главными циркуляционными насосами (ГЦН). ГЦН вместе с выносным приводящим электродвигателем (ЭД), а также обслуживающие (вспомогательные) системы и контрольно-измерительные средства образуют ГЦНА. Все ГЦН в составе энергоблока АЭС являются насосами постоянного действия. Приводящие ЭД ГЦН выключают (помимо технологических остановок, связанных с плановой эксплуатацией ЯЭУ или срабатыванием соответствующих защит) только во время гидравлических испытаний реакторной установки. Кроме того, электроснабжение приводящих ЭД ГЦН прекращается в случае полного обесточивания энергоблока.The pumps that circulate the coolant in the primary circuit passing through the nuclear reactor are called the main circulation pumps (MCP). The MCP together with the external driving electric motor (ED), as well as the service (auxiliary) systems and instrumentation form the MCP. All MCPs in the power unit of a nuclear power plant are continuous pumps. The leading EDs of the MCC are switched off (in addition to technological stops associated with the planned operation of the nuclear power plant or the operation of the corresponding protection) only during hydraulic tests of the reactor installation. In addition, the power supply to the drive voltage of the MCP stops if the power unit is completely de-energized.

На АЭС в качестве ГЦН широко применяют лопастные насосы с механическим уплотнением вращающегося вала. Такой ГЦН, как правило, представляет собой вертикальный одноступенчатый консольный насос с нижним расположением рабочего колеса. Ближайшей к последнему опорой вала насоса служит нижний радиальный подшипник (НРП) скольжения, для охлаждения и смазки которого используют перекачиваемую воду. Для предотвращения выхода теплоносителя из первого контура вдоль вала насоса выше НРП устанавливают узел уплотнения вала, образованный из ряда ступеней, которые могут быть, в частности, выполнены в виде торцовых уплотнений. В узел уплотнения для охлаждения и смазки его элементов (питания уплотнения) подают воду, по традиции называемую запирающей (буферной, затворной). Из полости узла уплотнения запирающую воду (после последовательного прохождения ею основных ступеней) отводят по трубопроводу слива организованных протечек в соответствующую систему энергоблока. Некоторая часть запирающей воды через верхнюю (концевую, атмосферную) ступень уходит свободным сливом за пределы насоса.At nuclear power plants, impeller pumps with mechanical sealing of a rotating shaft are widely used as MCPs. Such a MCP, as a rule, is a vertical single-stage cantilever pump with a lower impeller. The closest to the last support of the pump shaft is the lower radial plain bearing (NRP), for the cooling and lubrication of which pumped water is used. To prevent the coolant from escaping from the primary circuit along the pump shaft, a shaft seal assembly is formed above the hydraulic pump assembly, made up of a number of stages, which can, in particular, be made in the form of mechanical seals. Water is supplied to the seal assembly for cooling and lubricating its elements (seal power), which is traditionally called locking (buffer, shutter). Locking water (after successive passage of the main stages) from the cavity of the seal assembly is diverted through the drainage pipe of organized leaks to the corresponding power unit system. Some part of the locking water through the upper (end, atmospheric) stage leaves by a free drain outside the pump.

Известно, что в ГЦНА применяют многоступенчатый узел уплотнения с внешним (снаружи ГЦН) байпасированием средних ступеней торцовых уплотнений, у которого параллельно каждой из этих ступеней установлен байпас запирающей воды, содержащий дроссельное устройство (выносной дроссель, например, в виде капилляра), при этом для регулирования перепада давления на ступени торцового уплотнения последовательно с дроссельным устройством может быть установлен преобразователь давления (редукционный клапан) [см., например, Синев Н.М., Удовиченко П.М. Бессальниковые водяные насосы (герметичные и с контролируемыми протечками). - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Атомиздат, 1972. - 496 с.: с.167…170, рис.3.15 (с.169)]. Недостатком этого устройства является невозможность достаточно полного и быстрого разобщения полостей узла уплотнения, смежных с указанными ступенями (прекращения гидравлической связи между ними по запирающей воде).It is known that a multi-stage seal assembly with external (outside the MCP) bypassing the middle stages of the mechanical seals is used in the MCC, in which a bypass of shut-off water containing a throttle device (remote choke, for example, in the form of a capillary) is installed in parallel with each of these stages for regulating the differential pressure at the mechanical seal stage, a pressure transducer (pressure reducing valve) can be installed in series with the throttle device [see, for example, Sinev NM, Udovichenko PM Sealless water pumps (sealed and with controlled leaks). - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Atomizdat, 1972. - 496 p.: P. 167 ... 170, fig. 3.15 (p. 169)]. The disadvantage of this device is the impossibility of a sufficiently complete and quick separation of the cavities of the seal assembly adjacent to the indicated steps (termination of the hydraulic connection between them through the blocking water).

