Конструкции питательных насосов

Центробежные насосы, применяемые на ТЭС, по назначению, характеру работы, роду перекачиваемой жидкости и параметрам образуют группу энергетических насосов.

Конструкции энергетических насосов отличаются большим разнообразием. Это центробежные насосы низкого, среднего и высокого давления; одноступенчатые насосы с односторонним и двусторонним всасыванием, одно- и многоступенчатые насосы для чистой воды и радиоактивной среды, насосы для жидкометаллического теплоносителя и др.

Однако в зависимости от назначения им присущ ряд общих признаков, согласно которым энергетические насосы разделяются на питательные, конденсатные, сетевые и др.

Рассмотрим конструктивные особенности питательных энергетических насосов.

Питательные насосы в составе насосного агрегата предназначены для подачи химически очищенной питательной воды в котел. По выполняемым функциям в тепловой схеме современной электростанции они относятся к основному энергетическому оборудованию.

Конструкция питательных насосов во многом определяется параметрами пара и схемой их включения в систему. Температура питательной воды 105-165 °C, поэтому питательные насосы называют «горячими» в отличие от «холодных» насосов общего назначения, и этот фактор обязательно должен учитываться при проектировании. Питательные насосы, как правило, в систему включаются параллельно, поэтому в них должны применяться специальные проточные части, обеспечивающие надежную работу в данных условиях.

Основные требования, предъявляемые к конструкции питательных насосов:

• высокая надежность и экономичность;
• обеспечение свободных температурных расширений элементов статора и ротора без нарушения их взаимной центровки и центровки насоса с приводом;
• внешняя герметичность и отсутствие внутренних перетоков в местах стыков деталей ротора и статора;
• длительный ресурс работы (15000-30000 часов в зависимости от типа насоса);
• защита от обратного тока питательной воды из общего напорного трубопровода и при малых подачах от недопустимого перегрева воды до температуры, близкой к парообразованию (наличие обратного клапана и линии рециркуляции);
• динамическая устойчивость во всем диапазоне рабочих режимов;
• стабильная непрерывно падающая форма напорной характеристики в интервале подач от 20-30% Qном до Qном с крутизной не менее 25% для обеспечения устойчивой работы насосов при параллельном включении;
• удобство сборки, разборки, обслуживания и высокая ремонтопригодность насосов в условиях эксплуатации.

В качестве привода питательных насосов применяется электро- и турбопривод.

В отечественной и зарубежной энергетике турбопривод получил преобладающее применение для мощных питательных насосов (N>8 тыс. кВт), дающий целый ряд преимуществ при эксплуатации. Такие насосы применяются главным образом в энергоблоках мощностью 300 МВт и выше.

В энергоблоках до 200 МВт преобладающее распространение получили питательные насосы с электроприводом.

Параметры питательных электронасосов регламентированы ГОСТ 22337-77. В зависимости от параметров, они имеют однотипную и в значительной степени унифицированную конструкцию.

Питательные насосы предназначены для подаи воды в барабанные и прямоточные стационарные паровые котлы с давлением пара 3,9 (40), 9,8 (100), 13,7 (140) и 25 МПа (255 кгс/см2). Давление пара оказывает существенное влияние на конструктивную схему питательного насоса.

В отечественном насосостроении при давлении до 14,7 МПа (150 кгс/см2) применяется однокорпусное (секционное) исполнение, а свыше – двухкорпусное исполнение насосов. Исключением является насос ПЭ 250-180, выполненный в однокорпусном исполнении.

Для паровых котлов с давлением пара 3,9 МПа преобладающее распространение получили электронасосы типов ПЭ 65-45, ПЭ 65-53, ПЭ 100-53, ПЭ 150-53, ПЭ 150-63.

Для паровых котлов с давлением пара 9,8 и 13,7 МПа – насосы ПЭ 150-145, ПЭ 270-150 и ПЭ 250-180.

Для паровых котлов с давлением пара 13,7 МПа – насосы ПЭ 380-185/200,
ПЭ 500-180, ПЭ 580-185/200, ПЭ 720-185, ПЭ 780-185-210 и ПЭ 900-185.

Рассмотрим однокорпусное (секционное) исполнение на примере питательного насоса ПЭ 100-53, а двухкорпусное исполнение – на примере питательного насоса ПЭ 500-180.

• • 1. Питательный насос ПЭ 100-53 относится к серии однотипных насосов, предназначенных для подачи питательной воды в стационарные паровые котлы с давлением пара 3,9 МПа (40 кгс/см2).

