RU2425256C2

RU2425256C2 - Power unit

Info

Publication number: RU2425256C2
Application number: RU2009130711/06A
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; Геннадий Павлович Фёдоров (RU); Геннадий Павлович Фёдоров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро машиностроения"
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-07-27
Also published as: RU2009130711A

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: water is supplied to system of shut off water from pressure part of first circuit to ensure normal operation of unit. Relief device 14 opens only at pressure drop occurring when it exceeds pressure drop with closed device 14 of shut down main circulation pump aggregate - MCPA - upon end of its running out while all rest MCPA of unit operate normally. Cooler 6 of a cooling and lubrication system of bearing 4 is positioned over the bearing thus ensuring stable circulation of water both due to natural convection sufficient for withdrawal of heat from the zone of bearing 4 at fixed shaft 1 and at cooling water with cooler 6 when water is withdrawn from the cooling and lubricant system of bearing 4 to the system of shut off water of the operating MCPA. Shut-off accessories 12 on the pipeline of leakage draining from the system of shut-off water operate only with shut down of the MCPA upon end of the latter running out and when water from the pressure section of the first circuit is not supplied to the system of shut-off water. ^ EFFECT: prevention of overheat of packing unit in operating main circulation pump aggregate and cooling and lubrication system of bearing in idle mode of main circulation pump unit in hot reserve, which increases reliability of power unit.

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, областью его применения являются ядерные энергетические установки, у которых в состав главных циркуляционных насосных агрегатов (ГЦНА) входят лопастные насосы с механическим уплотнением вала, преимущественно для энергоблоков с легководным теплоносителем атомных электростанций (АЭС).The invention relates to power engineering, the field of its application is nuclear power plants, in which the main circulation pump units (GTsNA) include vane pumps with mechanical shaft sealing, mainly for power units with light-water coolant of nuclear power plants (NPPs).

Указанные энергоблоки, как известно, преобладают в современной мировой ядерной энергетике. Насосы, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя в первом контуре, проходящем через ядерный реактор, называют главными циркуляционными насосами (ГЦН). На АЭС в качестве ГЦН широко применяют лопастные насосы с механическим уплотнением вращающегося вала. Такие ГЦН, как правило, представляют собой вертикальный одноступенчатый консольный насос с нижним расположением рабочего колеса. Ближайшей к последнему опорой вала насоса служит нижний радиальный подшипник скольжения, для охлаждения и смазки которого используют перекачиваемую воду. Для предотвращения выхода теплоносителя из первого контура вдоль вала насоса выше этого подшипника устанавливают узел уплотнения вала, образованный из ряда ступеней и обычно включающий торцовые уплотнения. В узел уплотнения для охлаждения и смазки его элементов 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 нижнюю (разделительную) ступень поступает в первый контур, а через верхнюю (атмосферную) - уходит за пределы насоса. При нормальной работе ГЦН давление воды в узле уплотнения над разделительной ступенью выше, чем под нею.The indicated power units are known to prevail in modern world nuclear energy. The pumps that circulate the coolant in the primary circuit passing through the nuclear reactor are called the main circulation pumps (MCP). At nuclear power plants, impeller pumps with mechanical sealing of a rotating shaft are widely used as MCPs. Such MCPs, as a rule, are a vertical single-stage cantilever pump with a lower impeller. The lower radial plain bearing, which is the closest to the last support of the pump shaft, uses pumped water to cool and lubricate it. To prevent the coolant from leaving the primary circuit along the pump shaft, a shaft seal assembly is formed above this bearing, formed from a number of stages and usually including mechanical seals. Water is supplied to the seal assembly for cooling and lubricating its elements, 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 of the locking water through the lower (dividing) stage enters the primary circuit, and through the upper (atmospheric) stage it leaves the pump. During normal operation of the MCP, the water pressure in the seal assembly above the separation stage is higher than under it.

ГЦН вместе с выносным приводящим электродвигателем, а также обслуживающие (вспомогательные) системы и контрольно-измерительные средства образуют ГЦНА. В состав энергоблоков средней и большой мощности входят несколько ГЦНА, включенных по теплоносителю параллельно относительно реактора. Все ГЦН в составе энергоблока АЭС являются насосами постоянного действия. При технологических остановках, связанных с плановой эксплуатацией энергоблока или срабатыванием соответствующей защиты (например, по понижению уровня воды в парогенераторе, повышению температур охлаждающих сред), когда приводящий электродвигатель ГЦН выключают, но все обслуживающие системы продолжают штатно работать, режим ГЦНА называют стоянкой в горячем резерве. Любая непредусмотренная или незапланированная остановка ГЦНА, вызывающая снижение мощности или простой энергоблока (соответственно, снижение мощности АЭС) экономически обходится весьма дорого. Стабильная работа ГЦНА (при минимальном числе остановок) в большой степени зависит от надежности обслуживающих систем и функционально связанных с ними элементами других систем энергоблока. Потенциальными источниками отказов являются, в частности, достаточно сложные активные элементы (например, вспомогательные насосы), требующие для своей работы источников электроснабжения, а также нетермостойкие элементы нижнего радиального подшипника и узла уплотнения ГЦН.The MCP together with the external driving electric motor, as well as the service (auxiliary) systems and instrumentation form the MCP. The power units of medium and high power include several GTsNA, connected in parallel with the reactor along the coolant. All MCPs in the power unit of a nuclear power plant are continuous pumps. During technological stops associated with the planned operation of the power unit or the operation of appropriate protection (for example, by lowering the water level in the steam generator, raising the temperature of cooling media), when the MCP drive motor is turned off, but all service systems continue to operate normally, the MCP mode is called parking in a hot reserve . Any unforeseen or unplanned shutdown of the MCC, causing a decrease in power or a simple power unit (respectively, a decrease in the power of nuclear power plants) is economically very expensive. The stable operation of the MCC (with a minimum number of shutdowns) to a large extent depends on the reliability of the service systems and the elements of other systems of the power unit functionally connected with them. Potential sources of failures are, in particular, rather complex active elements (for example, auxiliary pumps) that require power sources for their operation, as well as non-heat-resistant elements of the lower radial bearing and the MCP seal assembly.