Для энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000 используют известный ГЦНА типа ГЦН-195 [см., например, Пак П.Н., Белоусов А.Я., Пак С.П. Насосное оборудование атомных станций. - М.: Энергоатомиздат, 2003. - 450 с.: с.74, 75 (Рис.4.7)], применительно к которому систему охлаждения и смазки НРП перекачиваемой водой называют автономным контуром. Напорная часть ГЦН постоянно связана с автономным контуром, расположенными между ними внутри ГЦН гидравлическими лабиринтами. Система запирающей воды для узла уплотнения вала включает доохладитель (дополнительный холодильник), а также трубопровод слива организованных протечек с запорной арматурой. Доохладитель выполнен в виде поверхностного рекуперативного теплообменника, охлаждаемого водой промежуточного контура системы технического водоснабжения энергоблока.For power units of WWER-1000 NPPs, the well-known GTsNs of the type GTsN-195 are used [see, for example, Pak P.N., Belousov A.Ya., Pak S.P. Pumping equipment of nuclear plants. - M .: Energoatomizdat, 2003. - 450 p.: P. 74, 75 (Fig. 4.7)], in relation to which the cooling and lubrication system of the hydraulic distributor with pumped water is called an autonomous circuit. The pressure head of the MCP is constantly connected to the autonomous circuit, hydraulic mazes located between them inside the MCP. The locking water system for the shaft seal assembly includes a after-cooler (additional refrigerator), as well as an organized drain pipe for drainage with shutoff valves. The aftercooler is made in the form of a surface recuperative heat exchanger, cooled by the water of the intermediate circuit of the technical unit water supply system.

Вода в систему запирающей воды (при нормальной работе энергоблока) поступает из деаэратора подпитки системы байпасной очистки теплоносителя первого контура. На случай отказа этого (основного) источника система запирающей воды выполнена с возможностью отбора воды с напора ГЦН через автономный контур. Для этого автономный контур и вход запирающей воды в доохладитель связаны перепускным устройством, включающим нормально закрытый обратный клапан, препятствующий в его нормальном положении перетечкам из автономного контура в систему запирающей воды. Если подача воды из деаэратора подпитки прекращена, а отвод запирающей воды в систему организованных протечек продолжается, то вследствие снижения давления в системе запирающей воды воздействие со стороны последней на обратный клапан уменьшается. После открытия обратного клапана вода из автономного контура поступает в узел уплотнения для охлаждения и смазки его элементов.Water in the blocking water system (during normal operation of the power unit) comes from the deaerator of the feed system for the bypass cleaning of the primary coolant. In case of failure of this (main) source, the locking water system is capable of taking water from the pressure of the MCP through an autonomous circuit. For this, the autonomous circuit and the inlet of the shut-off water to the aftercooler are connected by a bypass device that includes a normally closed non-return valve, which prevents its flow from the autonomous circuit into the shut-off water system in its normal position. If the water supply from the feed deaerator is stopped, and the discharge of the locking water into the system of organized leaks continues, then due to a decrease in pressure in the system of the locking water, the effect of the latter on the check valve is reduced. After opening the check valve, water from the autonomous circuit enters the seal assembly for cooling and lubricating its elements.

