НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ Российский патент 2005 года по МПК F04D7/08 F04D29/60 F04D29/12 

Предлагаемое техническое решение относится к насосам необъемного вытеснения для жидкостей с вращательным движением рабочих органов, более конкретно к конструктивным узлам лопастных насосов, и может быть преимущественно использовано на атомных электростанциях (АЭС) в главных циркуляционных насосных агрегатах (ГЦНА) контура теплоносителя ядерной энергетической установки (ЯЭУ), проходящего через активную зону ядерного реактора.

ГЦНА типовой структурной схемы [1:С.8 (Рис.В.5)], применяемые на АЭС, включают лопастной насос с вертикальным валом и выносной приводной двигатель [как правило, электрический асинхронный с вертикальным ротором; при этом ротор электродвигателя и вал насоса, выполненные отдельно, соединяют муфтой). В числе типовых узлов насос содержит систему уплотнения вала насоса и следующие подшипниковые опоры этого вала: нижний радиальный (опорный) подшипник, а также размещенные в едином корпусе осевой (упорный) и верхний радиальный подшипники или блок радиально-осевого подшипника. Как отвечающий условиям эксплуатации на АЭС (перекачивание жидкости в контуре с высокими давлением и температурой) тип механического уплотнения вала насоса используют торцовое уплотнение. Герметизацию в таком уплотнении осуществляют сжатием торцовых поверхностей вращающегося вместе с валом и невращающегося колец, одно из которых выполняют аксиально подвижным [2: С.132 (Рис.5.11)].

Необходимым условием надежности ГЦНА является возможность обеспечения работы торцовых уплотнений и подшипниковых опор в широком диапазоне давления и температуры при всех штатных режимах эксплуатации, включая переходные. Обеспечивая требуемое для этого (номинальное) расположение элементов упомянутых узлов в процессе сборки насоса, желательно уменьшить количество операций, связанных с координированием и пригонкой элементов насоса.

Известен насосный агрегат ГЦН-317 для АЭС с реакторными установками типа ВВЭР-440 [Митенков Ф.М., Новинский Э.Г., Будов В.М. Главные циркуляционные насосы АЭС.- М.: Энергоатомиздат, 1990, с.191 (Рис.5.18); Насосы АЭС / Под общ. ред. П.Н.Пака. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.54 (Рис.3.14)], у которого выемная часть насоса включает блок торцовых уплотнений вала, нижний радиальный подшипник, установленный в корпусе блока уплотнений, и блок радиально-осевого подшипника, корпус которого опирается на корпус блока уплотнений. Каждая из четырех ступеней уплотнений состоит из роторной части с вращающимся элементом уплотнения и статорной части с аксиально подвижным невращающимся элементом, поджимаемым пружинами к роторному элементу. Корпуса последних установлены на валу насоса до упора в бурт вала и поджаты сверху гайкой, а корпуса статорных элементов установлены в корпусе блока уплотнений и поджаты фланцем. Блок радиально-осевого подшипника включает верхний радиальный подшипник и осевой подшипник, упорный гребень которого закреплен на валу насоса и взаимодействует (в зависимости от режима эксплуатации ГЦНА) с нижними или верхними колодками, установленными на рычажные выравнивающие системы (типа "Кингсбери").

Недостатком этого насосного агрегата является жесткое закрепление роторных элементов на валу насоса, что может привести после прекращения подачи запирающей воды в уплотнение и запитки его водой из контура при больших колебаниях давления и температуры к нарушению работы уплотнений при искривлении вала из-за разницы линейных тепловых расширений элементов уплотнений и вала. Ввиду того, что положение вала относительно корпуса определяется установкой упорного гребня в корпусе радиально-осевого подшипника при сборке выемной части, роторные элементы могут значительно смещаться относительно статорных элементов в осевом направлении, а это может привести к уменьшению величины поджатия статорных элементов к роторным и к раскрытию уплотнений или к пережатию пружин, поджимающих статорные элементы к роторным. Агрегатный монтаж/демонтаж блока уплотнений, у которого роторные элементы сажают непосредственно на вал насоса, может привести к задиру посадочных поверхностей вала и роторных элементов из-за возможного смещения роторных элементов друг относительно друга.

Из описания изобретения уплотнение вола при высоком давлении [US 4272084, МПК³ F 16 J 15/54, 15/56, 09.06.1981] известен насосный агрегат, содержащий корпус с направляющим аппаратом, рабочее колесо насоса, установленное на нижнем конце вала, вращающегося в нижнем подшипнике с водяной смазкой и связанного жесткой муфтой с вращающимся в радиальных (нижнем и верхнем) подшипниках и упорном подшипнике двойного действия валом двигателя, который установлен на опору, крепящуюся к насосу. На верхнем конце вала насоса установлен блок торцовых уплотнений, включающий неподвижный цилиндрический корпус, в котором размещены три ступени уплотнений, каждая из которых состоит из неповоротного уплотнительного кольца, поджимаемого пружинами к контактирующему с ним поворотному уплотнительному кольцу. Неповоротные уплотнительные кольца расположены в корпусе, удерживаемом во фланце разъемным упорным кольцом, поджимаемым через зажимное кольцо винтами. Поворотные элементы уплотнений собраны на втулках уплотнений. Причем верхний конец верхней втулки скреплен соединительным кольцом и стопорным кольцом с винтами с нижним концом втулки привода, которая, в свою очередь, своим верхним концом соединена с валом насоса гайкой на втулке и гайкой на валу, связанными винтами, и которая удерживается от проворота на валу насоса шпонкой. Верхний конец средней втулки скреплен с охватывающим его нижним концом верхней втулки двумя радиальными штифтами, проходящими внутри втулок через соответствующие отверстия. Верхний конец нижней втулки узла уплотнений таким же образом скреплен с нижним концом средней втулки. Поэтому все четыре втулки, помещенные на валу и застопоренные шпонкой, вращаются вместе с ним. Давление по внутреннему диаметру уплотняют резиновыми кольцами, установленными под каждой втулкой.

