10.1. Назначение, состав и краткое описание оборудования тпн

Турбопитательный насосный агрегат (ТПН) предназначен для подачи питательной воды необходимого давления в парогенераторы ЯЭУ с ВВЭР-1000.

В систему питательной воды ЯЭУ с ВВЭР-1000 входят два турбопитательных насосных агрегата (см. рис. 8.1), каждый из которых в своем составе имеет следующие элементы [45, 91, 107, 108]:

• бустерный (предвключенный) насос (БН);

• главный питательный насос (ПН);

• редуктор (Р);

• турбопривод (ТП) бустерного и питательного насосов (паровая многоступенчатая турбина);

• систему автоматического регулирования и защиты турбопитательного насосного агрегата (САРиЗ ТПН);

• конденсационную установку ТПН (КТПН.

Место турбопитательного насосного агрегата в составе функциональной схемы системы питательной воды ЯЭУ с ВВЭР-1000 показано на рис. 8.1.

Конструктивная схема блока ТПН изображена на рис. 10.1. Кратко рассмотрим назначение и основные характеристики оборудования ТПН.

Бустерный (предвключенный) насос предназначен для подачи питательной воды из деаэрационной установки на вход главного питательного насоса (ПН) с давлением, обеспечивающим безкавитационную работу ПН.

В качестве бустерного используется центробежный, горизонтальный, одноступенчатый насос типа ПТА-3800-20 с рабочим колесом двухстороннего входа. Смазка подшипников насоса производится от системы смазки главной турбины.

Основные технические параметры БН [45, 91, 101]:

• подача насоса – 3800 м³/ч;

• напор – 17 кгс/см²;

• номинальная частота вращения – 1800 об/мин;

• допустимый кавитационный запас – не менее 1,6 кгс/см²;

• давление воды на входе в насос – 7,7 кгс/см²;

• давление воды на выходе из насоса – 24,7 кгс/см²;

• предельно допустимое давление воды на выходе из БН – 34,2 кгс/см²;

• мощность насоса – 1826 кВт;

• температура питательной воды – 165 ^оС;

• КПД насоса – 87 %.

Привод БН осуществляется специальной паровой турбиной через понижающий зубчатый редуктор.

Характеристики БН насоса изображены на рис. 10.2. поле его работы на рис. 10.3.

Редуктор Р-2 служит для передачи крутящего момента от приводной турбины к БН с понижением частоты вращения.

Основные технические параметры редуктора [45]:

• номинальная передаваемая мощность – 2360 кВт;

• передаточное отношение – 1,95;

• вид зацепления – зубчатое шевронное;

• смазка подшипников и зацепления – от системы смазки главной турбины.

Рис. 10.1. Конструктивная схема блока ТПН: 1 – бустерный насос;

2 – зубчатая соединительная муфта ТП-ПН; 3 – редуктор;

4 – приводная паровая турбина (ТП); 5 – главный питательный насос;

6 – фундамент; 7 – насосы системы регулирования турбины; 8 – блок

регулирования турбины; 9 – регулирующий клапан с сервомотором

Рис. 10.2. Характеристики бустерного насоса: Н – напор, м.вод.ст.; N – мощность, МВт; η – КПД, %; Δh – допустимый кавитационный запас, м; Q – подача, м³/с (м³/ч)

Рис. 10.3. Поле работы бустерного насоса: Р – давление воды

на выходе из насоса, кгс/см²; Q – подача, м³/с (м³/ч)

Питательный насос (ПН) предназначен для подачи питательной воды в парогенераторы. Для этой цели используется центробежный, горизонтальный, трехступенчатый, двухкорпусной насос типа ПТ-3750-75. Часть питательной воды из напорной линии насоса турбоустановки К-1000-60/3000 используется как рабочее тело для гидротурбинного привода насоса откачки конденсата из КС СПП (см. рис. 2.5).

Основные технические параметры ПН [45]:

• подача насоса – 3750 м³/ч;

• давление воды на входе в насос – 27,0 кгс/см²;

• напор насоса – 80,8 кгс/см²;

• давление воды на выходе из насоса – 100,0 кгс/см²;

• максимальное давление воды на входе в насос – 37,0 кгс/см²;

• максимальное давление воды на выходе из насоса – 155,0 кгс/см²;

• номинальная частота вращения – 3500 об/мин;

• температура перекачиваемой воды – 165 ^оС;

• мощность насоса – 9130 кВт;

• КПД насоса – 82 %;

• расход воды через линию рециркуляции – 600 м³/ч.