Узел уплотнения вала ГЦН-195 выполнен в виде блока из четырех одинаковых ступеней торцовых уплотнений с внешним байпасированием двух средних (первой и второй основных) ступеней [там же, с.71, 72 (рис.4.6)]. Уплотнительную поверхность в каждом из торцовых уплотнений образует пара колец из силицированного графита. Вторичные уплотнения (по корпусным деталям) выполнены в виде резиновых колец. Изготовленные попарно уплотнительные кольца из силицированного графита, предназначенные для установки на ГЦН, отбирают, в частности, по величине протечки при заданном перепаде давления (например, не более 50 л/ч при перепаде 18 МПа). Запирающую воду подают в полость между разделительной (нижней) и первой основной ступенями. Снижение давления (дросселирование) до атмосферного происходит при течении запирающей воды через выносные дроссели, установленные на байпасах первой и второй основных ступеней уплотнения.The shaft sealing unit ГЦН-195 is made in the form of a block of four identical stages of mechanical seals with external bypassing of two middle (first and second main) stages [ibid, p. 71, 72 (Fig. 4.6)]. The sealing surface in each of the mechanical seals forms a pair of rings of siliconized graphite. Secondary seals (for body parts) are made in the form of rubber rings. Silicon graphite O-rings made in pairs and intended for installation on MCPs are selected, in particular, for leakage at a given pressure drop (for example, no more than 50 l / h at a pressure drop of 18 MPa). Locking water is fed into the cavity between the separation (lower) and the first main steps. Pressure reduction (throttling) to atmospheric pressure occurs when the flow of blocking water through the external chokes installed on the bypass of the first and second main stages of sealing.

Недостатком этого ГЦНА (в ситуации полного обесточивания энергоблока, а также при ежегодных гидравлических испытаниях реакторной установки) является неизбежность (из-за наличия байпасов) поступления воды с полным давлением первого контура в полость узла уплотнения перед концевой ступенью, которая остается единственным барьером, разделяющим теплоноситель первого контура и окружающее ГЦН пространство. В ситуации полного обесточивания энергоблока из-за высокой температуры теплоносителя первого контура металл корпуса узла уплотнения интенсивно прогревается, в результате чего вторичные уплотнения (из резины) могут не сохранить работоспособность в течение требуемого времени. При гидравлических испытаниях концевая ступень воспринимает большие изгибающие усилия, возникающие вследствие воздействия на нее давления, используемого для гидравлических испытаний, с одной стороны, и атмосферного давления, с другой, которые приводят к уменьшению площади контакта и увеличению зазора между кольцами из силицированного графита. Увеличение вследствие этого протечки воды через концевую ступень ведет к размыву контактных поверхностей, что при последующей работе в номинальном режиме вызывает более интенсивный прогрев элементов узла уплотнения, снижение долговечности его вторичных уплотнений (из резины) и увеличение утечки теплоносителя первого контура. Таким образом надежность ГЦНА типа ГЦН-195 ограничена наличием единственного барьера на возможном пути утечки теплоносителя первого контура через узел уплотнения вала остановленного ГЦН за его пределы, а также последствиями воздействия высокого перепада давления на концевую ступень узла уплотнения (при гидравлических испытаниях реакторной установки) и отказами вторичных уплотнений из резины узла уплотнения (в случае полного обесточивания энергоблока).The disadvantage of this GTsNA (in the situation of a complete blackout of the power unit, as well as during annual hydraulic tests of the reactor installation) is the inevitability (due to the presence of bypasses) of the flow of water with full pressure of the primary circuit into the cavity of the seal assembly in front of the end stage, which remains the only barrier separating the coolant the primary circuit and the surrounding MCP space. In a situation where the power unit is completely de-energized due to the high temperature of the primary coolant, the metal of the seal assembly body warms up intensively, as a result of which secondary seals (made of rubber) may not remain operational for the required time. In hydraulic tests, the end stage takes up large bending forces resulting from the pressure applied to it, used for hydraulic tests, on the one hand, and atmospheric pressure, on the other hand, which lead to a decrease in the contact area and an increase in the gap between siliconized graphite rings. As a result, an increase in water leakage through the end stage leads to erosion of the contact surfaces, which during subsequent operation in the nominal mode causes a more intense heating of the elements of the seal assembly, a decrease in the durability of its secondary seals (from rubber) and an increase in the leakage of the primary coolant. Thus, the reliability of GTsNs of type GTsN-195 is limited by the presence of a single barrier to the possible path of the primary coolant leakage through the shaft seal unit of the stopped GTs beyond its limits, as well as by the effects of the high pressure drop on the end stage of the seal node (during hydraulic tests of the reactor installation) and failures secondary seals from the rubber of the seal assembly (in the case of a complete blackout of the power unit).