Известны энергоблоки АЭС с ВВЭР-1000, снабженные четырьмя ГЦНА типа ГЦН-195. Обслуживающие системы указанного ГЦНА включают систему охлаждения и смазки нижнего радиального подшипника (называемую автономным контуром) и систему запирающей воды для узла уплотнения, выполненного в виде блока торцовых уплотнений [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)]. Автономный контур включает холодильник, а также вспомогательный насос. При нормальной работе ГЦНА циркуляция воды происходит под действием вращающегося вспомогательного рабочего колеса (именуемого импеллером), установленного на валу ГЦН под нижним радиальным подшипником, а при остановленном ГЦНА - за счет указанного вспомогательного насоса. Автономный контур связан с напорной частью ГЦН расположенными между ними внутри ГЦН гидравлическими лабиринтами. Система запирающей воды включает доохладитель (дополнительный холодильник), а также трубопровод слива организованных протечек с запорной арматурой. Вода в систему (при нормальной работе энергоблока) поступает из деаэратора подпитки системы байпасной очистки теплоносителя первого контура, находящейся за пределами герметичной защитной оболочки реактора [там же, с.35 (Рис.2.12)], под действием подпиточных насосов высокого давления.Known power units of nuclear power plants with VVER-1000 equipped with four GTsNA type GTsN-195. The service systems of the indicated MCP include a cooling and lubrication system for the lower radial bearing (called an autonomous circuit) and a locking water system for the seal assembly made in the form of a block of mechanical seals [see, for example, Pak PN, Belousov A.Ya., Pak S.P. Pumping equipment of nuclear plants. - M.: Energoatomizdat, 2003. - 450 p.: P. 74, 75 (Fig. 4.7)]. Autonomous circuit includes a refrigerator, as well as an auxiliary pump. During normal operation of the MCCA, water circulation occurs under the action of a rotating auxiliary impeller (referred to as the impeller) mounted on the MCP shaft under the lower radial bearing, and when the MCPA is stopped, due to the specified auxiliary pump. The autonomous circuit is connected to the pressure part of the MCP hydraulic mazes located between them inside the MCP. The locking water system includes a post-cooler (additional refrigerator), as well as a drain line for organized leaks with shutoff valves. Water in the system (during normal operation of the power unit) comes from the deaerator of the feed of the bypass system for cleaning the primary coolant located outside the tight containment of the reactor [ibid, p. 35 (Fig. 2.12)], under the influence of high-pressure make-up pumps.

Холодильник автономного контура и доохладитель системы запирающей воды выполнены в виде поверхностных рекуперативных теплообменников, охлаждаемых водой промежуточного контура системы технического водоснабжения энергоблока. Выход воды автономного контура из холодильника 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. В случае прекращения подачи воды из деаэратора подпитки уменьшается воздействие на обратный клапан со стороны системы запирающей воды из-за снижения давления в последней (за счет продолжающегося слива запирающей воды в систему организованных протечек). После достижения уровня давления в автономном контуре обратный клапан открывается и через него вода из автономного контура поступает в узел уплотнения. Но если подача воды от деаэратора подпитки в систему запирающей воды отсутствует более трех минут, то ГЦН-195 останавливают, что обуславливает немедленное снижение мощности энергоблока.The refrigerator of the autonomous circuit and the aftercooler of the locking water system are made in the form of surface recuperative heat exchangers cooled by the water of the intermediate circuit of the power unit's technical water supply system. The water outlet of the autonomous circuit from the refrigerator and the entrance of the shut-off water to the aftercooler are connected by a bypass device that includes a normally closed non-return valve, which prevents in its normal position the flow from the autonomous circuit into the system of locking water. In the event that the water supply from the deaerator is cut off, the effect on the check valve from the side of the locking water system is reduced due to a decrease in pressure in the latter (due to the continued discharge of locking water into the system of organized leaks). After reaching the pressure level in the autonomous circuit, the check valve opens and through it the water from the autonomous circuit enters the seal assembly. But if the water supply from the feed deaerator to the blocking water system is absent for more than three minutes, the MCP-195 is stopped, which causes an immediate decrease in the power of the power unit.