Смазка подшипников ПН осуществляется от системы смазки главной турбины.

Подробное описание конструкции бустерного и главного питательного насосов приводится в учебном пособии [91].

Характеристики ПН представлены на рис. 10.4, поле работы насоса – на рис. 10.5 [91].

Рис. 10.4. Характеристики главного питательного насоса: Н – напор, м.вод.ст.;

N – мощность, МВт; η – КПД, %; Q – подача, м³/с (м³/ч)

Рис. 10.5. Поле работы главного питательного насоса:

Р – давление воды на выходе из насоса, кгс/см²; Q – подача насоса, м³/ч

Защиты бустерного, питательного насосов и редукторов [45]:

• по снижению давления масла на смазку редуктора менее 1,3 кгс/см²;

• понижению давления питательной воды на напоре ПН менее 36 кгс/см². Защита автоматически вводится после повышения давления питательной воды на напоре ПН более 63,0 кгс/см² и автоматически выводится при закрытом СК ТП;

• повышению давления питательной воды на напоре ПН более 120 кгс/см² с выдержкой времени 2,0 с;

• снижению давления питательной воды на входе в ПН менее 12 кгс/см² с выдержкой времени 2,0 с. Защита автоматически вводится после повышения давления питательной воды на входе в ПН более 14,0 кгс/см² и автоматически выводится при закрытом положении СК ТП;

• повышению давления питательной воды в камере разгрузочного барабана более 14,0 кгс/см² с выдержкой времени 2 с.

Все указанные защиты действуют при срабатывании 2-х каналов из 3-х.

Внутренние полости бустерных и питательных насосов уплотняются для исключения попадания питательной воды в корпуса подшипников насосов и далее в масляную систему, а также выхода питательной воды в помещение машзала.

Схема системы водяного уплотнения насосов (обвязка насосов) изображена на рис. 10.6.

Уплотняющая вода может подаваться из напорной линии КЭН-2 (основной вариант) или из напорной линии насоса подпитки деаэратора ХОВ (при неработоспособности системы ОК).

В состав системы водяного уплотнения входят (см. рис. 10.6):

• два фильтра грубой очистки уплотняющей воды (ФГО);

• регулирующий клапан RL21(22)S02;

• четыре фильтра тонкой очистки (ФТО);

• гидрозатвор для слива уплотняющей воды в ГК;

• трубопроводы, арматура, КИП, автоматика.

Уплотняющая вода от КЭН-2 (или системы ХОВ) подается на рабочий фильтр грубой очистки, затем через общий регулятор давления (RL21(22)S02) на каждый из насосов через индивидуальные фильтры тонкой очистки и далее  в напорные камеры концевых уплотнений насосов. Слив уплотняющей воды из камер насосов производится в ГК через гидрозатвор в коллектор дренажей НД или в дренажный приямок, из первой камеры ПН – на всас БН (см. рис. 10.6). На рис. 10.6 показано также движение питательной воды в пределах ТПН.

Турбоприводом (ТП) бустерного и главного питательного насосов служит паровая турбина типа ОК-12А производства Калужского турбинного завода (КТЗ). Турбина  конденсационная, активного типа, одноцилиндровая, многоступенчатая. Парораспределение  дроссельное при впуске пара через два параллельно работающих регулирующих клапана, которые перемещаются с помощью одного сервомотора, входящего в состав системы автоматического регулирования и защиты турбины. Валы насосов, редуктора и турбины соединяются между собой зубчатыми муфтами, смазка которых производится от системы смазки турбины и насосов. На фланцах выхлопной части корпуса турбины установлены две предохранительные диафрагмы, которые предназначены для сброса пара в атмосферу при повышении давления в паровом пространстве конденсатора ТПН более 0,2 кгс/см².

Турбина предназначена и рассчитана для работы с переменной частотой вращения при переменных параметрах пара, подаваемого к турбине. Продольный разрез турбины ОК-12А, установленной в составе ПТУ с главной турбиной К-1000-60/1500-1,2, 2М представлен на рис. 10.7.