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении надежности ГЦНА путем снижения вероятности утечки воды первого контура через узел уплотнения вала за пределы насоса как при гидравлических испытаниях реакторной установки, так и в ситуации полного обесточивания энергоблока и - увеличения продолжительности времени до потери работоспособности элементов этого узла уплотнения. Среди технических результатов изобретение обеспечивает (во всех случаях испрашиваемого объема правовой охраны),The problem solved by the invention is to increase the reliability of the MCP by reducing the likelihood of primary circuit water leakage through the shaft seal assembly outside the pump both during hydraulic tests of the reactor installation and in a situation where the power unit is completely de-energized and - increase the length of time until the elements of this seal assembly fail to work . Among the technical results, the invention provides (in all cases of the requested scope of legal protection),

во-первых, увеличение числа последовательных равноценных барьеров на возможном пути утечки теплоносителя первого контура через узел уплотнения вала за пределы насоса,firstly, an increase in the number of successive equivalent barriers to the possible path of the primary coolant leakage through the shaft seal assembly outside the pump,

во-вторых, снижение скорости прогрева узла уплотнения вала,secondly, a decrease in the heating rate of the shaft seal assembly,

в-третьих, исключение необходимости снабжения насоса стояночным (аварийным) уплотнением в виде отдельного узла.thirdly, eliminating the need to supply the pump with a parking (emergency) seal in the form of a separate unit.

Кроме того, изобретение обеспечивает возможность проведения диагностики узла уплотнения вала непосредственно на энергоблоке АЭС.In addition, the invention provides the ability to diagnose the shaft seal assembly directly at the nuclear power unit.

В качестве решения задачи предлагается главный циркуляционный насосный агрегат, преимущественно для энергоблоков с легководным теплоносителем атомных электростанций, содержащий вертикальный лопастной одноступенчатый консольный насос с нижним расположением рабочего колеса,As a solution to the problem, a main circulation pump unit is proposed, mainly for power units with a light-water coolant of nuclear power plants, containing a vertical vane single-stage cantilever pump with a lower impeller,

систему охлаждения и смазки нижнего радиального подшипника скольжения, размещенного на валу насоса над рабочим колесом, перекачиваемой водой, а также систему запирающей воды для узла уплотнения вала насоса, размещенного над указанным подшипником,a cooling and lubrication system for the lower radial plain bearing located on the pump shaft above the impeller pumped by the water, as well as a locking water system for the pump shaft seal assembly located above the bearing,

выполненные с возможностью отбора воды из напорной части насоса через первую из двух указанных систем во вторую при отказе источника подачи воды во вторую систему, предназначенного для нормальных условий работы энергоблока,made with the possibility of taking water from the pressure part of the pump through the first of the two systems to the second when the source of water supply to the second system fails, designed for normal operation of the power unit,

причем узел уплотнения вала выполнен в виде многоступенчатого блока торцовых уплотнений с внешним байпасированием средних ступеней и с установкой в каждом байпасе дросселирующего устройства,moreover, the shaft seal assembly is made in the form of a multi-stage block of mechanical seals with external bypassing of the middle stages and with the installation of a throttling device in each bypass,

а доохладитель запирающей воды, охлаждаемый водой промежуточного контура системы технического водоснабжения энергоблока, выполнен в виде поверхностного рекуперативного теплообменника,and a locking water after-cooler, cooled by the water of the intermediate circuit of the technical water supply system of the power unit, is made in the form of a surface recuperative heat exchanger,