Надежность энергоблока с ГЦНА типа ГЦН-195 ограничена возможными перерывами подачи воды из деаэратора подпитки в систему запирающей воды (при нормальной работе ГЦНА), а также отказами вспомогательного насоса (как в режиме стоянки ГЦНА в горячем резерве, так и в случае полного обесточивания энергоблока). Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности энергоблока АЭС с несколькими ГЦНА за счет уменьшения числа потенциальных источников отказов в их обслуживающих системах, а также увеличения устойчивости к отказам других систем энергоблока. Среди технических результатов изобретение, в частности, обеспечивает (во всех случаях испрашиваемого объема правовой охраны), во-первых, предотвращение снижения давления запирающей воды за допустимые пределы, а также перегрева узла уплотнения вала ГЦН у работающего ГЦНА (причем, независимо от режима работы системы байпасной очистки), во-вторых, предотвращение перегрева нижнего радиального подшипника и автономного контура в режиме стоянки ГЦНА в горячем резерве.The reliability of a power unit with a MCC type ГЦН-195 is limited by possible interruptions in the water supply from the deaerator to the blocking water system (during normal operation of the MCPA), as well as by failures of the auxiliary pump (both in the MCPA standby mode in the hot reserve and in the event of a complete blackout of the power unit) . The problem solved by the invention is to increase the reliability of the power unit of nuclear power plants with several MCPs by reducing the number of potential sources of failure in their service systems, as well as increasing the resistance to failure of other systems of the power unit. Among the technical results, the invention, in particular, provides (in all cases of the requested scope of legal protection), firstly, the prevention of lowering the pressure of the locking water beyond the permissible limits, as well as overheating of the shaft seal assembly of the MCP in an operating MCPA (moreover, regardless of the operating mode of the system bypass cleaning), secondly, preventing overheating of the lower radial bearing and the autonomous circuit in the stand-by mode of the ГЦНА in the hot reserve.

Энергоблок с легководным теплоносителем атомных электростанций, предлагаемый в качестве решения задачи, включает несколько ГЦНА, каждый из которых содержит вертикальный лопастной одноступенчатый консольный насос с нижним расположением рабочего колеса, систему охлаждения и смазки нижнего радиального подшипника скольжения, размещенного на валу насоса над рабочим колесом, перекачиваемой водой, систему запирающей воды для узла уплотнения вала насоса, размещенного над указанным подшипником, причем холодильник первой из двух указанных систем и доохладитель второй из них, охлаждаемые водой промежуточного контура энергоблока, выполнены в виде поверхностного рекуперативного теплообменника, а также перепускное устройство, соединяющее обе указанные системы и в своем нормальном состоянии препятствующее отводу воды из первой системы во вторую.The power unit with a light-water coolant of nuclear power plants, proposed as a solution to the problem, includes several GTsNAs, each of which contains a vertical single-stage vane casing 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 being pumped water, a locking water system for the pump shaft seal assembly located above said bearing, the refrigerator being the first of the two indicated with The second cooler, cooled by the water of the intermediate circuit of the power unit, is also made in the form of a surface recuperative heat exchanger, as well as a bypass device connecting both of these systems and, in its normal state, preventing water from being drained from the first system to the second.

В отличие от прототипаUnlike the prototype

подача воды в систему запирающей воды для нормальных условий работы энергоблока выполнена из напорной части первого контура энергоблока,the water supply to the locking water system for normal operating conditions of the power unit is made from the pressure part of the primary circuit of the power unit,

при этом перепускное устройство выполнено с возможностью его открытия только при возникновении на нем перепада давления, превышающего перепад давления на закрытом перепускном устройстве остановленного ГНЦА после окончания его выбега при нормальной работе всех остальных ГЦНА энергоблока,the bypass device is made with the possibility of opening it only when a pressure drop occurs on it, exceeding the pressure drop at the closed bypass device of the stopped SSCA after the end of its run-out during normal operation of all other MCPs of the power unit,

холодильник системы охлаждения и смазки нижнего радиального подшипника выполнен и установлен над последним как с возможностью возникновения в этой системе устойчивой циркуляции воды за счет естественной конвекции с расходом, достаточным для отвода тепла из зоны этого подшипника при неподвижном вале у остановленного ГЦНА, так и с возможностью требуемого охлаждения поступающей в этот холодильник воды при отборе воды из системы охлаждения и смазки нижнего радиального подшипника через перепускное устройство в систему запирающей воды у работающего ГЦНА,the cooler of the cooling system and the lubrication of the lower radial bearing is made and installed above the latter both with the possibility of the occurrence of stable water circulation in this system due to natural convection with a flow rate sufficient to remove heat from the area of this bearing when the shaft is stationary at a stopped MCP, and with the possibility of the required cooling the water entering this refrigerator when taking water from the cooling system and lubricating the lower radial bearing through a bypass device into the locking water system at y to earn MCPA,

а запорная арматура на трубопроводе слива организованных протечек из системы запирающей воды выполнена с возможностью закрытия только на остановленном ГЦНА после окончания выбега последнего, причем при отсутствии подачи воды из напорной части первого контура в систему запирающей воды.and the shutoff valves on the drainage line for organized leaks from the locking water system are made with the possibility of closing only at the stopped MCPA after the run-out of the latter, and in the absence of water supply from the pressure part of the primary circuit to the locking water system.