Недостатком этого насосного агрегата с тремя радиальными подшипниками для вала, два из которых размещены в двигателе, а один - в насосе над рабочим колесом, является возможность прогиба вала между подшипниками и смещения в вертикальном направлении (по оси) во время работы под действием нагрузки от давления и теплового расширения, а также неуравновешенных радиальных нагрузок, причем максимальное смещение (радиальный сдвиг) возникает вблизи положения элементов уплотнения. Для обеспечения работы блока уплотнений в этих условиях на нижнем конце каждой из втулок, располагаемых на валу, на фланце с кольцевым выступом устанавливают опорное кольцо, на которое опирается поворотное кольцо уплотнения своим также кольцевым выступом с осевыми штифтами, скрепляющими три детали, а также устанавливают уплотнительные круглые резиновые кольца, центрирующие и другие детали. Таким образом, конструкция элементов уплотнений сложна, требует высокой точности при изготовлении, а отсутствие четкой фиксации в осевом направлении положения поворотных и неповоротных колец относительно вала может привести к раскрытию уплотнений при больших осевых смещениях вала и при низких давлениях уплотняемой среды. Кроме того, затруднены монтаж блока уплотнений при сборке насосного агрегата и установка его в номинальное положение относительно вала насоса.

Известен насосный агрегат ГЦН-195М для АЭС с реакторными установками типа ВВЭР-1000 [Митенков Ф.М., Новинский Э.Г., Будов В.М. Главные циркуляционные насосы АЭС.- М.: Энергоатомиздат, 1990, с.187 (Рис. 5.16); Насосы АЭС / Под общ. ред. П.Н.Пака, - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.43 (Рис. 3.б)], у которого выемная часть насоса включает блок торцовых уплотнений, нижний радиальный подшипник, установленный в корпусе выемной части, и блок радиально-осевого подшипника, корпус которого опирается на корпус выемной части. Каждая из четырех ступеней торцовых уплотнений, размещенных внутри корпуса блока уплотнений, состоит из закрепленного на валу насоса роторного элемента и аксиально подвижного статорного элемента, уплотняемого резиновым кольцом и поджимаемого пружинами к роторному элементу. Корпуса статорных элементов установлены в расточке корпуса блока уплотнений и поджаты шпильками, ввернутыми в верхний фланец, перемещение которого сверху ограничено разрезным кольцом, установленным в кольцевую проточку в корпусе блока уплотнения. Блок радиально-осевого подшипника включает корпус, установленный на фланце корпуса выемной части, два радиальных подшипника и осевой подшипник, упорный гребень которого закреплен на валу насоса на конусах, а колодки установлены на рычажные выравнивающие системы (типа "Кингсбери") и собраны в верхнюю и нижнюю обоймы. Величину осевого люфта в осевом подшипнике и положение вала насоса относительно корпуса выемной части обеспечивают доработкой (по толщине) регулировочных колец, устанавливаемых с дальней от упорного гребня стороны каждой обоймы.

Недостатком этого насосного агрегата является сложность сборки выемной части насоса, обусловленная необходимостью выставки вала насоса в номинальное положение с обеспечением требуемого взаимного расположения статорных и роторных элементов блока уплотнений, для достижения которого требуются высокая точность при изготовлении, а также пригонка (доработка "по месту") регулировочных колец в осевом подшипнике, что связано с неоднократной переборкой блока радиально-осевого подшипника. Установка и раскрепление роторных элементов непосредственно на валу насоса может привести при монтаже-демонтаже блока уплотнений в сборе к задиру посадочных поверхностей вала и роторных элементов (из-за возможности их смещения при сборке). Замена отдельных элементов осевого подшипника и блока уплотнений во время эксплуатации этого ГЦНА на АЭС возможна только после демонтажа выемной части из корпуса насоса, так как иначе невозможно достигнуть первоначальной выставки вала насоса относительно корпуса выемной части.

Таким образом, желательно, в частности, упростить сборку и разборку выемной части насоса, увеличивая степень их агрегатности и уменьшая количество сборочных операций координирования, а также пригонки элементов выемной части (в первую очередь, за счет возможности монтажа и демонтажа блока уплотнений в сборе); упростить эксплуатацию ГЦНА на АЭС за счет возможности замены отдельных элементов осевого подшипника (в том числе, упорного гребня и колодок в составе обойм) и блока уплотнений без демонтажа выемной части из корпуса насоса; и, следовательно, увеличить надежность агрегатирования блока торцовых уплотнений.