который отличается от прототипа тем, чтоwhich differs from the prototype in that

последовательно с каждым из дросселирующих устройств установлена запорная арматура, выполненная с возможностью полного закрытия одновременно с запорной арматурой на трубопроводе слива организованных протечек из узла уплотнения вала,sequentially with each of the throttling devices, shutoff valves are installed, made with the possibility of complete closure at the same time as shutoff valves on the discharge pipe of organized leaks from the shaft seal assembly,

а доохладитель запирающей воды выполнен и поднят над узлом уплотнения вала с возможностью обеспечения устойчивого истечения запирающей воды под действием силы тяжести из доохладителя в полость узла уплотнения вала.and the locking water post-cooler is made and raised above the shaft seal assembly with the possibility of ensuring steady flow of locking water under gravity from the after-cooler into the cavity of the shaft sealing assembly.

На чертеже изображена схема системы запирающей воды для узла уплотнения вала насоса (в частном выполнении) и системы охлаждения и смазки НРП.The drawing shows a diagram of a locking water system for the pump shaft seal assembly (in a particular embodiment) and the cooling and lubrication system of the hydraulic distributor.

ГЦНА включает вал 1 насоса, на котором установлено рабочее колесо 2. Напорная часть насоса связана с автономным контуром 3 (системой охлаждения и смазки НРП 4 скольжения), расположенными между ними внутри насоса гидравлическими лабиринтами (в масштабе чертежа элементы последних не выделены).The MCCA includes a pump shaft 1, on which the impeller 2 is installed. The pressure part of the pump is connected to an autonomous circuit 3 (cooling and lubrication system НРП 4 of the slip), hydraulic labyrinths located between them inside the pump (in the drawing scale, the elements of the latter are not highlighted).

Узел уплотнения 5 вала 1 выполнен в виде блока из одинаковых ступеней торцовых уплотнений (например, четырех) с внешним байпасированием двух (в данном случае) средних основных ступеней. Блок торцовых уплотнений образуют разделительная ступень 6, две средние основные ступени (первая 7 и вторая 8) и концевая ступень 9. Полости узла уплотнения 5, смежные с первой основной ступенью 7, гидравлически связаны байпасом с последовательно установленными дроссельным устройством 10 (например, в виде капилляра) и запорной арматурой 11, а смежные со второй основной ступенью 8 - дроссельным устройством 12 и запорной арматурой 13.The seal assembly 5 of the shaft 1 is made in the form of a block of identical stages of mechanical seals (for example, four) with external bypassing of two (in this case) middle main stages. The block of mechanical seals is formed by a separation stage 6, two middle main stages (first 7 and second 8) and an end stage 9. The cavities of the seal assembly 5 adjacent to the first main stage 7 are hydraulically connected bypass to the throttle device 10 in series (for example, in the form capillary) and shutoff valves 11, and adjacent to the second main stage 8 - throttle device 12 and shutoff valves 13.

Система запирающей воды для узла уплотнения 5 вала 1 включает входной трубопровод 14, доохладитель 15, подводящий трубопровод 16 и трубопровод слива организованных протечек с запорной арматурой 17. Входной трубопровод 14 соединен с источником подачи воды в систему запирающей воды, предназначенным для нормальных условий работы энергоблока (например, с системой байпасной очистки первого контура, элементы которой на чертеже не показаны). Запирающую воду после доохладителя 15 по подводящему трубопроводу 16 подают в полость узла уплотнения 5 между разделительной 6 и первой основной 7 ступенями. Запорные арматуры 11 и 13 выполнены с возможностью закрытия одновременно с запорной арматурой 17.The locking water system for the seal assembly 5 of the shaft 1 includes an inlet pipe 14, a aftercooler 15, a supply pipe 16 and an organized leakage drain pipe with shutoff valves 17. The inlet pipe 14 is connected to a source of water supply to the blocking water system designed for normal operation of the power unit ( for example, with a bypass primary cleaning system, the elements of which are not shown in the drawing). Locking water after the after cooler 15 through the inlet pipe 16 is fed into the cavity of the seal assembly 5 between the separation 6 and the first main 7 steps. Shutoff valves 11 and 13 are made with the possibility of closing simultaneously with shutoff valves 17.

