UA126030C2

UA126030C2 - Насосний агрегат

Info

Publication number: UA126030C2
Application number: UAA201911384A
Authority: UA
Inventors: Зоран Вуїч Др.; Штайнер Франк; Перес-Саладо Кампс Альваро; Фелікс Сассен Др.; Белз Пол; Костов Еміль
Original assignee: Вестінгхаус Електрік Джермані Гмбх
Priority date: 2018-11-24
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2022-08-03
Also published as: WO2020104050A1; DE102018009260A1; EP3884165A1

Abstract

Винахід стосується насосного агрегату (50) для перекачування забрудненої рідини за допомогою насоса, який приводиться у дію гідравлічним приводом, причому гідравлічний привод приводиться у дію робочою рідиною гідравлічного привода, причому насос і гідравлічний привод мають механічне з'єднання. Крім того, вал насоса і вал гідравлічного привода встановлені на підшипниках ковзання (62, 64, 66, 100, 102). Робоча рідина гідравлічного привода служить мастильним середовищем для підшипників ковзання (62, 64, 66). При цьому робоча рідина гідравлічного привода подається на підшипники ковзання (62, 64, 66, 100, 102) через принаймні один канал для подачі мастильного середовища (78, 80), і після протікання через підшипники ковзання (62, 64, 66, 100, 102) відводиться з насосного агрегату.

Description

Винахід стосується насосного агрегату для перекачування забрудненої рідини за допомогою насоса, який приводиться у дію гідравлічним приводом, причому гідравлічний привод приводиться у дію робочою рідиною гідравлічного привода, причому насос і гідравлічний привод мають механічне з'єднання.

Насосні агрегати для перекачування забруднених рідин - це надзвичайно специфічні пристрої, які повинні відповідати різноманітним особливим проєктним умовам. Наприклад, такі пристрої використовуються навіть за умов підвищеного тиску і температур. Враховується також тип забруднення рідини. Переважно мова йде про радіоактивно забруднені рідини або рідини, забруднені хімічними речовинами, наприклад токсичними, корозійними або кислотними речовинами.

Тому важливим сценарієм застосування насосного агрегату для перекачування забруднених рідин є перекачування рідин, забруднених радіоактивними речовинами, особливо води.

Загальновідомо, що у реакторних установках застосовується безліч запобіжних заходів для забезпечення захисту довкілля від потенційного шкідливого впливу у випадку аварії. Аварія може супроводжуватися стрімким зростанням температури всередині ядерного реактора у разі відмови передбачених систем охолодження ядерного реактора. У таких випадках вироблена реактором теплова енергія, наприклад потужність залишкового тепловиділення, не відводиться у достатній кількості, що може призвести до перегрівання ядерного реактора.

Щоб забезпечити максимальний рівень безпеки на випадок нештатних ситуацій, ядерний реактор накривають герметичною захисною оболонкою, так званим контейнментом, який у випадку аварії запобігає потенційному витоку з активної зони реактора радіоактивних речовин у навколишнє середовище. Іншими словами, захисна оболонка виконує стримуючу функцію.

Усередині захисної оболонки переважно розміщується бак-приямок ядерного реактора, у якому у випадку аварії збирається забруднена радіоактивними речовинами охолоджувальна вода, що може витікати з пошкодженої системи охолодження, яка при потребі охолоджується і нагнітається назад у систему охолодження, ядерний реактор або інші системи. Існують також концепції захисту, відповідно до яких ядерний реактор розташовується безпосередньо у баку- приямку, який у випадку аварії заповнюється охолоджувальною водою задля забезпечення максимального охолодження. У такому випадку в ньому також збирається та охолоджується

Зо забруднена радіоактивними речовинами охолоджувальна вода.

У випадку аварії теплова енергія, яка виробляється ядерним реактором або іншим джерелом тепла в межах захисної оболонки або бака-приямка ядерного реактора у вигляді нагрітого охолоджуваного середовища, повинна бути відведена за межі захисної оболонки.

Якщо цього не забезпечити, утворення великої кількості водяної пари призведе до надмірного тиску всередині захисної оболонки, який при досягненні критичного рівня повинен бути відведений у зовнішнє середовище, щоб запобігти відмові або руйнуванню захисної оболонки.

Для забезпечення достатнього охолодження застосовуються відповідні системи охолодження, які зазвичай складаються із теплообмінника, який забезпечує утримання радіоактивно забруднених речовин у межах захисної оболонки та запобігає їх потраплянню у навколишнє середовище. У циркуляційній петлі першого контуру до першого контуру теплообмінника надходить нагріте охолоджуване середовище, у випадку аварії, зазвичай, вода, забруднена радіоактивними речовинами. До другого контуру теплообмінника надходить теплоносій, який відводить тепло від нагрітого охолоджуваного середовища і, таким чином, охолоджує його. При цьому теплоносій безпосередньо не контактує з нагрітим середовищем, що запобігає забрудненню теплоносія радіоактивними речовинами. Відведену від охолоджуваного середовища теплову енергію незабруднений радіоактивними речовинами теплоносій передає у розташований за межами захисної оболонки теплоприймач.

Залежно від характеру аварії, такі системи охолодження повинні бути достатньо потужними і здатними навіть впродовж тривалого періоду (наприклад двох місяців або більше) відводити велику кількість тепла від охолоджуваного середовища у баку-приямку за межі захисної оболонки. Відповідно до рівня техніки, теплову енергію, яку отримують із охолоджуваного середовища, перетворюють за допомогою електроприводних насосів у електроенергію. Це призводить до збільшення теплопередачі в теплообміннику і, таким чином, до збільшення охолоджувального ефекту. У такому випадку електроприводи насосів розташовуються усередині захисної оболонки.