При использовании предлагаемого изобретения могут проявиться, в частности, следующие технические результаты: 1) предотвращение задира посадочных поверхностей вала насоса и роторных элементов торцовых уплотнений при сборке выемной части насоса; 2) предотвращение осевого смещения сопряженных статорных и роторных элементов торцовых уплотнений при установке блока уплотнений в сборе в выемную часть насоса; 3) предотвращение осевого смещения вала насоса относительно корпуса блока торцовых уплотнений после снятия технологических элементов, фиксирующих вал насоса в блоке уплотнений во время сборки и разборки блока радиально-осевого подшипника (в частности, при установке-снятии упорного гребня, а также - корпуса блока радиально-осевого подшипника); 4) предотвращение искривления вала насоса из-за разницы тепловых линейных расширений вала и элементов торцовых уплотнений, а также осевого смещения роторных элементов относительно статорных элементов, вызывающих нарушение работы торцовых уплотнений, во время работы насосного агрегата.

Как решение соответствующей задачи, позволяющее достигнуть эффекта с указанными характеристиками, предлагается насосный агрегат, содержащий вертикальный лопастной насос, выемная часть которого включает блок радиально-осевого подшипника, опирающийся своим корпусом на корпус выемной части, с упорным гребнем осевого подшипника, установленным на расположенных на валу насоса конусах, и блок торцовых уплотнений вала насоса, содержащий в механизме вертикального поджатия корпусов статорных элементов уплотнений упорное кольцо, перемещение которого в корпусе блока уплотнений ограничено сверху, отличающийся тем, что роторные элементы торцовых уплотнений установлены на несущей втулке, размещенной на валу насоса с возможностью скрепления верхней части втулки с валом с помощью разъемного соединения, причем на внешней поверхности верхней части несущей втулки выполнены кольцевая проточка и по меньшей мере два продольных паза от проточки до верхнего торца этой втулки,

механизм вертикального поджатия роторных элементов к бурту в нижней части несущей втулки включает цилиндрическую проставку, охватывающую верхнюю часть несущей втулки и охватываемую в своей нижней части упорным кольцом,

несущая втулка охвачена фиксирующим кольцом, выполненным с радиальными выступами на внутренней поверхности (по числу продольных пазов в несущей втулке), предназначенными для введения через указанные пазы в кольцевую проточку на несущей втулке с возможностью поворота кольца вокруг вертикальной оси после перемещения радиальных выступов из продольных пазов в указанную проточку, и со сквозными резьбовыми отверстиями для технологических винтов, предназначенных для отжатия фиксирующего кольца до упора радиальных выступов в верхний торец кольцевой проточки при упоре нижних концов стержней указанных винтов в верхний торец цилиндрической проставки, причем с возможностью опоры фиксирующего кольца на верхний торец цилиндрической проставки при снятых технологических винтах,

под цилиндрической проставкой размещена регулировочная прокладка, выполняемая с припуском под обработку по толщине и устанавливаемая после ее доработки с возможностью создания вертикального зазора между фланцем цилиндрической проставки и упорным кольцом, по величине равного по существу толщине технологических планок, предназначенных для введения в указанный зазор с возможностью их зажима в этом зазоре посредством стягивания цилиндрической проставки и упорного кольца с помощью разъемного соединения, а также закрепления планок на корпусе блока уплотнений с помощью разъемного соединения,

блок торцовых уплотнений снабжен регулировочным кольцом, выполняемым с припуском под обработку по толщине и устанавливаемым после его доработки под корпус нижнего статорного элемента с возможностью выставки статорных элементов относительно бурта в нижней части несущей втулки, обеспечивающей номинальное расположение статорных элементов относительно роторных элементов, а

осевой подшипник снабжен компенсирующим кольцом, выполняемым с припуском под обработку по толщине и устанавливаемым после его доработки на валу насоса под нижним конусом с возможностью выставки упорного гребня и корпуса блока радиально-осевого подшипника относительно зафиксированной на валу насоса цилиндрической втулки, обеспечивающей плотное прилегание корпуса указанного подшипника к корпусу выемной части.

Разъемные соединения цилиндрической проставки и упорного кольца, а также технологических планок и корпуса блока уплотнений могут быть, в частном случае, выполнены в виде винтовых соединений с резьбовыми отверстиями соответственно в упорном кольце и в корпусе блока торцовых уплотнений.