В частном случае отбор воды в систему запирающей воды может быть выполнен из напорного трубопровода первого контура энергоблока после холодильника системы байпасной очистки воды первого контура. В частном случае выполнения целесообразно (по условиям охлаждения) перепускное устройство устанавливать между выходом воды системы охлаждения и смазки нижнего радиального подшипника из теплообменных труб холодильника и входом запирающей воды в теплообменные трубы доохладителя. Перепускное устройство может быть выполнено в виде трубопровода, снабженного нормально закрытым обратным клапаном с тарированной пружиной, усилие которой направлено на закрытие этого клапана.In a particular case, the selection of water into the locking water system can be performed from the pressure pipe of the primary circuit of the power unit after the cooler of the bypass water treatment system of the primary circuit. In the particular case of execution, it is advisable (under cooling conditions) to install a bypass device between the water outlet of the cooling system and the lubrication of the lower radial bearing from the heat exchanger tubes of the refrigerator and the inlet of the locking water into the heat exchanger tubes of the aftercooler. The bypass device can be made in the form of a pipeline equipped with a normally closed non-return valve with a calibrated spring, the force of which is aimed at closing this valve.

На чертеже изображена схема системы охлаждения и смазки нижнего радиального подшипника ГЦН и системы запирающей воды для узла уплотнения вала ГЦН одного из ГЦНА энергоблока.The drawing shows a diagram of the cooling and lubrication system of the lower radial bearing of the MCP and the locking water system for the shaft seal assembly of the MCP of one of the MCP of the power unit.

Каждый из нескольких (например, четырех) ГЦНА энергоблока включает вал 1 насоса, на котором установлены рабочее колесо 2 и вспомогательное рабочее колесо (импеллер) 3. Система охлаждения и смазки нижнего радиального подшипника 4 скольжения (автономный контур) включает отводящий трубопровод 5, холодильник 6 и подводящий трубопровод 7. Автономный контур связан с напорной частью насоса расположенными между ними внутри насоса гидравлическими лабиринтами. Узел уплотнения 8 вала 1 выполнен в виде блока торцовых уплотнений. Система запирающей воды для узла уплотнения 8 включает входной трубопровод 9, доохладитель 10, подводящий трубопровод 11 и трубопровод слива организованных протечек с запорной арматурой 12. Входной трубопровод 9 соединен с трубопроводом на выходе воды первого контура из холодильника 13 системы байпасной очистки этого контура. Запорная арматура 12 выполнена с возможностью ее закрытия только на остановленном ГЦНА после окончания выбега последнего, причем при отсутствии подачи охлажденной воды первого контура из холодильника 13 во входной трубопровод 9.Each of several (for example, four) MCCA of a power unit includes a pump shaft 1, on which an impeller 2 and an auxiliary impeller (impeller) 3 are installed. The cooling and lubrication system of the lower radial plain bearing 4 (self-contained circuit) includes a discharge pipe 5, a refrigerator 6 and supply line 7. An autonomous circuit is connected to the pressure part of the pump by hydraulic labyrinths located between them inside the pump. The seal assembly 8 of the shaft 1 is made in the form of a block of mechanical seals. The locking water system for the seal assembly 8 includes an inlet pipe 9, a aftercooler 10, a supply pipe 11 and an organized leakage drain pipe with shutoff valves 12. The inlet pipe 9 is connected to a pipe at the water outlet of the primary circuit from the refrigerator 13 of the bypass cleaning system of this circuit. Shutoff valves 12 are made with the possibility of closing it only at the stopped MCPA after the end of the last run-off, and in the absence of the supply of chilled water of the primary circuit from the refrigerator 13 to the inlet pipe 9.

Перепускное устройство 14 между подводящим трубопроводом 7 автономного контура и входным трубопроводом 9 системы запирающей воды выполнено в виде трубопровода, снабженного нормально закрытым обратным клапаном с тарированной пружиной, усилие которой направлено на закрытие этого клапана. В своем нормальном положении обратный клапан препятствует отводу воды из автономного контура в систему запирающей воды (разделяет их). Пружина тарирована таким образом, чтобы открытие обратного клапана было возможно только при возникновении на нем перепада давления, превышающего перепад давления на закрытом обратном клапане остановленного ГНЦА после окончания выбега при нормальной работе всех остальных ГЦНА энергоблока. Необходимая величина превышения зависит от характеристик отдельных элементов узла уплотнения 8.The bypass device 14 between the inlet pipe 7 of the autonomous circuit and the inlet pipe 9 of the locking water system is made in the form of a pipe equipped with a normally closed non-return valve with a calibrated spring, the force of which is aimed at closing this valve. In its normal position, the non-return valve prevents the water from flowing from the autonomous circuit into the blocking water system (separates them). The spring is calibrated so that the opening of the non-return valve was possible only if a pressure drop occurred on it, exceeding the pressure drop at the closed non-return valve of the stopped SSC after the end of the run-out during normal operation of all other MCPs of the power unit. The required excess value depends on the characteristics of the individual elements of the seal assembly 8.