Рисунок 1

Питательный насос (рисунок 1) – центробежный, горизонтальный, многоступенчатый, однокорпусный секционного типа.

Базовыми деталями насоса являются: входная и напорная крышки. Между ними располагается набор унифицированных секций. В состав одной секции входят направляющий аппарат, выполняющий функции подвода жидкости и отвода ее от рабочего колеса, и корпус секции. В местах уплотнений рабочих колес в секциях и направляющих аппаратах установлены сменные уплотняющие кольца.

Пакет секций вместе с крышками, корпусом гидропяты центрируются между собой на цилиндрических проточках и стягиваются шпильками, образуя корпус насоса. Герметичность стыков обеспечивается «металлическим» контактом уплотняющих поясков секций, крышек, корпуса гидропяты и установкой уплотнительных резиновых колец.

Входной и напорный патрубки выполнены соответственно во входной и напорной крышках и направлены вертикально вверх. Исполнение патрубков – фланцевое.

Опорные поверхности лап крышек всасывания и нагнетания расположены в горизонтальной плоскости, проходящей через ось насоса (для уменьшения изгибающих усилий и расцентровки агрегата при нагреве насоса). Для обеспечения теплового расширения корпуса вдоль оси насоса в нижней части крышек предусмотрены специальные шпонки.

К корпусу гидропяты и входной крышке крепятся корпуса концевых уплотнений с кронштейнами для присоединения корпусов подшипников.

Ротор насоса состоит из вала, комплекта рабочих колес, защитных рубашек, разгрузочного диска, маслоотражателей и крепежных деталей. Все рабочие колеса, кроме первой ступени имеют одинаковую проточную часть. Рабочие колеса на валу фиксируют от проворота при помощи шпонок. Разгрузочный диск через защитную рубашку фиксируется на валу в осевом направлении гайкой круглой. Между торцом втулки диска и рабочим колесом последней ступени предусмотрен тепловой зазор.

Ротор насоса в собранном виде балансируют динамически.

Осевое усилие ротора воспринимается автоматически действующим уравновешивающим устройством – разгрузочным диском (гидропятой).

Для контроля износа разгрузочного диска к корпусу заднего подшипника крепится визуальный указатель осевого сдвига.

Концевые уплотнения насоса сальникового типа. В корпуса уплотнений установлены втулки, образующие полости для протока охлаждающей воды с целью обеспечения температурного режима в сальниковой камере.

Возможен вариант установки торцовых уплотнений.

Опорами ротора насоса служат подшипники скольжения с кольцевой (картерной) смазкой с помощью смазочных колец.

Для поддержания температуры вкладышей в заданном интервале к подшипниковым опорам насоса подводится охлаждающая вода.

Контроль температуры вкладышей подшипников скольжения производится при помощи термопреобразователей сопротивления.

Центровка ротора насоса в статоре обеспечивается перемещением корпусов подшипников с помощью регулировочных винтов, после чего корпуса подшипников штифтуются.

Насос опирается на стойки общей фундаментной плиты четырьмя лапами, расположенными в горизонтальной плоскости.

Корпус насоса закрыт защитно-декоративным кожухом, под которым на месте эксплуатации насоса, укладывается теплоизоляция.

В качестве привода применяется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Насос и двигатель соединяются между собой при помощи упругой втулочно-пальцевой муфты. Муфта закрывается ограждением.

Условное обозначение насоса означает: ПЭ – питательный электронасос;
100 – подача в м3/ч; 53 – давление нагнетания в кгс/см2.

• • 2. Питательный насос ПЭ 500-180 предназначен для подачи питательной воды в стационарные паровые котлы с давлением пара 13,7 МПа (140 кгс/см2).

Рисунок 2

Насос питательный (рисунок 2) – центробежный, горизонтальный, двухкорпусной с внутренним корпусом секционного типа.

Базовой деталью насоса является кованный наружный корпус, представляющий собой цилиндр с приварными опорными лапами, входным и напорным патрубками.

Патрубки, входной и напорный, направлены вертикально вверх, соединение с трубопроводами: входного – фланцевое, напорного – под приварку.

Для обеспечения направленного теплового расширения насоса опорные поверхности лап корпуса наружного располагаются в горизонтальной плоскости, проходящей через ось насоса. Фиксированное положение оси насоса, обеспечивающее отсутствие расцентровки при тепловом расширении корпуса, выполняется за счет поперечных шпонок, установленных в передней паре лап и продольных шпонок, расположенных в нижней части корпуса. Уплотнительные стыки наружного корпуса имеют эрозионно-стойкую наплавку. Для контроля разности температур в верхней и нижней частях наружного корпуса предусмотрены места для установки датчиков – термопреобразователей сопротивления.