Разъемное соединение несущей втулки с валом насоса может быть, в частном случае, выполнено посредством шпонок, устанавливаемых в полости, образованные окнами, выполненными в верхней части несущей втулки ниже ее кольцевой проточки по одному под каждым продольным пазом, а также прилегающими к этим окнам частями кольцевой проточки, выполненной на внешней поверхности вала насоса через окна, выполненные в цилиндрической проставке и сопрягаемые с окнами в несущей втулке. Для шпонок, выполненных в виде части кольца, в расточке верхней части цилиндрической проставки может быть размещена фиксирующая втулка, выполненная с прорезями в нижней части (по числу окон в несущей втулке) и радиальными выступами на внутренней поверхности над перемычками между прорезями с возможностью перекрытия указанными перемычками просветов окон в несущей втулке и введения радиальных выступов в продольные пазы несущей втулки, а также опоры фиксирующей втулки на фиксирующее кольцо и скрепления фиксирующих втулки и кольца с помощью разъемного соединения. При этом разъемное соединение указанных втулки и кольца может быть выполнено в виде винтового соединения, у которого резьбовые отверстия выполнены в фиксирующем кольце.

Если в этом частном случае в механизме вертикального поджатия роторных элементов к бурту в нижней части несущей втулки для создания поджимающего усилия предназначена гайка, наворачиваемая на резьбовой участок вала насоса, выполненный с возможностью взаимодействия фиксирующей втулки и указанной гайки, то в верхней части фиксирующей втулки может быть выполнена тонкостенная обечайка с возможностью ее завальцовки в пазы указанной гайки для ее стопорения.

Предлагаемое устройство (в частном выполнении) поясняется чертежами:

Фиг.1 - насосный агрегат (общий вид);

фиг.2 - блок торцовых уплотнений и радиально-осевой подшипник (вертикальный разрез, элемент А);

фиг.3 - блок торцовых уплотнений в сборе (вертикальный разрез, элемент Б),

фиг.4 - блок торцовых уплотнений в сборе (горизонтальный разрез В-В);

фиг.5 - блок торцовых уплотнений в сборе (горизонтальный разрез Г-Г).

Насосный агрегат содержит корпус 1 насоса с направляющим аппаратом 2 и нижней проставкой 3, снабженной опорными устройствами 4, и выемную часть насоса, установленную в корпусе 1. Выемная часть включает корпус 5 с тепловым барьером 6, рабочее колесо 7, закрепленное на валу 8 насоса, нижний радиальный подшипник 9, установленный в расточке корпуса 5 выемной части, и блок 10 радиально-осевого подшипника, опирающийся фланцем своего корпуса 11 на корпус 5, а также блок 12 торцовых уплотнений вала 8. Внутри корпуса 11 размещены верхний радиальный и осевой подшипники, а сверху на корпусе 11 установлен электромагнит 13 разгрузочного устройства. Диск 14 этого устройства закреплен на валу 8 насоса и посредством торсионной муфты, включающей торсионный вал 15, связан с ротором приводного электродвигателя 16, который установлен на верхнюю проставку 17, опирающуюся на верхний фланец нижней проставки 3.

Блок 12 торцовых уплотнений содержит корпус 18, установленный в расточку корпуса 5 выемной части и уплотняемый в корпусе 5 прокладками 19 с помощью шпилек 20 с гайками 21. В блоке 12 последовательно установлены разделительная ступень 22 уплотнения, разделяющая воду, подаваемую для охлаждения нижнего радиального подшипника 9, и запирающую воду, подаваемую в блок от станционной системы, две рабочие ступени 23, на которых срабатывает полное рабочее давление воды, и концевая ступень 24, ограничивающая протечки воды наружу вдоль вала 8 насоса. Каждая ступень уплотнения включает аксиально подвижный статорный элемент 25, уплотняемый кольцом 26 (например, резиновым), который установлен (вместе с поджимающими пружинами 27) в корпусе 28 статорного элемента, уплотняемом кольцом 29 (например, резиновым), и роторный элемент 30. Под корпусом статорного элемента разделительной ступени 22 в корпусе 18 установлено регулировочное кольцо 311, предназначенное (за счет доработки, например механической, этого кольца, выполненного с припуском по толщине) для обеспечения при сборке номинального расположения статорных элементов 25 относительно роторных элементов 30. Корпуса 28 статорных элементов сверху поджаты через лабиринтный корпус 32 опирающимися на него винтами 33, вворачиваемыми в сквозные резьбовые отверстия в упорном кольце 34, перемещение которого ограничено сверху разрезным кольцом 35, установленным в кольцевую проточку, которая выполнена на внутренней поверхности корпуса 18. Все роторные элементы 30 установлены на размещенной на валу 8 насоса несущей втулке 36 до упора снизу в ее бурт. Входящие в пазы на валу 8 выступы 37 несущей втулки 36 препятствуют ее провороту относительно вала 8. Роторные элементы 30 уплотнены на втулке 36 кольцами 38 (например, резиновыми) и зафиксированы от проворота (относительно втулки 36, а также - друг друга) выступами 39, входящими в соответствующие пазы роторных элементов 30 и втулки 36. Лабиринтная втулка 40, установленная на валу 8 насоса, и лабиринтный корпус 32, установленный в корпусе 18 блока уплотнений, образуют полость для отвода организованных протечек воды через торцовые уплотнения. Установленная на несущей втулке 36 под цилиндрической проставкой 41 регулировочная прокладка 42 предназначена для обеспечения (при сборке блока уплотнений) расчетной величины в зазора между фланцем указанной проставки и торцом упорного кольца 34.