Холодильник 6 и доохладитель 10 выполнены в виде поверхностных рекуперативных теплообменников, охлаждаемых водой промежуточного контура энергоблока (элементы промежуточного контура на чертеже не показаны). С целью минимизации гидравлического сопротивления по воде автономного контура теплообменная поверхность холодильника 6 составлена из прямолинейных теплообменных трубок (при поперечном обмыве водой промежуточного контура). Для доохладителя 10 принята аналогичная компоновочная схема. Перепускное устройство 14 установлено между выходом воды автономного контура из теплообменных труб холодильника 6 и входом запирающей воды в теплообменные трубы доохладителя 10.The refrigerator 6 and the aftercooler 10 are made in the form of surface recuperative heat exchangers cooled by the water of the intermediate circuit of the power unit (elements of the intermediate circuit are not shown in the drawing). In order to minimize hydraulic resistance to water of the autonomous circuit, the heat exchange surface of the refrigerator 6 is composed of straight heat exchange tubes (with transverse washing with water of the intermediate circuit). For aftercooler 10 adopted a similar layout scheme. A bypass device 14 is installed between the water outlet of the autonomous circuit from the heat transfer pipes of the refrigerator 6 and the inlet of the shut-off water into the heat transfer pipes of the aftercooler 10.

Теплообменная поверхность холодильника 6 выполнена с возможностью охлаждения поступающей в последний воды до температурного уровня, требуемого для охлаждения и смазки подшипника 4 и узла уплотнения 8 у работающего ГЦНА, и в случае отбора воды из автономного контура через перепускное устройство 14 в узел уплотнений 8, когда уходящая охлажденная вода замещается горячей, поступающей из напорной части насоса по гидравлическим лабиринтам. Для существующих ГЦН с подачей около 6 м³/с по воде первого контура требуемый отбор из автономного контура в узел уплотнения составляет менее 10% от расхода в автономном контуре. Кроме того, холодильник 6 поднят над подшипником 4 и установлен с возможностью возникновения в автономном контуре циркуляции воды за счет естественной конвекции с расходом, достаточным для отвода тепла из зоны подшипника 4 у остановленного ГЦНА (например, на высоту не менее 10 м).The heat exchange surface of the refrigerator 6 is made with the possibility of cooling the water entering the last to the temperature level required for cooling and lubricating the bearing 4 and the seal assembly 8 at the operating MCPA, and in the case of water withdrawal from the autonomous circuit through the bypass device 14 to the seal assembly 8, when leaving chilled water is replaced by hot water coming from the pressure part of the pump through hydraulic mazes. For existing MCPs with a feed of about 6 m ³ / s through the primary circuit water, the required selection from the autonomous circuit to the seal assembly is less than 10% of the flow in the autonomous circuit. In addition, the refrigerator 6 is raised above the bearing 4 and installed with the possibility of occurrence in the autonomous circuit of water circulation due to natural convection with a flow rate sufficient to remove heat from the zone of the bearing 4 at the stopped MCP (for example, to a height of at least 10 m).

Для функционирования ГЦНА в составе энергоблока характерны следующие общие особенности. Уровень давления воды в первом контуре, как известно, поддерживают с помощью компенсатора объема. Давление в напорной части первого контура растет соответственно увеличению количества параллельно работающих ГЦНА. При нормальной работе системы байпасной очистки и хотя бы одного ГЦНА энергоблока давление в напорной части первого контура выше давления воды, подаваемой во входной трубопровод 9 системы запирающей воды из холодильника 13. Гидравлическое сопротивление последнего определяет, в основном, отмеченное превышение давления, величина которого слабо зависит от количества работающих ГЦНА. Рационально сконструированные холодильник 13 системы байпасной очистки и гидравлические лабиринты между напорной частью насоса и автономным контуром обеспечивают у каждого нормально работающего ГЦНА превышение давления запирающей воды во входном трубопроводе 9 над давлением воды автономного контура в подводящем трубопроводе 7.The following general features are characteristic for the operation of the SCV as part of the power unit. The water pressure level in the primary circuit is known to be maintained with a volume compensator. The pressure in the pressure part of the primary circuit increases correspondingly to an increase in the number of parallel-running MCCA. During normal operation of the bypass cleaning system and at least one MCP of the power unit, the pressure in the pressure part of the primary circuit is higher than the pressure of the water supplied to the inlet pipe 9 of the shut-off water system from the refrigerator 13. The hydraulic resistance of the latter mainly determines the marked excess of pressure, the magnitude of which depends slightly from the number of working MCCA. Rationally designed cooler 13 bypass cleaning systems and hydraulic labyrinths between the pressure part of the pump and the autonomous circuit ensure that each normally operating MCPA exceeds the pressure of the shut-off water in the inlet pipe 9 over the water pressure of the autonomous circuit in the inlet pipe 7.