С торцов наружный корпус закрыт крышками входной и нагнетания. В сварно-литой входной крышке расположен узел переднего концевого уплотнения, также к ней крепится подшипниковый кронштейн. В крышке нагнетания расположен узел гидравлической разгрузки осевого усилия, также к ней крепится узел заднего концевого уплотнения и подшипниковый кронштейн. 

Внутренний корпус насоса представляет собой отдельную сборочную единицу и состоит из комплекта секций, соединенных между собой шпильками и ротора. В секциях установлены направляющие аппараты, которые от проворачивания фиксируются специальными винтами. В местах уплотнений рабочих колес в секциях и направляющих аппаратах установлены сменные уплотняющие кольца. Уплотнение стыков секций осуществляться за счет металлического контакта. Для дополнительной гарантии уплотнения в стыках, предусмотрена установка колец из термостойкой резины.

Стыки высокого давления между наружным и внутренним корпусами, наружным корпусом и крышкой напорной уплотняются зубчатой и плоской металлическими прокладками.

От третьей ступени насоса предусмотрен отбор воды для технологических нужд потребителя с подачей до 10% от номинальной подачи с давлением 5,4 МПа (55 кгс/см2) в номинальном режиме.

Ротор насоса представляет собой отдельную сборочную единицу и состоит из вала, комплекта рабочих колес, разгрузочного диска, деталей уплотнения и крепежа. Все рабочие колеса, кроме первой ступени имеют одинаковую проточную часть. Рабочие колеса на валу фиксируют от проворота при помощи шпонок. Разгрузочный диск фиксируется на валу в осевом направлении гайкой. Между торцом разгрузочного диска и рабочим колесом последней ступени предусмотрен тепловой зазор.

Ротор насоса в собранном виде балансируют динамически.

Осевое усилие ротора воспринимается автоматически действующим уравновешивающим устройством – разгрузочным диском (гидропятой).

Концевые уплотнения насоса торцового типа. С целью обеспечения температурного режима в камеру торцового уплотнения подводят охлаждающий конденсат от постороннего источника.

Опорами ротора насоса служат подшипники скольжения с баббитовыми вкладышами и принудительной смазкой. Принудительная смазка и охлаждение подшипников насоса, электродвигателя и зубчатой муфты обеспечивается применением маслоустановки. В состав маслоустановки входят: масляный бак, маслоохладитель с двойным масляным фильтром, два маслонасоса, арматура регулирующая и запорная. Трубопроводы маслоустановки изготавливаются при монтаже агрегата.

Для ограничения осевых перемещений ротора в сторону напорной крышки на заднем подшипнике установлен упор ротора с визуальным указателем осевого сдвига.

Контроль температуры вкладышей подшипников скольжения и торцовых уплотнений производится при помощи термопреобразователей сопротивления.

Центровка ротора насоса в статоре обеспечивается перемещением корпусов подшипников с помощью регулировочных винтов, после чего корпуса подшипников штифтуются.

Насос устанавливается на индивидуальной фундаментной раме.

В пределах насоса предусмотрена система вспомогательных трубопроводов.

Корпус насоса закрыт защитно-декоративным кожухом, под которым на месте эксплуатации насоса, укладывается теплоизоляция.

В качестве привода насосов применяется асинхронный электродвигатель.

Насос и электродвигатель соединяются между собой при помощи зубчатой муфты. Возможно применение упругой пластинчатой муфты с целью повышение надежности и долговечности насосного агрегата, а также снижения шума и вибраций.

Условное обозначение насоса означает: ПЭ – питательный электронасос;
500 – подача в м3/ч; 180 – давление нагнетания в кгс/см2.

Двухкорпусная конструкция по сравнению с однокорпусной имеет следующие преимущества:

• лучшая ремонтопригодность (разборка насоса без отсоединения трубопроводов, что позволяет быстро заменять внутренний корпус с ротором резервным);
• лучшая герметичность (только один наружный стык высокого давления);
• лучшие шумовые характеристики.

Основные преимущества однокорпусных секционных насосов:

• возможность пуска из холодного состояния без предварительного прогрева;
• меньший по сравнению с двухкорпусными насосами расход металла на изготовление насоса, а следовательно, и меньшая его стоимость.

Список литературы:

• 1. Малюшенко В. В., Михайлов А. К. Энергетические насосы. Справочное пособие.
  2. Михайлов А. К., Малюшенко В. В. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления.
  3. Малюшенко В. В. Динамические насосы. Атлас.