Недоліком цього рівня техніки є те, що безпосередньо під час аварії не забезпечується через переважаючі у такому випадку умови, такі як підвищена температура і атмосфера з забрудненою радіоактивними речовинами водяною парою, надійність роботи активних приводних пристроїв, таких як двигуни, які розташовані всередині захисної оболонки. Це йде врозріз вимогам забезпечення максимального рівня безпеки та надійності роботи системи охолодження захисної оболонки, зокрема під час аварії.

У патентному документі ОЕ 10 2011 107470 А1 описується система охолодження ядерного реактора, яка включає у себе корпус ядерного реактора і дві захисні гермооболонки - первинну сталеву, яка безпосередньо охоплює зону розміщення ядерного реактора, і зовнішню бетонну, яка розташовується на тій самій геодезичній висоті, що й первинна, і служить для збору охолоджувальної води, яка надходить зі з'єднаної з корпусом ядерного реактора системи охолодження першого контуру. У випадку аварії система охолодження ядерного реактора заповнює первинну захисну гермооболонку охолоджувальною водою.

Відповідно до заявки на патент Німеччини, система охолодження захисної оболонки включає теплообмінник і насос. Останній приводиться у дію турбіною. У такому випадку насос не потребує електропривода.

Виходячи з цього рівня техніки, метою винаходу є створення насосного агрегату для перекачування забрудненої рідини за допомогою насоса, який приводиться у дію гідравлічним приводом. Такий насосний агрегат повинен забезпечувати тривалу безперебійну експлуатацію, запобігаючи забрудненню робочої рідини гідравлічного привода.

Ця мета досягається за рахунок насосного агрегату для перекачування забрудненої рідини за допомогою насоса, який приводиться у дію гідравлічним приводом, який, у свою чергу, може приводитися у дію робочою рідиною гідравлічного привода, причому насос і гідравлічний привод механічно з'єднані. Насосний агрегат відрізняється тим, що вал насоса і вал гідравлічного привода встановлені на підшипниках ковзання; що середовищем для змащування підшипників ковзання служить робоча рідина гідравлічного привода; що для подачі робочої рідини гідравлічного привода на підшипники ковзання використовується щонайменше один канал для подачі мастильного середовища; що після протікання через підшипники ковзання робоча рідина гідравлічного привода відводиться з насосного агрегату.

Насос для перекачування забрудненої рідини приводиться у дію гідравлічним приводом. Як гідравлічний привод може використовуватися, наприклад, приводна турбіна, приводний насос або гідравлічний двигун. У такому разі немає потреби у використанні допоміжного електричного двигуна, оскільки, з однієї сторони, під час експлуатації насосного агрегату можуть траплятися

Зо перебої в електромережі, а з іншої сторони, електродвигуни є відносно ненадійними та чутливими до перешкод. Крім того, немає необхідності використовувати як привод такого насоса двигун внутрішнього згоряння. Останній також не призначений для насоса відповідно до умов використання винаходу. Основна ідея винаходу полягає у використанні у такому насосному агрегаті рухливих або обертових деталей, встановлених на підшипниках ковзання, замість звичайних підшипників з елементами кочення, таких як, наприклад, кульки в кулькопідшипниках. Крім того, підшипники ковзання значно більш стійкі до механічних впливів, таких як дрібні частинки, які можуть потрапити у підшипник ковзання. Підшипники ковзання зазвичай змащуються мастилом, що зменшує тертя рухомої поверхні підшипника ковзання об нерухому поверхню підшипника ковзання. При цьому винахід передбачає використання як мастила або мастильного середовища робочої рідини гідравлічного привода. Щоправда у такому випадку робота насосного агрегату залежить від живильного середовища, яке не лише приводить у рух або дію гідравлічний привод насосного агрегату, але й служить мастильним середовищем для підшипників насосного агрегату. Такий принцип роботи виключає ще одну можливу причину несправностей насосного агрегату і робить його більш надійним і придатним для тривалої експлуатації. У даному контексті під характеристикою "надійний" слід розуміти здатність насосного агрегату протягом тривалу часу працювати без збоїв, тобто його справний робочий або функціональний стан. Під характеристикою "тривала експлуатація" слід розуміти період часу безперервної експлуатації, який становить щонайменше два місяці, або, у деяких випадках, навіть довше, наприклад шість або дванадцять місяців. Крім того, насосний агрегат передбачає не лише подачу робочої рідини гідравлічного привода на підшипники ковзання як мастильного середовища, але й також її відведення з насосного агрегату після проходження через підшипники ковзання. Це означає, що через підшипник ковзання проходить стійкий, порівняно незначний потік робочої рідини гідравлічного привода, що поглинає тепло, яке утворюється у підшипнику ковзання внаслідок тертя, у результаті чого останній охолоджується.

Після проходження через систему підшипників ковзання, яка складається принаймні з двох підшипників ковзання, нагріта робоча рідина гідравлічного привода відводиться із насосного агрегату, забезпечуючи ефективне охолодження насосного агрегату в цілому. Зрештою, насосний агрегат може поглинати тепло через власний корпус залежно від умов навколишнього середовища. За допомогою описаного вище механізму, а саме за рахунок протікання робочої бо рідини гідравлічного привода в системі підшипників насосного агрегату або у внутрішній частині його корпусу і подальшого відведення нагрітої робочої рідини гідравлічного привода, поглинуте тепло відводиться у зону за межами насосного агрегату. У такий спосіб забезпечується ефективне охолодження задля надійної і тривалої експлуатації.