Окна 43 в цилиндрической проставке 41 (в количестве не менее двух) предназначены для перемещения в полости, образованные окнами 44 (в верхней части несущей втулки 36) и прилегающими к этим окнам частями кольцевой проточки 45 (на валу 8 насоса), шпонок 46 (например, в виде частей кольца между его внешним и внутренним радиусами). Шпонки 46 крепят втулку 36 к валу 8, фиксируя ее в осевом направлении только в одном месте вала (с температурой ниже, чем у перекачиваемой жидкости). Требуемое сопряжение просветов окон 43 и 44 характеризуют, например, выбранной величиной горизонтального смещения д характерных точек одноименных боковых поверхностей окон (в частном случае - соответствующих минимальным просветам обоих окон) друг относительно друга. Устанавливаемая на несущую втулку 36 в расточку верхней части цилиндрической проставки 41 фиксирующая втулка 47 с прорезями в нижней части (по числу окон 44) предназначена для перекрытия указанных окон перемычками между прорезями и, следовательно, удержания шпонок 45 от выпадения при вращении вала 8. На внешней поверхности несущей втулки 36 (выше окон 44) выполнены кольцевая проточка 48 и продольные пазы 49 от участков проточки 48 над окнами 44 до верхнего торца этой втулки. Радиальные выступы, выполненные на внутренней поверхности фиксирующей втулки 47 над перемычками между прорезями, предназначены для введения в пазы 49 при фиксации втулки 47 от проворота относительно втулки 36. Радиальные выступы, выполненные на внутренней поверхности фиксирующего кольца 50 (по числу пазов 49), предназначены для введения (через пазы 49) в проточку 48 с последующим поворотом кольца 50 вокруг вертикальной оси (как в соединении типа "байонет"). Для установки в зазор (величиной в) между фланцем цилиндрической проставки 41 и торцом упорного кольца 34 предназначены технологические планки 51, закрепляемые на корпусе 18 блока уплотнений с помощью винтового соединения 52 и зажимаемые между фланцем цилиндрической проставки 41 и торцом упорного кольца 34 с помощью винтового соединения 53, у которого резьбовые отверстия выполнены в упорном кольце 34. Опирающиеся на торец цилиндрической проставки 41 своими стержнями технологические винты 54, проходящие через гладкие отверстия фиксирующей втулки 47 и взаимодействующие со сквозными резьбовыми отверстиями фиксирующего кольца 50, предназначены для отжатия последнего вверх до упора в верхний торец кольцевой проточки 48 в несущей втулке 36 и, тем самым, фиксации положения несущей втулки 36 относительно корпуса 18 блока уплотнений, обеспечивающего номинальное относительное расположение статорных элементов 25 и роторных элементов 30, а также для удержания ее от выпадения вниз при установке блока 12 уплотнений в корпус 5 выемной части. Винтовое соединение 55, у которого резьбовые отверстия выполнены в фиксирующем кольце 50, предназначены для скрепления последнего и фиксирующей втулки 47. Гайка 56, наворачиваемая на резьбовой участок вала 8 насоса, предназначена (после установки шпонок 46 в проточку 45, снятия технологических винтов 54 и разборки винтового соединения 55 при монтаже блока уплотнений 12 в корпус 5 выемной части) для поджатия фиксирующей втулки 47 и фиксирующего кольца 50 к торцу цилиндрической проставки 41, что влечет поджатие роторных элементов 30 к бурту несущей втулки 36.

В корпусе 57 блока 10 радиально-осевого подшипника размещены верхний радиальный подшипник 58 и осевой подшипник. Последний включает колодки, собранные в нижнюю обойму 59 и верхнюю обойму 60, а также упорный гребень 61, предназначенный для взаимодействия с этими колодками. Упорный гребень 61 установлен на валу 8 насоса на верхнем и нижнем конусах, при этом под нижним конусом 62 установлено компенсирующее кольцо 63. Последнее предназначено (за счет доработки, например механической, этого кольца, выполненного с припуском по толщине) для сохранения (при сборке выемной части) неизменным фиксированного относительно корпуса 18 блока торцовых уплотнений положения вала 8, соответствующего номинальному положению статорных и роторных элементов торцовых уплотнений (с допустимыми для нормальной работы отклонениями, полученными при изготовлении и сборке). Кольцо 64 (например, резиновое) уплотняет несущую втулку 36 на валу 8 насоса. Регулировочное кольцо 65, установленное над верхней обоймой 60 в корпусе 57 блока 10 радиально-осевого подшипника предназначено для обеспечения (за счет доработки, например механической, этого кольца, выполненного с припуском по толщине) величины осевого люфта (разбега) к (то есть перемещения вала 8 насоса из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее) в осевом подшипнике. Тонкостенная обечайка 66 в верхней части фиксирующей втулки 47 выполнена с возможностью ее завальцовки в пазы на гайке 56.

При сборке выемной части насоса (на предназначенном для этого стапеле) сначала в корпусе 5 выемной части устанавливают вал 8 насоса с рабочим колесом 7, нижний радиальный подшипник 9 и другие элементы (включая крепеж), а снизу корпуса 5 крепят тепловой барьер 6.