При указанных взаимосвязях вспомогательные системы ГЦНА в составе энергоблока функционируют следующим образом. Если энергоблок находится в стационарном режиме, а система байпасной очистки первого контура и все ГЦНА нормально работают, то в каждом ГЦНА обратный клапан перепускного устройства 14 закрыт, импеллер 3 прокачивает воду автономного контура через холодильник 6 и подшипник 4, а запирающая вода для узла уплотнения 8 поступает во входной трубопровод 9 из холодильника 13. Перепад давления, действующий на перепускное устройство 14, и тарированная пружина обратного клапана создают усилия, одинаково направленные на закрытие обратного клапана, поэтому его открытие невозможно. Оставаясь закрытым, обратный клапан разделяет полости системы запирающей воды и автономного контура.With these relationships, the auxiliary systems of the MCC as part of the power unit operate as follows. If the power unit is in stationary mode, and the primary bypass cleaning system and all the MCPs are operating normally, then in each MCPP the check valve of the bypass device 14 is closed, the impeller 3 pumps the water of the autonomous circuit through the refrigerator 6 and bearing 4, and the shut-off water for the seal assembly 8 enters the inlet pipe 9 from the refrigerator 13. The differential pressure acting on the bypass device 14 and the calibrated check valve spring create forces equally directed to close the check valve, therefore its discovery is impossible. Remaining closed, the check valve separates the cavities of the shut-off water system and the autonomous circuit.

Если один ГЦНА остановлен (например, переведен в режим стоянки в горячем резерве после срабатывания технологических защит), а система байпасной очистки первого контура и все остальные ГЦНА энергоблока нормально работают, то после окончания выбега у остановленного ГЦНА (вследствие указанной гидравлической связи автономного контура с напорной частью насоса) давление в полости импеллера 3 и в подводящем трубопроводе 7 равно давлению в напорной части первого контура. Запорную арматуру 12 у остановленного ГЦНА не закрывают, сохраняя отвод запирающей воды из узла уплотнения 8, при этом во входной трубопровод 9 вода продолжает поступать из холодильника 13 под давлением, которое ниже давления в напорной части первого контура. Перепад давления, действующий на перепускное устройство 14, и тарированная пружина обратного клапана создают усилия, направленные противоположно, но перепад давления не компенсирует полностью усилие пружины, поэтому открытие обратного клапана невозможно. Оставаясь закрытым, обратный клапан разделяет полости системы запирающей воды и автономного контура. Это исключает разогрев автономного контура остановленного ГЦНА, который возможен при открытом обратном клапане из-за того, что охлажденную воду, уходящую через перепускное устройство 14 в узел уплотнения 8, замещает горячая вода, поступающая в автономный контур из напорной части насоса по соединяющим их гидравлическим лабиринтам. После окончания выбега у остановленного ГЦНА прекращается тепловыделение за счет трения в подшипнике 4 и узле уплотнения 8 вала 1, но продолжается поступление тепла от воды первого контура. В автономном контуре прекращается принудительная циркуляция под действием импеллера 3, но за счет соответствующего выполнения холодильника 6, поднятого над подшипником 4, возникает естественная конвекция воды с расходом, достаточным для охлаждения зоны подшипника 4 при неподвижном вале 1. Контур естественной циркуляции образуют (по направлению последней) напорная сторона импеллера 3, отводящий трубопровод 5, холодильник 6, подводящий трубопровод 7, полость подшипника 4, всасывающая сторона импеллера 3.If one MCPA is stopped (for example, it enters the standby mode in the hot standby after the technological protections have been triggered), and the bypass primary cleaning system and all other MCPAs of the power unit operate normally, then after the run-out of a stopped MCPA (due to the indicated hydraulic connection between the autonomous circuit and pressure part of the pump) the pressure in the cavity of the impeller 3 and in the supply pipe 7 is equal to the pressure in the pressure part of the primary circuit. The shutoff valves 12 at the stopped MCPA are not closed, while maintaining the discharge of locking water from the seal assembly 8, while water continues to flow into the inlet pipe 9 from the refrigerator 13 under a pressure that is lower than the pressure in the pressure part of the primary circuit. The differential pressure acting on the bypass device 14 and the tapped non-return valve spring create opposing forces, but the differential pressure does not fully compensate for the spring force, so opening the non-return valve is not possible. Remaining closed, the check valve separates the cavities of the shut-off water system and the autonomous circuit. This eliminates the heating of the autonomous circuit of the stopped MCP, which is possible with the non-return valve open due to the fact that the cooled water flowing through the bypass device 14 to the seal assembly 8 is replaced by hot water entering the autonomous circuit from the pressure part of the pump through the hydraulic labyrinths connecting them . After the run-out at the stopped ГЦНА, the heat generation stops due to friction in the bearing 4 and the seal assembly 8 of the shaft 1, but the heat continues to flow from the primary circuit water. In the autonomous circuit, forced circulation is stopped under the action of the impeller 3, but due to the corresponding implementation of the refrigerator 6, raised above the bearing 4, there is a natural convection of water with a flow rate sufficient to cool the area of the bearing 4 with a stationary shaft 1. Form a natural circulation circuit (in the direction of the latter ) the pressure side of the impeller 3, the discharge pipe 5, the refrigerator 6, the supply pipe 7, the bearing cavity 4, the suction side of the impeller 3.