Крім того, тиск подачі робочої рідини до гідравлічного привода в будь-якому випадку перевищує тиск забрудненої рідини, що перекачується. Таким чином, за рахунок співвідношення тисків між робочою рідиною гідравлічного привода і забрудненою рідиною, яка перекачується, забезпечується рух робочої рідини всередині корпусу насосного агрегату або корпусу підшипника насосного агрегату тільки в напрямку забрудненої рідини. Гідравлічний градієнт між робочою рідиною гідравлічного привода і забрудненою рідиною унеможливлює зворотний потік забрудненої рідини в напрямку робочої рідини гідравлічного привода під час роботи насосного агрегату. Такий принцип запобігає забрудненню робочої рідини гідравлічного привода забрудненою рідиною. Крім того, у потрібному місці, наприклад у корпусі насосного агрегату, може бути передбачений додатковий клапан зворотного потоку, зворотний клапан або подібний пристрій для перешкоджання зворотному потоку забрудненої рідини у стані спокою насосного агрегату. Крім того, форма виконання конструкції робочого колеса насоса полягає у тому, що тиск робочого середовища, яке подається на гідравлічний привод, у будь-якому випадку перевищує кінцевий тиск насоса. Інше практичне рішення забезпечити вищезгадані умови тиску також полягає в узгодженні конструктивного виконання робочого колеса гідравлічного привода з формою виконання робочого колеса насоса, щоб тиск на випускній стороні насоса в жодному разі не перевищував тиск робочого середовища.

Кращий спосіб виконання насосного агрегату відрізняється тим, що у насоса і гідравлічного привода є спільний обертовий вал. За рахунок цього конструктивне виконання спрощується.

Насосний агрегат має більш компактну конструкцію, а також має менше деталей, які можуть вийти з ладу під час роботи насосного агрегату. Таким чином, перевагою є зменшення кількості можливих причин несправностей. Це також сприяє безвідмовній, тривалій експлуатації насосного агрегату.

Інший варіант виконання насосного агрегату передбачає розміщення обертового вала в корпусі підшипника. Спільний корпус підшипника, у якому розміщується спільний обертовий вал, також спрощує конструкцію насосного агрегату і забезпечує ще більш компактну конструкцію. За

Зо рахунок такого виконання зменшується, наприклад, кількість необхідних ущільнень на валах. Це технічне рішення також сприяє тривалій експлуатації.

Інший варіант виконання насосного агрегату передбачає вертикальне розміщення осі обертання вала з точки зору геодезії. У такому випадку всмоктувальний патрубок насоса може бути розміщений у максимально низькому положенні з точки зору геодезії. Таке виконання забезпечує перевагу лише при розміщенні насосного агрегату, наприклад, у насосному відстійнику або зумпфі, яке забезпечує найбільш сприятливі умови подачі рідини, що перекачується, на сторону всмоктування насоса. Насоси, які щонайменше частково занурені в рідину, яка перекачується, у подальшому називаються заглибними насосами.

Інша перевага насосного агрегату полягає у консольному кріпленні робочого колеса насоса та/або приводного колеса гідравлічного привода, тобто у встановленні робочого і приводного коліс на кінці вала, зокрема на кінцях спільного обертового вала. Таким чином, існує практичне рішення передбачити для насоса і гідравлічного привода спільну опору зі спільним обертовим валом. У результаті можлива дуже компактна і, водночас, особливо надійна конструкція з мінімальною кількістю конструктивних елементів.

При цьому канал для подачі мастильного середовища на підшипник насосного агрегату передбачений у вигляді вирізу або отвору в корпусі підшипника. Таким чином, канал для подачі мастила інтегрований у корпус підшипника. Це також додатково спрощує конструкцію і забезпечує її компактність.

Інший варіант виконання насосного агрегату полягає у розміщенні першого кінця каналу для подачі мастильного середовища у точці в корпусі підшипника, яка закрита корпусом гідравлічного привода. За таким варіантом робоча рідина гідравлічного привода безпосередньо з напірної сторони гідравлічного привода, в умовах тиску, який приблизно дорівнює тиску робочої рідини, нагнітається в зону підшипників ковзання, змащуючи їх, таким чином, робоча рідина гідравлічного привода служить мастильним середовищем для підшипників ковзання. У такий спосіб реалізується винятково просте і безперебійне живлення підшипників ковзання мастильним середовищем. Така форма виконання також сприяє надійній, тривалій експлуатації.

Вигідною альтернативою відведенню робочої рідини гідравлічного привода з насосного агрегату або корпусу підшипника є розміщення між корпусом підшипника і обертовим валом ущільнення або системи ущільнень, яка перешкоджає проникненню забрудненої рідини у корпус бо підшипника. У такий спосіб забруднена рідина не зможе через простір між корпусом підшипника і обертовим валом потрапити всередину корпусу підшипника, навіть у випадку зупинки насосного агрегату, або якщо насосний агрегат знаходиться у неробочому стані або в перехідному режимі під час запуску або вимкнення.