Блок 12 торцовых уплотнений вала 8 насоса предварительно собирают на предназначенном для этого стенде. Устанавливают корпус 18 блока уплотнений и несущую втулку 36 (с обеспечением расчетного размера а от торца фланца корпуса 18 до верхнего торца окон 44 в несущей втулке 36, характеризующего относительное расположение корпуса 18 и втулки 36). В цилиндрическую расточку корпуса 18 блока уплотнений устанавливают регулировочное кольцо 31, доработанное так, чтобы обеспечить расчетный размер б (от бурта несущей втулки 36 до верхнего торца кольца 31), соответствующий номинальному расположению статорных элементов 25 относительно роторных элементов 30. Далее последовательно устанавливают на несущую втулку 36 до упора в ее бурт роторные элементы 30, уплотняемые на несущей втулке 36 резиновыми кольцами 38, выступы 39 которых вводят в соответствующие пазы на несущей втулке 36 и роторных элементах 30, а во внутреннюю расточку корпуса 18 - корпуса 28 статорных элементов, уплотняемые в корпусе 18 резиновыми кольцами 29. При этом пружины 27 поджимают статорные элементы 25, предварительно установленные в корпусах 28 и уплотненные в них резиновыми кольцами 26, к соответствующим роторным элементам 30. Вворачивая винты 33 в упорное кольцо 34 после его упора в разрезное кольцо 35, поджимают сверху (через лабиринтный корпус 32) корпуса статорных элементов 28. На верхний из роторных элементов 30 устанавливают сверху лабиринтную втулку 40 и цилиндрическую проставку 41 с регулировочной прокладкой 42 между ними, обеспечивая величину размера д (например, поворотом проставки 41 относительно несущей втулки 36) и расчетную величину в зазора между фланцем проставки 41 и торцом упорного кольца 34 (с помощью прокладки 42). В указанный зазор (величиной в) вводят технологические планки 51, закрепляют их на корпусе 18 блока уплотнений с помощью винтового соединения 52 и зажимают, затягивая винтовое соединение 53. Совместив пазы 49 несущей втулки 36 и радиальные выступы фиксирующего кольца 50, опускают последнее и, введя указанные выступы в проточку 48 втулки 36, поворачивают вокруг вертикальной оси (как в соединении типа "байонет") до совмещения промежутков между выступами фиксирующего кольца 50 и пазов 49. Вращая технологические винты 54 в резьбовых отверстиях фиксирующего кольца 50, отжимают его вверх до упора в торец проточки 48 в несущей втулке 36, тем самым фиксируя положение втулки 36 относительно корпуса 18 блока уплотнений, обеспечивающее номинальное расположение статорных элементов 25 относительно роторных элементов 30, а также удерживая втулку 36 от выпадения вниз из собранного блока 12 торцовых уплотнений. Совместив перемычки между прорезями фиксирующей втулки 47 и промежутки между радиальными выступами фиксирующего кольца 50, опускают втулку 47 в расточку цилиндрической проставки 41 до упора в кольцо 50 так, чтобы в пазы 49 несущей втулки 36 вошли радиальные выступы на внутренней поверхности втулки 47, предохраняя последнюю от проворота относительно втулки 36, а в гладкие отверстия на фланце втулки 47 - винты 54. Затем фиксирующую втулку 47 прикрепляют к фиксирующему кольцу 50, затягивая винтовое соединение 55.

Устанавливая в выемную часть насоса блок 12 торцовых уплотнений в сборе, корпус 18 блока уплотняют в расточке корпуса 5 выемной части прокладками 19 с помощью шпилек 20 с гайками 21. Несущую втулку 36 размещают на валу 8 насоса и уплотняют резиновым кольцом 64, при этом вводя выступы 37 в пазы на валу 8. Разобрав винтовое соединение 55 и удалив фиксирующую втулку 47, через окна 43 (в цилиндрической проставке 41) в сопряженные последним окна 44 (в несущей втулке 36) и кольцевую проточку 45 на валу 8 устанавливают шпонки 46, фиксируя этим положение вала 8 относительно корпуса 18 по высоте. Вывернув технологические винты 54, возвращают фиксирующую втулку 47 на несущую втулку 36 в кольцевую расточку цилиндрической проставки 41. Наворачивая на вал 8 насоса гайку 56, поджимают фиксирующую втулку 47, а затем контрят гайку 56 завальцовкой цилиндрической обечайки 66 втулки 47 в пазы на указанной гайке.

После установки блока торцовых уплотнений в выемную часть насоса собирают осевой подшипник. В корпусе 57 блока 10 радиально-осевого подшипника устанавливают нижнюю обойму 59, упорный гребень 61, верхнюю обойму 60 и дорабатывают регулировочное кольцо 65 так, чтобы обеспечить необходимый осевой люфт к осевого подшипника (его величина может быть, например, 0,5^+0,3 мм). После предварительной установки в выемную часть насоса блока радиально-осевого подшипника (включая регулировочное кольцо 65), при которой упорный гребень 61 осевого подшипника устанавливают на вал 8 насоса на конусах, опирая нижний конус 62 на компенсирующее кольцо 63, измеряют зазор между фланцем корпуса 57 и торцом корпуса 5 выемной части. Для обеспечения плотного прилегания указанных элементов (величина и не должна превышать, например, 0,05 мм) дорабатывают компенсирующее кольцо 63, определив требуемый размер кольца по толщине из соотношения

где г_фак - исходная (с припуском) толщина компенсирующего кольца 63;

и_ср - средняя арифметическая величина зазора и по измерениям в четырех точках (в двух взаимно перпендикулярных плоскостях);

к - осевой люфт в осевом подшипнике.