Доохладитель 15 выполнен в виде поверхностного рекуперативного теплообменника, охлаждаемого водой промежуточного контура энергоблока (элементы этого контура на чертеже не показаны) с возможностью устойчивого истечения из него запирающей воды в узел уплотнения 5 под действием силы тяжести. Для обеспечения этого доохладитель 15 выполнен с минимальным, по возможности, гидравлическим сопротивлением по запирающей воде и без подъемных участков (по направлению ее течения к узлу уплотнения 5), а установлен с превышением над узлом уплотнения 5 (например, на 10 м). В частности, теплообменная поверхность доохладителя 15 может быть составлена из лежащих в вертикальной плоскости U-образных теплообменных трубок с двумя горизонтальными прямолинейными участками. При этом подводящий трубопровод 16 целесообразно выполнить так, чтобы его самой высокой точкой являлся выход запирающей воды из доохладителя 15.The aftercooler 15 is made in the form of a surface recuperative heat exchanger cooled by water of the intermediate circuit of the power unit (elements of this circuit are not shown in the drawing) with the possibility of stable flow of locking water from it into the seal assembly 5 under the action of gravity. To ensure this, the aftercooler 15 is made with the smallest possible hydraulic resistance to blocking water and without lifting sections (in the direction of its flow to the seal assembly 5), and is installed with an excess of the seal assembly 5 (for example, by 10 m). In particular, the heat transfer surface of the aftercooler 15 can be composed of U-shaped heat transfer tubes lying in a vertical plane with two horizontal straight sections. In this case, the supply line 16 is expediently designed so that its highest point is the outlet of the blocking water from the aftercooler 15.

Перепускное устройство 18 между автономным контуром 3 и входным трубопроводом 14 системы запирающей воды может быть выполнено в виде, например, трубопровода, снабженного нормально закрытым обратным клапаном, который в своем нормальном положении препятствует отводу воды из автономного контура в систему запирающей воды.The bypass device 18 between the autonomous circuit 3 and the inlet pipe 14 of the blocking water system can be made in the form, for example, of a pipe equipped with a normally closed non-return valve, which in its normal position prevents the water from flowing from the autonomous circuit to the blocking water system.

В режиме гидравлических испытаний реакторной установки и в ситуации полного обесточивания энергоблока вспомогательные системы данного ГЦНА функционируют следующим образом (приводимые числовые величины характерны для эксплуатации ВВЭР-1000).In the hydraulic test mode of the reactor installation and in the situation of a complete blackout of the power unit, the auxiliary systems of this GTsNA function as follows (the given numerical values are typical for the operation of VVER-1000).