Інший варіант виконання ущільнення насосного агрегату передбачає використання як ущільнення підпружиненого механічного торцевого ущільнення, яке залишається у закритому положенні під дією сил натягнення пружини механічного торцевого ущільнення, коли гідравлічний привод не працює, і злегка відкривається проти зусилля натягнення пружини під час роботи гідравлічного привода; незначна частина потоку робочої рідини гідравлічного привода витікає із внутрішньої частини корпусу підшипника і, проходячи через зазор між контактним ущільнюючим кільцем і опорним кільцем механічного торцевого ущільнення, потрапляє у внутрішню частину корпусу насоса під час роботи гідравлічного привода. У такий спосіб надійно виключається проникнення забрудненої рідини у внутрішній простір корпусу підшипника насосного агрегату, коли останній знаходиться у неробочому стані. Крім того, потрапляння забрудненої рідини у внутрішній простір корпусу підшипника виключається також під час роботи насосного агрегату при витіканні незначної частини потоку робочої рідини гідравлічного привода через згаданий вище зазор. У той же час під час роботи насосного агрегату зменшується механічне навантаження на механічне торцеве ущільнення, оскільки контактне ущільнююче кільце і опорне кільце механічного торцевого ущільнення змащуються робочою рідиною гідравлічного привода, що захищає їх від зносу. Це збільшує термін служби механічного торцевого ущільнення і, отже, всього насосного агрегату.

Інший варіант виконання ущільнення насосного агрегату передбачає використання як ущільнення підпружиненого механічного торцевого ущільнення, яке під дією сил натягнення пружини постійно залишається закритим, незалежно від того, працює гідравлічний привод чи ні; незначна частина потоку робочої рідини гідравлічного привода витікає із внутрішньої частини корпусу підшипника і, проходячи через радіальні отвори в обертовому валу (і обертових конструктивних елементах) або через осьовий отвір в обертовому валу, сполучений з радіальним отвором, потрапляє у внутрішню частину корпусу гідравлічного привода на стороні низького тиску під час роботи гідравлічного привода. Постійно закрите під дією сил натягнення пружини механічне торцеве ущільнення надійно запобігає потраплянню забрудненої рідини у

Зо внутрішній простір корпусу підшипника насосного агрегату, незалежно від того, працює насосний агрегат чи ні. У той же час під час роботи насосного агрегату зменшується сила, що діє на механічне ущільнення, за рахунок чого також зменшується механічне навантаження на механічне торцеве ущільнення. Це збільшує термін служби механічного торцевого ущільнення і, отже, всього насосного агрегату. У разі використання насосного агрегату, зокрема, на атомній електростанції, за рахунок цього також виключається потрапляння у корпус насоса (а отже, і в захисну оболонку) охолоджувального середовища, що може витікати з корпусу гідравлічного привода насосного агрегату.

Кращий варіант виконання насосного агрегату відрізняється тим, що об'ємна витрата робочої рідини гідравлічного привода, яка витікає з корпусу гідравлічного привода і через канали для подачі мастильного середовища потрапляє у корпус підшипника насосного агрегату, розрахована для визначеного режиму роботи таким чином, що за рахунок такої об'ємної витрати забезпечується поглинання тепла, яке утворюється внаслідок тертя у підшипниках ковзання та/або надходить у насосний агрегат ззовні, і його відведення через зазор у корпус насоса або через отвори в обертовому валу в корпус гідравлічного привода. У разі розрахунку об'ємної витрати робочої рідини гідравлічного привода у зазначений вище спосіб і відповідного виконання конструктивних елементів, тобто, наприклад, з урахуванням ширини зазору або діаметра отворів у обертовому валу, умов тиску робочої рідини гідравлічного привода і забрудненої рідини, що перекачується, необхідного тиску та мастильного середовища тощо, насосний агрегат має надійну конструкцію і здатний безвідмовно працювати протягом тривалого часу.

Інший варіант виконання насосного агрегату передбачає використання ущільнення, виготовленого з іншого матеріалу, яке протягом тривалого часу експлуатації, щонайменше двох місяців, або ж протягом принаймні шести або дванадцяти місяців здатне безвідмовно працювати в умовах радіоактивно забрудненої рідини з визначеним радіоактивним забрудненням, або протягом аналогічного періоду часу здатне безвідмовно працювати в умовах лужного або кислотного середовища з визначеним навантаженням. Важливою особливістю насосного агрегату є наявність міцної, надійної конструкції, яка забезпечує експлуатацію протягом тривалого часу, незважаючи на те, що забруднена рідина, що перекачується, часто висуває високі вимоги до матеріалів, зокрема, до матеріалу ущільнення. Враховуючи бо вищезазначене, рекомендується використовувати ущільнення з такого матеріалу, який здатний забезпечити не лише надійну роботу ущільнення відповідно до забрудненої рідини, що перекачується, але й герметичність у технічному плані. До таких матеріалів належать, наприклад, пластмаси, стійки до дії кислот і лугів, а також еластомери або полімери, стійкі до навантажень.

Інші доцільні, вигідні варіанти виконання винаходу описані у залежних пунктах формули винаходу.

Винахід, інші форми виконання й інші переваги більш детально описані за допомогою зображених на кресленнях прикладів здійснення винаходу.

Насосний агрегат за винаходом проілюстрований прикладом виконання, наданим нижче, та наступними зображеннями, де:

Фіг. 1 - Зображена принципова схема типової системи охолодження захисної оболонки, і

Філ 2 - Зображений типовий насосний агрегат, який використовується у системі охолодження захисної оболонки.

На фіг. 1 зображена принципова схема типової першої системи охолодження захисної оболонки (10) відповідно до рівня техніки як приклад застосування насосного агрегату відповідно до умов використання винаходу. Захисна оболонка (12), у даному випадку бетонний або сталевий контейнмент для ядерного реактора, закриває атмосферну зону (14) і бак-приямок ядерного реактора (18). Бак-приямок ядерного реактора (18) заповнюється охолоджуваним середовищем (16), у даному випадку водою, рівень якої зображений лінією на малюнку.

Охолоджуване середовище нагрівається теплоджерелом (40), у даному випадку частково розташованим у баку-приямку (18) ядерним реактором, який у випадку аварії передає охолоджуваному середовищу (16) потужність залишкового тепловиділення. Типові показники тиску і температури охолоджуваного середовища знаходяться, наприклад, у діапазоні від 1 до 4 бар або від 50 до 110 "С.