Однако при эксплуатации энергоблока АЭС возможны нарушения в работе системы байпасной очистки воды первого контура, обуславливающие падение давления в подводящем трубопроводе 9 системы запирающей воды (например, в случае несанкционированного закрытия запорной арматуры у холодильника 13 системы байпасной очистки воды первого контура на подводе или отводе воды первого контура, в случае выхода из строя холодильника 13, когда указанный холодильник отсекают как по воде промежуточного контура, так и по воде первого контура). Если во время нормальной работы всех ГЦНА энергоблока прекращена подача воды из системы байпасной очистки первого контура во входной трубопровод 9, то у всех ГЦНА запорную арматуру 12 не закрывают. Из-за продолжающегося отвода запирающей воды в систему организованных протечек снижается давление в системе запирающей воды, при этом давление в напорной части первого контура и распределение давления в автономном контуре не изменяются. После изменения знака перепада давления на перепускном устройстве 14, создаваемое им усилие направлено на открытие обратного клапана, компенсируя усилие тарированной пружины. При достижении указанным перепадом давления величины, соответствующей открытию обратного клапана перепускного устройства 14, этот клапан открывается и вода из автономного контура через перепускное устройство 14 поступает в систему запирающей воды для охлаждения и смазки узла уплотнения 8 вала 1. При этом горячая вода, поступающая в автономный контур из напорной части насоса по соединяющим их гидравлическим лабиринтам, охлаждается в холодильнике 6 до требуемого уровня. В результате все ГЦНА энергоблока продолжают работать, причем холодильники 6, выполненные с запасом по величине теплообменной поверхности, обеспечивают работу в таком режиме без ограничения его длительности.However, during operation of a nuclear power unit, violations may occur in the operation of the primary bypass water purification system, causing a pressure drop in the supply pipe 9 of the shut-off water system (for example, in the case of unauthorized closing of shut-off valves at the refrigerator 13 of the primary bypass water purification system at the inlet or outlet of the first water circuit, in case of failure of the refrigerator 13, when the specified refrigerator is cut off both in the water of the intermediate circuit and in the water of the primary circuit). If during normal operation of all the MCPs of the power unit the water supply from the bypass cleaning system of the primary circuit to the inlet pipe 9 is stopped, then for all MCPAs the shutoff valves 12 are not closed. Due to the continued drainage of the locking water into the system of organized leaks, the pressure in the locking water system decreases, while the pressure in the pressure part of the primary circuit and the pressure distribution in the autonomous circuit do not change. After changing the sign of the differential pressure on the bypass device 14, the force created by it is directed to open the check valve, compensating for the force of the calibrated spring. When the specified differential pressure reaches the value corresponding to the opening of the check valve of the bypass device 14, this valve opens and water from the autonomous circuit through the bypass device 14 enters the locking water system for cooling and lubrication of the seal assembly 8 of the shaft 1. At the same time, hot water entering the autonomous the circuit from the pressure part of the pump along the hydraulic labyrinths connecting them is cooled in the refrigerator 6 to the required level. As a result, all of the GTsNs of the power unit continue to operate, and refrigerators 6, made with a margin of the largest heat exchange surface, provide operation in this mode without limiting its duration.

Если во время нормальной работы всех ГЦНА энергоблока прекращена подача воды из системы байпасной очистки первого контура во входной трубопровод 9, а после этого один ГЦНА остановлен (переведен в режим стоянки в горячем резерве после срабатывания технологических защит), то в течение выбега запорную арматуру 12 у остановленного ГЦНА не закрывают. При этом запирающая вода для охлаждения и смазки узла уплотнения 8 продолжает поступать через открытое перепускное устройство 14 из автономного контура. После окончания выбега закрывают арматуру 12 на трубопроводе слива организованных протечек, что вызывает повышение давления в системе запирающей воды и закрытие обратного клапана перепускного устройства 14. В автономном контуре остановленного ГЦНА по окончании выбега прекращается принудительная циркуляция под действием импеллера 3, но за счет соответствующего выполнения холодильника 6, поднятого над подшипником 4, возникает естественная конвекция воды с расходом, достаточным для охлаждения зоны подшипника 4 при неподвижном вале 1.If during normal operation of all the MCPs of the power unit the water supply from the bypass cleaning system of the primary circuit to the inlet pipe 9 is stopped, and then one MCPA is stopped (transferred to the standby mode in the hot reserve after the operation of the technological protections), then the shut-off valve 12 at Stopped ГЦНА do not close. At the same time, the locking water for cooling and lubrication of the seal assembly 8 continues to flow through the open bypass device 14 from the autonomous circuit. After the run-out, the valve 12 is closed on the drainage line of the organized leaks, which causes an increase in pressure in the shut-off water system and the check valve of the bypass device 14 closes. In the autonomous circuit of the stopped pump, the forced circulation stops under the run-out of the impeller 3, but due to the corresponding implementation of the refrigerator 6, raised above the bearing 4, there is a natural convection of water with a flow rate sufficient to cool the area of the bearing 4 when the shaft 1 is stationary.