При гидравлических испытаниях энергоблока останавливают все ГЦНА данного энергоблока и закрывают всю арматуру, через которую возможен выход воды первого контура за пределы насоса, в том числе запорную арматуру 17 на трубопроводе слива организованных протечек. Прекращают подачу воды через входной трубопровод 14 в доохладитель 15. Запорные арматуры 11 и 13 на соответствующих байпасах узла уплотнения 5 закрывают одновременно с запорной арматурой 17. В первом контуре устанавливают давление 3,5 МПа и температуру не выше 45°C. Введя ГЦНА в работу, разогревают первый контур до температуры 120°C (при этом вода в доохладителе 15 и в подводящем трубопроводе 16 сохраняет первоначальные параметры, соответствующие началу работы насоса на низком давлении для разогрева первого контура). После остановки ГЦНА поднимают (с помощью подпиточных насосов) давление в первом контуре до 25 МПа, при этом вследствие открытия перепускного устройства 18 давление в полости узла уплотнения 5 между разделительной 6 и первой основной 7 ступенями также поднимается до 25 МПа. Но на возможном пути утечки теплоносителя первого контура через узел уплотнения 5 остановленного насоса за его пределы остаются три последовательных равноценных барьера: первая 7 и вторая 8 основные, а также концевая 9 ступени торцовых уплотнений. Возникновение утечки теплоносителя первого контура возможно только в результате последовательного отказа этих трех ступеней. При отсутствии же запорных арматур 11 и 13 за счет гидравлической связи по байпасам давление воды перед концевой ступенью 9 сравнялось бы с давлением первого контура, а концевая ступень 9 была бы единственным барьером.During hydraulic tests of a power unit, all of the SCVs of a given power unit are stopped and all valves are closed, through which water from the primary circuit can escape from the pump, including stop valves 17 on the drainage pipeline for organized leaks. Stop the water supply through the inlet pipe 14 to the aftercooler 15. The shutoff valves 11 and 13 on the corresponding bypasses of the seal assembly 5 are closed simultaneously with the shutoff valves 17. In the first circuit, a pressure of 3.5 MPa and a temperature of not higher than 45 ° C are set. After entering the MCCA into operation, the first circuit is heated to a temperature of 120 ° C (while the water in the aftercooler 15 and in the supply pipe 16 retains the initial parameters corresponding to the start of the pump at low pressure for heating the primary circuit). After stopping the MCC, the pressure in the primary circuit is raised (with the help of feed pumps) to 25 MPa, while due to the opening of the bypass device 18, the pressure in the cavity of the seal assembly 5 between the separation 6 and the first main 7 steps also rises to 25 MPa. But on the possible path of the primary coolant leakage through the seal assembly 5 of the stopped pump, three consecutive equivalent barriers remain outside it: the first 7 and second 8 main ones, as well as end 9 stages of mechanical seals. The occurrence of a primary coolant leak is possible only as a result of a successive failure of these three stages. In the absence of shut-off valves 11 and 13 due to the hydraulic by-pass connection, the water pressure in front of the end stage 9 would be equal to the pressure of the primary circuit, and the end stage 9 would be the only barrier.

В ситуации полного обесточивания энергоблока прекращается, в частности, электроснабжение приводящих ЭД ГЦН и все ГЦНА останавливаются, при этом вода в первом контуре сохраняет рабочие параметры (температура ~300°C и давление 15,6 МПа). После завершения выбега ГЦНА закрывают запорную арматуру 17 на трубопроводе слива организованных протечек (такая возможность обеспечена подключением этой арматуры к источнику аварийного, "надежного", электропитания). Запорные арматуры 11 и 13 на соответствующих байпасах узла уплотнения 5 закрывают одновременно с запорной арматурой 17. При обесточивании энергоблока прекращается подача воды через входной трубопровод 14 в доохладитель 15, давление запирающей воды в узле уплотнения 5 из-за продолжающегося отвода запирающей воды в систему организованных протечек снижается и перепускное устройство 18 открывается. Вследствие этого за время выбега ГЦНА давление в полости узла уплотнения 5 между разделительной 6 и первой основной 7 ступенями поднимается до уровня давления в первом контуре. Как и в режиме гидравлических испытаний, на возможном пути утечки теплоносителя первого контура остаются три последовательных равноценных барьера в виде трех одинаковых ступеней торцовых уплотнений.In a situation where the power unit is completely de-energized, in particular, the power supply to the supplying electric circuits of the MCC and all the MCPs are stopped, while the water in the primary circuit retains its operating parameters (temperature ~ 300 ° C and pressure 15.6 MPa). After completion of the run-off, the MCCA close the shut-off valve 17 on the drainage pipe for organized leaks (this possibility is provided by connecting this valve to an emergency, “reliable” power supply). Shut-off valves 11 and 13 on the corresponding bypasses of the seal assembly 5 are closed simultaneously with shut-off valves 17. When the power unit is de-energized, the water supply through the inlet pipe 14 to the aftercooler 15 is shut off, the pressure of the shut-off water in the seal assembly 5 due to the continued drainage of the shut-off water into the system of organized leaks decreases and the bypass device 18 opens. As a result of this, during the run-off of the MCCA, the pressure in the cavity of the seal assembly 5 between the separation 6 and the first main 7 steps rises to the pressure level in the primary circuit. As in the hydraulic test mode, three consecutive equivalent barriers in the form of three identical stages of mechanical seals remain on the possible path of leakage of the coolant of the primary circuit.