Охолоджуване середовище (16) по циркуляційній петлі першого контуру надходить до першого контуру (22) розташованого над баком-приямком (18) теплообмінника першого контуру (20). Під дзеркалом поверхні охолоджуваного середовища (16) бака-приямка (18) розташовується заглибний циркуляційний насос першого контуру (38), який нагнітає охолоджуване середовище по трубопроводу (26) на перший контур (22) теплообмінника

Зо першого контуру (20). У першому контурі теплообмінника охолоджуване середовище віддає теплову енергію і відводиться по трубопроводу (28) у вигляді охолодженого середовища.

Трубопровід (28) може з'єднуватися безпосередньо з баком-приямком, однак на кресленні показано, що трубопровід (28) закінчується у атмосферній зоні (14), а середовище (16) розпилюється за допомогою спринклерної системи і в розпиленому вигляді збирається у баку- приямку (18).

На другий контур (24) теплообмінника першого контуру (20) надходить теплоносій, який після прийому теплової енергії за допомогою циркуляційного насоса другого контуру (34) через трубопровід (30) відводиться за межі захисної оболонки (12). Циркуляційний насос другого контуру (34) нагнітає теплоносій по трубопроводу (30) і таким чином приводить у дію розташовану у ньому турбіну (36). Циркуляційний насос першого контуру (38) з'єднаний з турбіною (36), яка приводить його у дію. У даному випадку циркуляційний насос першого контуру (38) і турбіна (36) з'єднані механічним чином за допомогою спільного приводного вала.

Таким чином циркуляція охолоджуваного середовища у циркуляційній петлі першого контуру забезпечується опосередковано за рахунок розташованого за межами захисної оболонки (12) привода або іншого приводного пристрою циркуляційного насоса другого контуру (34). Таким чином значною перевагою є відсутність необхідності у використанні всередині захисної оболонки (12) робочого привода для циркуляційного насоса першого контуру (38), такого як двигун внутрішнього згоряння або електродвигун.

Після проходження через другий контур (24) теплообмінника першого контуру (20) нагрітий теплоносій відводиться через трубопровід (32) за межі захисної оболонки (12), а теплова енергія передається у відповідний теплоприймач.

При цьому зображена на малюнку перша система охолодження захисної оболонки (10) служить лише прикладом використання насосного агрегату у області техніки, яка у випадку відповідної аварії на атомній електростанції може містити забруднену рідину, а саме, переважно воду, яка може містити радіоактивні частинки або складові. Однак відповідний приклад також можна з легкістю привести щодо хімічної установки, у якій у геодезично найнижчій точці накопичуються хімічні рідини, які відповідно забруднюють цю область. Для експлуатації насосного агрегату немає жодного значення, чи є рідина, що перекачується, забрудненою чи ні. У будь-якому випадку насосний агрегат призначений для перекачування забрудненої рідини, що аж ніяк не виключає перекачування звичайної, тобто незабрудненої рідини.

На фіг. 2 показаний типовий насосний агрегат (50), що має вал (52), який обертається навколо осі обертання (54). На цьому вигляді вище зображено приводне колесо (56), закріплене на верхньому кінці вала. В вибраному прикладі як приводне колесо (56) використовується лопатеве робоче колесо, а для з'єднання приводного колеса (56) з верхнім кінцем вала використовується різьбове з'єднання. Винахідницька ідея також передбачає як гідравлічного приводу використання гідравлічної турбіни з турбінним колесом, або насоса іншого типу з робочим колесом або крильчаткою. Крім того, для з'єднання приводного колеса (56) з валом (52) можна без проблем використати, наприклад, шпунтове або шліцьове з'єднання, а також з'єднання з геометричним замиканням. На цьому вигляді нижче зображено робоче колесо насоса (58), закріплене на нижньому кінці вала. Як насос на показаному прикладі здійснення винаходу зображений лопатевий насос, що означає, що робоче колесо насоса (58) є робочим колесом лопатевого насоса. Як приводне колесо (56), так і робоче колесо насоса (58) встановлені на одному з кінців вала, тобто мають консольне кріплення.

Вал (52) розташований у корпусі підшипника (60), причому опора виконана у вигляді системи підшипників ковзання, яка передає осьові та радіальні зусилля від підшипників вала (52) на корпус підшипника (60). Корпус підшипника (60) має елементи кріплення, за допомогою яких він може бути з'єднаний, прикріплений або встановлений на землі/підлозі або на нерухомому конструктивному елементі на місці встановлення насосного агрегату. На малюнку цього не продемонстровано. При цьому система підшипників ковзання має втулку підшипників ковзання (62), яка має вигляд відрізка труби, причому її внутрішній діаметр відповідає зовнішньому діаметру вала (62). Крім того, втулка підшипників ковзання (62) з'єднана з валом (52) таким чином, що під час роботи насосного агрегату (50) обидва конструктивні елементи обертаються разом. Крім того, система підшипників ковзання включає перше контактне ущільнююче кільце (64) і друге контактне ущільнююче кільце (66), кожне з яких з'єднане з корпусом підшипника (60). Відповідно, контактні ущільнюючі кільця (64, 66) залишаються нерухомими у місці їх встановлення у корпусі підшипника (60) навіть під час обертання вала (52). Крім того, система підшипників ковзання включає третє контактне ущільнююче кільце (100)

Зо і четверте контактне ущільнююче кільце (102), обидва з яких з'єднані з валом (62) таким чином, що під час роботи насосного агрегату (50) вони обертаються разом з валом. Тривалість експлуатації насосного агрегату (50) може бути знижена у разі використання вала (52) більшого діаметра, ніж необхідно відповідно до обумовлених конструкцією мінімальних значень розрахункового діаметра вала. Тривалість експлуатації насосного агрегату (50) може бути

Збільшена у разі використання системи підшипників ковзання більшого розміру, ніж передбачений для системи підшипників ковзання мінімальний розмір.