Турбина ОК-12А, изображенная на рис. 10.7, имеет десять ступеней давления. В составе ПТУ с турбинами К-1000-60/3000 используются турбоприводы БН и ПН марки (ОК-12А – I (II)) с восьмью ступенями давления. Это обусловлено различной величиной давления пара за ЦВД главной турбины и перед СК этих турбоприводов, принятой заводом изготовителем турбины (ЛМЗ).

Основные параметры турбоприводов БН и ПН даны в табл. 10.1 [45].

Таблица 10.1

Наименование и размерность параметра	Численное значение параметра
	ОК-12А в составе ТА К-1000-60/1500	ОК-12А-I (II) в составе ТА К-1000-60/3000
1	2	3
1. Мощность, кВт. 2. Номинальная частота вращения, об/мин. 3. Номинальное давление пара перед СК, кгс/см2 4. Номинальное значение температуры пара перед СК, оС. 5. Давление в конденсаторе турбопривода при номинальной мощности, номиналь- ной (расчетной) температуре и расходе охлаждающей воды, кгс/см2. 6. Расход пара через СК при номинальной мощности и номинальных параметрах пара, т/ч.	11600 3500 8,9 248 0,060 69,5	10400 3400 5,15 250 0,063 70,6

Рис. 10.6. Схема системы водяного уплотнения бустерного и питательного насосов

Рис. 10.7. Турбина ОК-12А

Турбина ОК-12А оборудована автоматической системой концевых уплотнений вала, которая предотвращает попадание воздуха в конденсатор ТПН через заднее уплотнение (срыв вакуума в нем) и выход пара из внутренней полости турбины в машзал через переднее уплотнение.

Схема системы концевых уплотнений ТП представлена на рис. 10.8. Система обеспечивает подачу пара в камеры уплотнения (1) через регулятор уплотнения (РУ) или помимо него. РУ служит для поддержания постоянного давления в системе концевых уплотнений. Внутренние камеры (1), прилегающие к проточной части турбины, соединены между собой паропроводом, к которому присоединен и РУ (см. рис. 10.8).

В камеру (1) переднего уплотнения вала пар от Д-7ата (или от РОУ 14/6) подается только при пониженной нагрузке ТП. При работе с нормальной нагрузкой в эту камеру пар просачивается из внутренней полости турбины через лабиринтовое уплотнение. Часть этого пара отводится в камеру (1) заднего уплотнения или сбрасывается в конденсатор. В камеры (2), где эжекторами системы уплотнения (ЭУ) поддерживается давление ниже атмосферного ( 0,95 кгс/см² (абс)), просачивается пар из камер (1) и воздух из машзала. Паровоздушная смесь из этих камер отсасывается ЭУ. В случае работы ТПН по безнасосной схеме слива конденсата из конденсатора ТПН в ГК (самотеком, за счет разности давлений и возвышения ТП над ГК) паровоздушная смесь отводится в коллектор отсоса уплотнений главной турбины.

При снижении давления пара в системе концевых уплотнений ТП регулятор уплотнений автоматически подводит в нее дополнительно количество пара с давлением 6 кгс/см², при повышении давления автоматически отводит избыток пара в конденсатор.

Рис. 10.8. Схема системы концевых уплотнений

турбопривода БН и ПН:  - подача пара на уплотнение;

   - отсос паровоздушной смеси

В случае необходимости турбина может работать и без регулятора уплотнений, для чего предусмотрены обводные линии с вентилями для подвода пара в систему уплотнений и отвода его помимо регулятора.

Передний и задний подшипники скольжения служат опорами ротора турбины. Передний (опорно-упорный) подшипник фиксирует положение ротора в осевом направлении (упорная часть) и воспринимает осевую нагрузку. Опорные подшипники воспринимают радиальную нагрузку (массу ротора) и центруют ротор по отношению к статору в радиальном направлении. Упорные колодки имеют балансирное соединение, что приводит к равномерному распределению осевого усилия от ротора в упорном подшипнике на все колодки и обеспечивает его надежную работу.

На трубопроводах слива масла из подшипников ТП и насосов установлены смотровые окна (СО) для визуального контроля циркуляции масла и его количества, поступающего на подшипники.