Далее производят окончательную сборку блока радиально-осевого подшипника и его установку в выемную часть насоса, а затем - окончательную полную сборку выемной части, включая установку электромагнита 13 и диска 14 разгрузочного устройства. После этого, разобрав винтовое соединение 52, снимают технологические планки 51 и, контролируя правильность сборки, замеряют зазоры в и и, которые должны соответствовать размерам по чертежу. При указанной выше последовательности сборки выемной части после установки блока 10 радиально-осевого подшипника вал 8 насоса, зафиксированный при установке блока 12 торцовых уплотнений, практически не изменит своего положения относительно корпуса 18 блока уплотнений, которое соответствует номинальному взаимному расположению статорных и роторных элементов 25 и 30 торцовых уплотнений, обеспечивающему нормальную работу блока уплотнений на всех режимах эксплуатации ГЦНА на АЭС.

Демонтаж блока 10 радиально-осевого подшипника и блока 12 торцовых уплотнений вала (например, для ревизии) производят следующим образом. В зазор (величиной в) между фланцем проставки 41 и торцом упорного кольца 34 устанавливают технологические планки 51, закрепляют их на корпусе 18 блока уплотнений с помощью винтового соединения 52 и зажимают затягивая винтовое соединение 53. После разъединения вала 8 насоса и ротора двигателя 16 производят раскрепление и демонтаж диска 14 и электромагнита 13 разгрузочного устройства, а также верхнего радиального подшипника 58, верхней обоймы 60 с регулировочным кольцом 65, упорного гребня 61, нижнего конуса 62, регулировочного кольца 63, нижней обоймы 59, корпуса 57 и других элементов, входящих в блок радиально-осевого подшипника.

При демонтаже блока торцовых уплотнений расконтривают и снимают гайку 56 на валу 8 насоса. Через отверстия во фланце фиксирующей втулки 47 вворачивают технологические винты 54 в резьбовые отверстия во фланце фиксирующего кольца 50 и, упирая их в торец цилиндрической проставки 41, отжимают фиксирующее кольцо 50 до упора в торец проточки 48 в несущей втулке 36, тем самым фиксируя положение втулки 36 относительно корпуса 18 блока уплотнений и удерживая ее от выпадения из блока уплотнений при удалении последнего из выемной части насоса. Приподняв фиксирующую втулку 47, через окна 43 (в цилиндрической проставке 41) демонтируют шпонки 46 из окон 44 (в несущей втулке 36) и кольцевой проточки 45 вала 8 насоса. Опустив фиксирующую втулку 47, прижимают ее к фиксирующему кольцу 50 с помощью винтового соединения 55. После снятия гаек 21 и шпилек 20 блок 12 уплотнений в сборе может быть демонтирован из выемной части насоса. При этом несущая втулка 36 с установленными на ней роторными элементами 30 останется зафиксированной относительно корпуса 18 блока уплотнений в положении, которое соответствует номинальному расположению статорных элементов 25 относительно роторных элементов 30.

Полную разборку блока 12 торцовых уплотнений производят на том же стенде, на котором призводили его сборку (действуя в обратной последовательности).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Митенков Ф.М., Новинский Э.Г., Будов В.М. Главные циркуляционные насосы АЭС. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

2. Марцинковский В.А., Ворона П.Н. Насосы атомных электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

3. Насосы АЭС: Справочное пособие / П.Н.Пак, А.Я.Белоусов, А.И.Тимшин и др./ Под общ. ред. П.Н.Пака. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. High Pressure Shaft Seal: US Patent 4272084, МПК³ F 16 J 15/54, 15/56. - Опубл. 09.06.1981, Бюл. Vol.1007, №2.