На стороні корпусу підшипника (60), зверненої до приводного колеса (56), розташований перший бурт (68) корпусу підшипника (60). Перший бурт (68) служить точкою з'єднання для картера привода, який не показаний на малюнку. Однак картер привода може бути з'єднаний з першим буртом (68) і, відповідно, з корпусом підшипника (60) за допомогою двох гвинтів (70), які показані на малюнку. При встановленому картері привода приводне колесо (56) повністю закрите внутрішньою частиною картера привода. На самому картері привода у відповідних місцях розташовані два отвори для впуску і зливу робочого середовища, наприклад води, мастила або інших рідин. Однак при застосуванні на ядерному об'єкті за прикладом, показаним на малюнку, як робоча рідина гідравлічного привода, як правило, використовується вода.

Корпус підшипника (60) також має перший отвір (72) і другий отвір (74). У кожен з отворів (72, 74) на відповідних сторонах, звернених до зовнішнього середовища, вставлені різьбові заглушки (76). Останні можуть бути тимчасово зняті, наприклад, з метою вентиляції. В інших випадках вони служать для герметичного закриття отворів (72, 74). Отвори (72, 74) мають на кожній із сторін, протилежній до їхніх різьбових заглушок (76), по одному додатковому отвору, які ведуть у внутрішню частину корпуса підшипника (60). При цьому кожен додатковий отвір розташований між першим (64) і другим (66) контактними ущільнюючими кільцями. Крім того, перший отвір (72) сполучений з першим кінцем першого каналу для подачі мастильного середовища (78), причому другий кінець першого каналу для подачі мастильного середовища (78) закінчується на корпусі підшипника (60) у точці, зверненій до внутрішньої частини картера привода таким чином, що внутрішня частина картера привода гідравлічно сполучена з додатковим отвором. Відповідним чином виконаний другий канал для подачі мастильного середовища (80) аналогічним чином сполучає другий отвір (74) із внутрішньою частиною картера привода. На показаному прикладі канали для подачі мастильного середовища (78, 80) бо виконані у вигляді отворів у корпусі підшипника (60). Крім того, на малюнку зображений (с;

сполучний канал (82), який на показаному прикладі здійснення винаходу також виконаний у корпусі підшипника (60) у вигляді отвору, який гідравлічно сполучає перший отвір (72) із внутрішньою частиною корпусу підшипника (60), зверненою до робочого колеса насоса (58).

Крім того, на зверненій до робочого колеса насоса (58) стороні корпусу підшипника (60) розташований другий бурт (84) корпусу підшипника (60), причому другий бурт (84) служить для розміщення і фланцевого з'єднання корпусу насоса, який повністю закриває робоче колесо насоса (58). З'єднання між корпусом насоса і другим буртом (84) позначено з'єднувальними гвинтами (86). Корпус насоса не показаний на кресленні, однак має впускний отвір на стороні всмоктування і випускний отвір на стороні нагнітання для впуску і зливу рідини, що перекачується. Основна область застосування насосного агрегату (50) - перекачування забрудненої рідини. При цьому під терміном "забруднена рідина" слід розуміти рідину, забруднену радіоактивними речовинами, яка може утворитися, наприклад, під час серйозної аварії на атомній електростанції. Під терміном "забруднена рідина" слід також розуміти рідину, забруднену хімічними речовинами, такими як кислоти або луги, іншими шкідливими активними речовинами або отруйними сполуками. При виборі матеріалів, які будуть використовуватися у насосному агрегаті, необхідно, зокрема, врахувати вид забруднення. Це означає, що матеріали, які будуть використовуватися у насосному агрегаті, повинні бути здатні витримувати радіоактивне випромінювання встановленого рівня протягом визначеного часу, наприклад протягом двох або трьох місяців, або, у деяких випадках, протягом шести або дванадцяти місяців зі збереженням функціональності насосного агрегату. Те саме стосується хімічного забруднення матеріалів. Справна робота насосного агрегату протягом щонайменше двох місяців вважається безперебійною тривалою експлуатацією.

Важливою особливістю насосного агрегату (50) є запобігання потраплянню забрудненої рідини у робочу рідину гідравлічного привода. Під час експлуатації насосного агрегату (50) ця особливість досягається наступним чином. Через впускний отвір у картері привода у внутрішню частину картера подається робоча рідина гідравлічного привода, яка за рахунок руху приводить в обертальний рух приводне колесо (56). Разом з приводним колесом (56) обертається вал (52) і робоче колесо насоса (58). Одночасно з цим робоча рідина гідравлічного привода, перебуваючи під заданим приводним тиском, витікає із внутрішньої частини картера привода і