В отличие от гидравлических испытаний при полном обесточивании энергоблока вследствие высокой температуры теплоносителя первого контура значительный тепловой поток идет на корпус узла уплотнения 5 по валу 1 насоса, а также через его корпус (последний на чертеже не показан). Но запирающую воду, протекающую через зазоры между уплотнительными кольцами из силицированного графита первой 7 и второй 8 основных и концевой 9 ступеней торцовых уплотнений и уходящую свободным сливом за пределы насоса, замещает холодная вода, поступающая (под действием силы тяжести) из доохладителя 15 по подводящему трубопроводу 16 в полость между разделительной 6 и первой основной 7 ступенями. Такое охлаждение уменьшает скорость прогрева элементов узла уплотнения 5 и обеспечивает, как показали испытания, увеличение времени прогрева запирающей воды в полости последнего до температуры, при которой еще сохраняется структура вторичных уплотнений из резины (например, 180°С), до нескольких десятков часов. Таким образом, обеспечение основным узлом уплотнения 5 вала 1 основных функций стояночного (аварийного) уплотнения исключают необходимость выполнения последнего в виде отдельного узла насоса.Unlike hydraulic tests, when the power unit is completely de-energized due to the high temperature of the primary coolant, a significant heat flow goes to the seal assembly body 5 along the pump shaft 1, as well as through its body (the latter is not shown in the drawing). But the locking water flowing through the gaps between the sealing rings of siliconized graphite of the first 7 and second 8 main and end 9 stages of the mechanical seals and leaving the free drain outside the pump is replaced by cold water coming (under the action of gravity) from the aftercooler 15 through the supply pipe 16 into the cavity between the separation 6 and the first main 7 steps. Such cooling reduces the heating rate of the elements of the seal assembly 5 and provides, as tests have shown, an increase in the heating time of the locking water in the cavity of the latter to a temperature at which the structure of the secondary rubber seals (for example, 180 ° C) is still preserved, up to several tens of hours. Thus, providing the main assembly of the seal 5 of the shaft 1 with the main functions of the parking (emergency) seal eliminates the need to perform the latter in the form of a separate pump assembly.

Измеряя давление запирающей воды в полости между первой 7 и второй 8 основными ступенями узла уплотнения 5 в режиме стоянки ГЦНА, по величине этого давления и изменению его во времени получают представление о герметичности первой ступени 7, что позволяет прогнозировать необходимость и планировать объем предстоящего ремонта узла уплотнения 5 насоса этого ГЦНА.By measuring the pressure of the locking water in the cavity between the first 7 and second 8 main steps of the seal assembly 5 in the MCCA standby mode, by the magnitude of this pressure and its change in time, one gets an idea of the tightness of the first stage 7, which allows one to predict the need and plan the scope of the upcoming repair of the seal assembly 5 pumps of this GTsNA.

Claims

The main circulation pump unit mainly for power units with a light-water coolant of nuclear power plants, containing a vertical vane single-stage cantilever pump with a lower impeller location, a cooling and lubrication system for the lower radial plain bearing located on the pump shaft above the impeller, the pumped water, and also a locking water system for a pump shaft seal assembly located above said bearing, configured to take water from a pressure head the pump through the specified cooling and lubrication system to the shut-off water system in case of a failure of the water supply source to the shut-off water system designed for normal operation of the power unit, the pump shaft seal assembly made in the form of a multi-stage block of mechanical seals with external bypassing of the middle stages and with installation in each bypass of the throttling device, and the locking water after-cooler, cooled by the water of the intermediate circuit of the power unit’s technical water supply system, is made in the form of a surface recuperative heat exchanger, characterized in that shutoff valves are installed in series with each of the throttling devices, made with the possibility of completely closing simultaneously with the shutoff valves on the drain pipe of the organized leakage from the pump shaft seal assembly, and the shut-off water after-cooler is made and raised above the pump shaft seal assembly with the possibility of ensuring a steady flow of locking water under the action of gravity from this aftercooler into the cavity of the shaft seal assembly pump.