Если подача воды из системы байпасной очистки первого контура во входной трубопровод 9 прекращена в то время, когда один ГЦНА уже остановлен (был переведен в режим стоянки в горячем резерве после срабатывания технологических защит), а остальные ГЦНА энергоблока нормально работают, то закрывают запорную арматуру 12 у остановленного ГЦНА для предотвращения дальнейшего снижения давления запирающей воды и открытия обратного клапана перепускного устройства 14. Таким образом, при любой из рассмотренных выше последовательностей событий исключен разогрев воды автономного контура ГЦНА, переведенного в режим стоянки в горячем резерве.If the water supply from the bypass cleaning system of the primary circuit to the inlet pipe 9 is stopped while one MCPA is already stopped (it was put into standby mode in the hot standby after the technological protections were triggered), and the remaining MCPA of the power unit operate normally, close the shutoff valves 12 at a stopped ГЦНА in order to prevent a further decrease in the pressure of the shut-off water and to open the check valve of the bypass device 14. Thus, with any of the above sequences of events, the exception district heating water circuit autonomous MCPA translated in the parking mode in hot standby.

Ситуация полного обесточивания энергоблока, когда прекращается электроснабжение, в частности, приводящих электродвигателей ГЦН, также связана с остановкой ГЦНА. В этом случае имеется возможность при остановке каждого из ГЦНА энергоблока закрыть (естественно, только после окончания выбега) запорную арматуру 12 на трубопроводе слива организованных протечек, поскольку эта арматура подключена к источнику надежного электропитания. При этом автономный контур каждого ГЦНА работает так же, как и в режиме стоянки в горячем резерве без подачи запирающей воды из системы байпасной очистки (что возможно, как показывают испытания, в течение не менее 72 часов). В общем случае, длительность такого режима ограничена только началом кипения воды промежуточного контура, находящейся (помимо холодильника 6 и доохладителя 10) также в коллекторе и расширительном баке этого контура. Указанный коллектор объединяет трубопроводы, отводящие воду промежуточного контура из холодильника 6 и доохладителя 10 каждого ГЦНА энергоблока. Он расположен над указанными теплообменниками и соединен с расширительным баком большого (по сравнению с холодильником 6 и доохладителем 10) объема, который постоянно заполнен холодной водой при атмосферном давлении (эти элементы промежуточного контура на чертеже также не показаны).The situation of a complete blackout of the power unit, when the power supply, in particular, the driving electric motors of the MCP stops, is also associated with the shutdown of the MCP. In this case, it is possible to shut off the valves 12 at the drainage line of the organized leaks when stopping each of the MCC of the power unit (of course, only after the run-out), since this valve is connected to a reliable power source. At the same time, the autonomous circuit of each MCPA operates in the same way as in the standby mode in the hot reserve without supplying locking water from the bypass cleaning system (which is possible, as the tests show, for at least 72 hours). In general, the duration of this mode is limited only by the beginning of the boiling water of the intermediate circuit, which is (in addition to the refrigerator 6 and aftercooler 10) also in the collector and the expansion tank of this circuit. The specified collector combines pipelines that divert the water of the intermediate circuit from the refrigerator 6 and the aftercooler 10 of each MCPA of the power unit. It is located above the heat exchangers and connected to the expansion tank of a large (compared to the refrigerator 6 and after-cooler 10) volume, which is constantly filled with cold water at atmospheric pressure (these elements of the intermediate circuit are also not shown in the drawing).

Claims

1. A power unit with a light-water coolant of nuclear power plants, including several main circulation pump units (GTsNA), each of which contains 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 pumped by water, a locking water system for the pump shaft seal assembly located above said bearing, the refrigerator being the first of two of these systems and the second cooler of them, cooled by the water of the intermediate circuit of the power unit, are made in the form of a surface recuperative heat exchanger, as well as a bypass device connecting both of these systems and in their normal state preventing the water from being drained from the first system to the second, characterized in that the water supply in the system of locking water for normal operating conditions of the power unit is made of the pressure part of the first circuit of the power unit, while the bypass device is made with the possibility of it from Only when a differential pressure occurs on it, exceeding the differential pressure on the closed bypass device of the stopped MCPA after it has finished running out during normal operation of all the other MCPPs of the power unit, the cooler of the cooling and lubrication system of the lower radial bearing is made and installed above the latter as with the possibility of occurrence in this system stable water circulation due to natural convection with a flow rate sufficient to remove heat from the area of this bearing when the shaft is stationary at the stop of a central water heater, and with the possibility of the required cooling of the water entering this refrigerator when taking water from the cooling system and lubricating the lower radial bearing through a bypass device to the locking water system of the operating water pump, and the shutoff valves on the drainage line for organized leaks from the locking water system are made with the possibility of closing only at the stopped MCPA after the end of the run-out of the latter, and in the absence of the supply of chilled water from the pressure part of the primary circuit to the locking system dy.

2. The power unit according to claim 1, characterized in that the extraction of water into the blocking water system is made from the pressure pipe of the first circuit of the power unit after the refrigerator of the bypass water treatment system of the first circuit.

3. The power unit according to claim 1, characterized in that the bypass device is installed between the water outlet of the cooling system and the lubrication of the lower radial bearing from the heat exchanger tubes of the refrigerator and the inlet of the locking water into the heat exchanger tubes of the aftercooler.

4. The power unit according to claim 1 or 3, characterized in that the bypass device is made in the form of a pipeline equipped with a normally closed non-return valve with a calibrated spring, the force of which is aimed at closing this valve.