Зо через канали для подачі мастильного середовища (78, 80) потрапляє у отвори (72, 74). При цьому частина потоку робочої рідини гідравлічного привода через отвори (72, 74) потрапляє у область, утворену втулкою підшипників ковзання (62), контактними ущільнюючими кільцями (64, 66) і корпусом підшипника (60). При цьому робоча рідина гідравлічного привода, перебуваючи під заданим приводним тиском, втікає також в область поверхонь ковзання, яка знаходиться між контактними ущільнюючими кільцями (64, 6б) і втулкою підшипників ковзання (62), або в область, яка знаходиться між контактними ущільнюючими кільцями (64, 100) або (66, 102), утворюючи на підшипниках ковзання плівку мастильного середовища, яка не залежить від обертального руху вала (52). Таким чином значною перевагою є зменшення тертя або зносу внаслідок тертя у підшипниках ковзання незалежно від режиму експлуатації або обертального руху вала. Крім того, під час роботи насосного агрегату (50) в цілому забезпечується достатнє змащування поверхонь ковзання за рахунок постійного притоку робочої рідини гідравлічного привода, яка служить мастильним матеріалом для системи підшипників ковзання. Інша частина потоку робочої рідини гідравлічного привода потрапляє через сполучний канал (82) у звернену до робочого колеса насоса (58) внутрішню частину (88) корпусу підшипника (60). У цю внутрішню частину могла би потрапити забруднена рідина, яка всмоктується насосом за рахунок роботи робочого колеса (58), а потім контактує зі зверненою до робочого колеса насоса (58) стороною корпусу підшипника (60). Однак такому контакту запобігає додатковий потік робочої рідини гідравлічного привода. Додатковий потік перебуває під тим же тиском, що й основний потік робочої рідини гідравлічного привода, який, щоправда, перевищує тиск на стороні корпусу підшипника (60), зверненій до робочого колеса насоса (58). За рахунок цього забезпечується стійкий незначний потік робочої рідини гідравлічного привода зі сторони привода насосного агрегату (50) через корпус підшипника (60) на сторону нагнітання. Об'ємну витрату додаткового потоку можна регулювати за допомогою діаметра сполучного каналу (82) і тиску робочої рідини гідравлічного привода. Таким чином, під час роботи насосного агрегату виключається можливість зворотного потоку забрудненої рідини у напрямку сторони привода насосного агрегату. На показаному прикладі також передбачена така конструкція або форма виконання робочого колеса насоса (58), щоб під час роботи насосного агрегату тиск на стороні нагнітання насоса не міг перевищити тиск робочої рідини гідравлічного привода. Більше того, з міркувань безпеки та надійності роботи розрахований для робочого колеса насоса тиск нижчий бо за тиск робочої рідини гідравлічного привода на визначену різницю тисків.

Інший випадок застосування насосного агрегату (50) передбачає його використання як заглибного насосного агрегату. Може трапитися так, що насосний агрегат (50) буде знаходитися у забрудненій рідині, і при цьому перебуватиме у неробочому стані. У такому випадку також доцільно запобігти проникненню забрудненої рідини у внутрішню частину (88) корпусу підшипника (60), і, таким чином, можливому змішуванню забрудненої рідини з робочою рідиною гідравлічного привода. Щоб запобігти проникненню забрудненої рідини, відповідно до умов винаходу механічне торцеве ущільнення (90) повинно бути розташоване між нерухомим конструктивним елементом корпусу підшипника (60) і обертовим конструктивним елементом вала (52) або обертовим валом. Надійна герметизація простору між обертовими і нерухомими конструктивними елементами насосного агрегату (50) показана на фіг. 2 справа. Крім того, система контактних ущільнюючих кілець має декілька пружинних елементів, з яких складається пружина (92). При цьому пружина (92) розташована у пружинній кришці (94) і у тримачі контактних ущільнюючих кілець (96) таким чином, що під дією сил натягнення пружини (92) механічне торцеве ущільнення (90) притискається до вала (52) або конструктивного елемента, який обертається разом з валом. У такий спосіб механічне торцеве ущільнення (90) забезпечує покращений ефект ущільнення. У зображеному прикладі здійснення винаходу на малюнку справа показана ситуація, коли насосний агрегат (50) знаходиться у неробочому стані. У внутрішній частині (88) тиску немає, так що підпружинене механічне торцеве ущільнення (90) запобігає проникненню забрудненої рідини у внутрішню частину (88). Після запуску насосного агрегату (50) у внутрішній частині (88) утворюється тиск, який відповідає тиску робочої рідини гідравлічного привода. Оскільки тиск робочої рідини гідравлічного привода вищий за тиск забрудненої рідини і при цьому достатньо високий, щоб протидіяти силам натягнення пружин системи кілець ковзання, механічне торцеве ущільнення (90) рухається у напрямку стиснення пружини (92). У результаті поверхня ковзання механічного торцевого ущільнення (90) віддаляється від обертового конструктивного елемента, утворюючи зазор (98), показаний на зліва на малюнку. Таким чином, під час роботи насосного агрегату (50) робоча рідина гідравлічного привода з внутрішньої частини (88) потрапляє у забруднену рідину за рахунок рушійного гідравлічного градієнта. Перевагою такого принципу є виключення або принаймні зменшення механічного навантаження на механічне торцеве ущільнення (90) внаслідок тертя

Зо або зносу під час роботи насосного агрегату (50). У такий спосіб забезпечується змащування механічного торцевого ущільнення (90) принаймні у період запуску насосного агрегату (50) і на перехідному етапі від запуску насосного агрегату (50) до безперервної експлуатації. Зрештою, механічне торцеве ущільнення забезпечує ефект ущільнення лише тоді, коли насосний агрегат (50) знаходиться у неробочому стані, або на зазначеному вище перехідному етапі при запуску або завершенні роботи насосного агрегату. Крім того, ефект ущільнення покращується завдяки пружинному ефекту пружин. Під час роботи насосного агрегату (50) стійкий невеликий потік робочої рідини гідравлічного привода, який від внутрішньої частини (88) через зазор (98) потрапляє у забруднену рідину, забезпечує герметичність. Таким чином забезпечується робота насосного агрегату (50) в умовах підвищеного тиску, наприклад 5, 10, 20, 50 бар і вище, а також в умовах високих температур навколишнього середовища, наприклад, 50 "С, 90 С, 1207С і вище.