Система маслоснабжения ТПН предназначена для обеспечения смазки и отвода тепла из подшипников ТП, насосов, муфт и ВПУ, подшипников и зацепления редуктора, а также для обеспечения работы автоматической системы регулирования и защиты турбопривода.

Система маслоснабжения ТПН  циркуляционная. Масло подается от системы смазки главной турбины. Она включает в себя: три фильтра и два маслоохладителя (МО) на линии смазки зубчатой передачи редуктора, трубопроводы, арматуру и средства измерений. В эту систему включены также два масляных насоса системы автоматического регулирования ТП.

Функциональная схема системы маслоснабжения ТПН представлена на рис. 10.9 [91].

Рис. 10.9. Функциональная схема системы маслоснабжения ТПН:

 - напорный масляный трубопровод;    - слив масла

Масло из системы смазки главной турбины поступает: к подшипникам ТП, БН, редуктора, ВПУ, ПН, на соединительные муфты, на всас насоса-регулятора (импеллера) и на вход масляных насосов автоматической системы регулирования и защиты ТПН. Слив отработавшего масла направляется непосредственно в главный масляный бак (ГМБ).

Для централизованного удаления масляных паров из масляной системы используется эксгаустер (вытяжной вентилятор), после которого пары фильтруются, а воздух направляется в атмосферу (линия удаления паров масла на рис. 10.9 не показана).

В системах маслоснабжения турбоустановок К-1000-60/1500 используется масло Т_п – 22, а турбоустановок К-1000-60/3000 – огнестойкое масло теплотехнического института (ОМТИ). Характеристики и свойства масла рассмотрены в учебнике [71].

Температура масла, подаваемого на зубчатое зацепление редуктора  37 ^оС, на другие потребители системы смазки ТПН – 40…45 ^оС. Для охлаждения масла, подаваемого на зацепление редуктора, перед редуктором установлены маслоохладители (МО): один – рабочий, второй – резервный. Резервный МО включается в работу при повышении температуры охлаждающей воды, поступающей в МО, выше 28 ^оС. Максимальная расчетная температура масла на сливе – не более 65 ^оС.

Давление масла на смазку подшипников зацепления  1,5…1,7 кгс/см², на смазку заднего подшипника ТП – 1,5 кгс/см², на остальные потребители 1,8…2,0 кгс/см². Необходимое давление регулируется установкой на напорной линии дроссельных шайб соответствующего диаметра. При потере электропитания масляных насосов системы смазки главной турбины в течение 3-х мин безаварийный выбег (после срабатывания АЗ) ТПН обеспечивается подачей масла из аварийного бака ТПН, расположенного на отметке 15,0 м.

На рис. 10.10 изображена схема системы подвода пара к турбоприводу ПН и БН [91].

Пар на ТП подается от паровой магистрали за СПП или из коллектора собственных нужд (КСН), когда КСН получает пар от БРУ-СН. Подвод пара от КСН запрещен, если он питается от третьего отбора главной турбины.

Толчок ТПН осуществляется паром из КСН. При увеличении нагрузки ГТ и достижении давления пара за СПП до 6,5 кгс/см², автоматически открывается задвижка RB50S02 на паропроводе от СПП, закрывается задвижка и регулирующий клапан RQ50S03 на паропроводе от КСН. Далее пар поступает к ГПЗ ТП RQ51S01, стопорному и регулирующим клапанам (см. рис. 10.10).

ТПН имеет валопроводное устройство (ВПУ), которое установлено в передней части турбопривода. ВПУ предназначено для вращения роторов ТПН во время пуска-останова в целях обеспечения равномерного прогрева и остывания ТП, БН и ПН.

Рис. 10.10. Схема системы подвода пара к турбопроводу БН и ПН

В исходном положении, перед пуском ТПН, шестерня ВПУ расцеплена с валом ТП. При вводе в работу ВПУ его ЭД включается «вперед», что приводит к вводу в зацепление шестерни ВПУ с валом ТП, после чего ротор ТП начинает вращаться. После превышения оборотов ротора ТП над оборотами шестерни ВПУ (при развороте ТП), шестерня выводится из зацепления с валом ТП. При этом включается ЭД ВПУ в работу «назад» (вывод из зацепления). После того как контакт ВПУ замкнется, ЭД ВПУ отключится. При снижении давления масла на смазку ВПУ менее 0,6 кгс/см², ВПУ отключается.