Изобретение относится к конструктивным узлам вертикальных лопастных насосов и может быть преимущественно использовано на АЭС в главных циркуляционных насосных агрегатах первого контура теплоносителя ядерных энергетических установок. В насосном агрегате установки все роторные элементы торцовых уплотнений установлены на одной несущей втулке. Описаны формы выполнения разъемных соединений несущей втулки и вала насоса, несущей втулки и силовых элементов блока уплотнений, силовых и технологических элементов блока уплотнений, формы выполнения компенсирующих (дорабатываемых при сборке) элементов в блоке уплотнений и осевом подшипнике. Изобретение направлено на предотвращение осевых смещений элементов и узлов насоса, влекущих нарушение номинальной конфигурации блока торцовых уплотнений и осевого подшипника во время сборки выемной части насоса и при эксплуатации циркуляционных насосных агрегатов на АЭС. 6 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Насосный агрегат, содержащий вертикальный лопастной насос, выемная часть которого включает блок радиально-осевого подшипника, опирающийся своим корпусом на корпус выемной части и содержащий упорный гребень осевого подшипника, установленный на расположенных на валу насоса конусах, и блок торцевых уплотнений вала насоса, содержащий в механизме вертикального поджатия корпусов статорных элементов уплотнений упорное кольцо, перемещение которого в корпусе блока уплотнений ограничено сверху, отличающийся тем, что роторные элементы торцевых уплотнений установлены на несущей втулке, размещенной на валу насоса с возможностью крепления верхней части втулки к валу с помощью разъемного соединения, причем на внешней поверхности верхней части несущей втулки выполнены кольцевая проточка и, по меньшей мере, два продольных паза от проточки до верхнего торца этой втулки, механизм вертикального поджатия роторных элементов к бурту в нижней части несущей втулки включает цилиндрическую проставку, охватывающую верхнюю часть несущей втулки и охватываемую в своей нижней части упорным кольцом, несущая втулка охвачена фиксирующим кольцом, выполненным с радиальными выступами на внутренней поверхности (по числу продольных пазов в несущей втулке), предназначенными для введения через указанные пазы в кольцевую проточку на несущей втулке с возможностью поворота кольца вокруг вертикальной оси после перемещения радиальных выступов из продольных пазов в указанную проточку, и со сквозными резьбовыми отверстиями для технологических винтов, предназначенных для отжатия фиксирующего кольца до упора радиальных выступов в верхний торец кольцевой проточки при упоре нижних концов стержней указанных винтов в верхний торец цилиндрической проставки, причем с возможностью опоры фиксирующего кольца на верхний торец цилиндрической проставки при снятых технологических винтах, а под цилиндрической проставкой размещена регулировочная прокладка, выполняемая с припуском под обработку по толщине и устанавливаемая после ее доработки с возможностью создания вертикального зазора между фланцем цилиндрической проставки и упорным кольцом, по величине равного по существу толщине технологических планок, предназначенных для введения в указанный зазор с возможностью их зажима в этом зазоре посредством стягивания цилиндрической проставки и упорного кольца с помощью разъемного соединения, а также закрепления планок на корпусе блока уплотнений с помощью разъемного соединения, блок торцевых уплотнений снабжен регулировочным кольцом, выполняемым с припуском под обработку по толщине и устанавливаемым после его доработки под корпус нижнего статорного элемента с возможностью выставки статорных элементов относительно бурта в нижней части несущей втулки, обеспечивающей номинальное расположение статорных элементов относительно роторных элементов, а осевой подшипник снабжен компенсирующим кольцом, выполняемым с припуском под обработку по толщине и устанавливаемым после его доработки на валу насоса под нижним конусом с возможностью выставки упорного гребня и корпуса блока радиально-осевого подшипника относительно зафиксированной на валу насоса цилиндрической втулки, обеспечивающей плотное прилегание корпуса указанного подшипника к корпусу выемной части.2. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что разъемное соединение несущей втулки с валом насоса выполнено посредством шпонок, устанавливаемых в полости, образованной окнами, выполненными в верхней части несущей втулки ниже ее кольцевой проточки по одному под каждым продольным пазом, а также прилегающими к этим окнам частями кольцевой проточки, выполненной на внешней поверхности вала насоса, через окна, выполненные в цилиндрической проставке и сопрягаемые с окнами в несущей втулке, а в расточке верхней части цилиндрической проставки размещена фиксирующая втулка, выполненная с прорезями в нижней части (по числу окон в несущей втулке) и радиальными выступами на внутренней поверхности над перемычками между прорезями с возможностью перекрытия указанными перемычками просветов окон в несущей втулке и введения радиальных выступов в продольные пазы несущей втулки, а также опоры фиксирующей втулки на фиксирующее кольцо и скрепления фиксирующих втулки и кольца с помощью разъемного соединения.3. Насосный агрегат по п.2, отличающийся тем, что в механизме вертикального поджатия роторных элементов к бурту в нижней части несущей втулки для создания поджимающего усилия предназначена гайка, наворачиваемая на резьбовой участок вала насоса, выполненный с возможностью взаимодействия указанной гайки с фиксирующей втулкой, а в верхней части фиксирующей втулки выполнена тонкостенная обечайка с возможностью ее завальцовки в пазы указанной гайки для стопорения последней.4. Насосный агрегат по п.2, отличающийся тем, что разъемное соединение фиксирующей втулки и фиксирующего кольца выполнено в виде винтового соединения, у которого резьбовые отверстия выполнены в фиксирующем кольце.5. Насосный агрегат по п.2, отличающийся тем, что каждая шпонка выполнена в виде части кольца между его внешним и внутренним радиусами.6. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что разъемное соединение цилиндрической проставки и упорного кольца выполнено в виде винтового соединения, у которого резьбовые отверстия выполнены в упорном кольце.7. Насосный агрегат по п.1, отличающийся тем, что разъемное соединение технологических планок и корпуса блока уплотнений выполнено в виде винтового соединения, у которого резьбовые отверстия выполнены в корпусе блока торцевых уплотнений.