Список умовних позначень: 10 - система охолодження захисної оболонки; 12 - захисна оболонка; 14 - атмосферна зона; 16 - охолоджуване середовище; 18 - бак-приямок ядерного реактора; 20 - теплообмінник першого контуру; 22 - перший контур; 24 - другий контур; 26 - трубопровід; 28 - трубопровід;

ЗО - трубопровід; 32 - трубопровід; 34 - заглибний циркуляційний насос другого контуру; 36 - турбіна; 38 - заглибний циркуляційний насос першого контуру; 40 - теплоджерело; 50 - насосний агрегат; 60 52 - вал;

54 - вісь обертання; 56 - приводне колесо; 58 - робоче колесо насоса; 60 - корпус підшипника; 62 - втулка підшипників ковзання; 64 - перше контактне ущільнююче кільце; 66 - друге контактне ущільнююче кільце; 68 - перший бурт; 70 - гвинти; 72 - перший отвір; 74 - другий отвір 76 - різьбові заглушки; 78 - перший канал для подачі мастильного середовища; 80 - другий канал для подачі мастильного середовища; 82 - сполучний канал; 84 - другий бурт; 86 - з'єднувальні гвинти; 88 - внутрішня частина; 90 - механічне торцеве ущільнення; 92 - пружина; 94 - пружинна кришка; 96 - тримач кілець ковзання; 98 - зазор; 100 - третє контактне ущільнююче кільце; 102 - четверте контактне ущільнююче кільце.

Claims

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Насосний агрегат (50) для перекачування забрудненої рідини за допомогою насоса, який Зо приводиться у дію гідравлічним приводом, причому гідравлічний привод приводиться у дію робочою рідиною гідравлічного привода, причому насос і гідравлічний привод мають механічне з'єднання, причому вал насоса і вал гідравлічного привода встановлені на підшипниках ковзання (62, 64, 66, 100, 102), причому середовищем для змащування підшипників ковзання (62, 64, 66, 100, 102) служить робоча рідина гідравлічного привода, причому для подачі робочої рідини гідравлічного привода на підшипники ковзання (62, 64, 66, 100, 102) використовується щонайменше один канал для подачі мастильного середовища (78, 80), причому після протікання через підшипники ковзання (62, 64, 66, 100, 102) робоча рідина гідравлічного привода відводиться з насосного агрегату, який відрізняється тим, що частина потоку робочої рідини гідравлічного привода потрапляє через сполучний канал (82) у звернену до робочого колеса насоса (58) внутрішню частину (88) корпусу підшипника (60), при цьому між корпусом підшипника (60) і валом (52) розміщується ущільнення або система ущільнень, яка перешкоджає проникненню забрудненої рідини у корпус підшипника (60), причому під час роботи утворено зазор (98) між поверхнею ковзання механічного торцевого ущільнення (90) та валом (52), і завдяки стійкому потоку робочої рідини гідравлічного привода з внутрішньої частини (88) через зазор (98) у забруднену рідину забезпечується герметичність.

2. Насосний агрегат (50) за п. 1, який відрізняється тим, що як гідравлічний привод використовується приводна турбіна, приводний насос або гідравлічний двигун.

3. Насосний агрегат (50) за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що у насоса і гідравлічного привода є спільний вал (52).

4. Насосний агрегат (50) за п. 3, який відрізняється тим, що вал (52) розташований в корпусі підшипника (60).

5. Насосний агрегат (50) за п. З або 4, який відрізняється тим, що вісь обертання (54) вала (52) розміщена вертикально з точки зору геодезії.

6. Насосний агрегат (50) за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що робоче колесо насоса та/або приводне колесо гідравлічного привода мають консольне кріплення.

7. Насосний агрегат (50) за п. 4 або 5, який відрізняється тим, що канал для подачі мастильного середовища (78, 80) передбачений у вигляді вирізу або отвору в корпусі підшипника (60).

8. Насосний агрегат (50) за будь-яким з пп. 4-7, який відрізняється тим, що перший кінець каналу для подачі мастильного середовища (78, 80) розміщений у точці в корпусі підшипника (60), яка закрита картером привода.

9. Насосний агрегат (50) за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що механічне торцеве ущільнення (90) виготовлене з матеріалу, який є стійким до впливу радіоактивно забрудненої рідини, є стійким до лужного або кислотного середовища та є стійким до навантаження.

10. Насосний агрегат (50) за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що механічне торцеве ущільнення (90) підпружинене за допомогою пружини (92), розташованої між пружинною кришкою (94) та тримачем контактних ущільнюючих кілець (96), з можливістю утворення зазору (98) між механічним торцевим ущільненням (90) і валом (52) під впливом тиску з боку внутрішньої частини (88).

11. Насосний агрегат (50) за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що механічне торцеве ущільнення (90) підпружинене за допомогою пружини (92), розташованої між пружинною кришкою (94) та тримачем контактних ущільнюючих кілець (96) для постійного перекриття зазору між пружинною кришкою (94) та тримачем контактних ущільнюючих кілець (96). ра Ї20- Рея ; | -14 рое- -7 ! | 16 ФО п Ве У Нинининц ння ВІННІ ЗНО НН ш- 31 8 щИ КІТ Б (фі пиши 34 я п -- / ники Й Я а З дькулннни ШИНУ, 1 ге УпУуй НН / пн чи НН ЛИННИ НН НЯ п АННА не нов Бе винне М «й св 10

Фіг. 1