Разработка на ЛМЗ модернизированных питательных насосов для крупных блоков ТЭС (стр. 1 из 3)
Разработка на ЛМЗ модернизированных питательных насосов для крупных блоков ТЭС
В.А. Демьянов, И.М. Пылев, С.Я. Ильин, В.А. Александров
Представлена концепция нового модернизированного питательного турбонасоса ПТН 1150-340-М и электронасоса ПЭН 600-320-М для блока ТЭС 300 МВт. Приведены описание конструкции насоса и результаты модельных и натурных испытаний.
Задачи модернизации насосного оборудования
Номенклатура оборудования, выпускаемого «Ленинградским Металлическим заводом» (ЛМЗ) - это гидравлические, газовые, паровые турбины, питательные турбо и электронасосы различных мощностей, а также вспомогательное оборудование к ним.
«Металлический Завод», как акционерная компания, был основан в Санкт-Петербурге в 1857 году и к концу XIX столетия стал одной из самых больших машиностроительных компаний в России. Производство насосов на ЛМЗ начато в 1890 году. С 1907 года изготавливались насосы для нужд судостроения с давлением Р = 1,0 МПа и мощностью до N = 1000 КВт. С 1924 года выпускались насосы для энергетики с давлением Р = 2,0 МПа и подачей Q = (50... 250) м3/ч. С 1930 года изготавливались многоступенчатые питательные, циркуляционные и конденсатные насосы для турбоблоков мощностью N=24, 50, 100 МВт (Р=14,0 МПа, Q=270 м3/час). С 1948 по 1955 годы были разработаны многоступенчатые крекинговые и пропановые насосы (Р = 6,5 МПа, Q = 500 м3/ч). С 1953 года изготавливались насосы для блоков ТЭС мощностью 150, 200, 300, 500, 800 МВт (Р = = 35,0 МПа, Q = 1350 м3/ч). В шестидесятые годы XX столетия ЛМЗ изготовил крупную серию из 64 турбонасосов и 64 электронасосов для энергоблоков ТЭС мощностью 300 МВт.
Питательные насосы с маркой ЛМЗ зарекомендовали себя как высокоэффективные, надежные и удобные в эксплуатации машины. Тем не менее, обобщив опыт эксплуатации выпущенного ранее насосного оборудования, работающего на крупнейших ТЭС России и СНГ, ЛМЗ в конце 90-х годов ХХ столетия приступил к модернизации питательных турбо- и электронасосов. В первую очередь был спроектирован, изготовлен и испытан головной образец питательного турбонасоса для блока 300 МВт ПТН 1150-340-М взамен морально устаревшего насоса СВПТ 340-1000, выпускавшегося серийно на ЛМЗ до 1975 года.
Были определены следующие задачи модернизации насосного оборудования:
увеличение коэффициента готовности;
увеличение эффективности и надежности работы;
уменьшение уровня вибрации;
использование без изменений фундамента, существующего турбопривода, масляной системы, главных трубопроводов, наружного корпуса насоса, а также сохранение количества отбора и параметров среды из промежуточной ступени.
Для выполнения вышеуказанных задач была принята следующая концепция модернизации существующих насосов на ТЭС:
применение новой проточной части с направляющими аппаратами лопаточного типа с соотношением числа лопастей рабочего колеса и числа лопаток направляющего аппарата 7/12, что позволяет получить более устойчивую характеристику насоса и улучшить вибрационное состояние насоса в целом;
замена гидропяты на разгрузочный поршень, что позволяет избежать поломок при нестационарных режимах работы насоса и режимах пуска-останова;
замена крепления разгрузочного устройства гайкой на крепление стопорным кольцом, что позволяет избежать пропаривания резьбового соединения и отказаться от трудоемкого процесса изготовления и затяга резьбовых деталей;
применение вместо концевых уплотнений щелевого типа торцевых механических уплотнений, что позволяет избежать протечек, и, следовательно, увеличить объемный КПД;
применение конструкции внутреннего корпуса насоса секционного типа, что снижает трудоемкость изготовления внутреннего корпуса, упрощает сборку насоса и исключает возникновение эрозионных размывов при работе насоса по разъемам корпуса и в месте уплотнения внутреннего корпуса с внешним;
исключение возможности самопроизвольного ослабления и отвинчивания крепежа элементов внутреннего корпуса и попадания его в проточную часть;
применение в качестве подпятника самоустанавливающегося упорного подшипника двойного действия сегментного типа, что дает возможность более равномерного распределения усилий с сохранением жесткости подшипника;
применение конструкции зубчатой муфты и системы ее смазки, обеспечивающие более равномерное распределение усилий между зубьями и уменьшение чувствительности к перекосам;
применение новой схемы сборки-разборки насоса с использованием приспособления для выема внутреннего корпуса рюмочного типа, что позволяет свести к минимуму общий цикл сборки-разборки насоса при ремонте оборудования.
Модельные и натурные исследования модернизированного насоса
Определяемые характеристики и программа исследований
Для исследования и отработки, вновь создаваемых питательных насосов (ПН) необходимо определение их основных характеристик. Согласно ГОСТ 6134-87 этими характеристиками являются:
напорная,
энергетическая,
кавитационная,
вибрационная.
Программа исследований включала:
испытание моделей ПН с натурными размерами рабочего колеса и уменьшенным до 2-3 количеством ступеней,
испытание головного образца ПН на натурном стенде (ГРЭС № 8, Ленэнерго) при промышленных параметрах (температура, частота вращения, напор, расход).
Модельные исследования
Модельные испытания проведены на стенде ЛМЗ.
Стенд представляет собой систему трубопроводов с замкнутой циркуляцией воды. Циркуляция воды создается испытуемой моделью ПН. Для получения напорной характеристики в стенде предусмотрено переменное гидравлическое сопротивление типа «игольчатый регулятор». Подача насоса измеряется с помощью камерной диафрагмы, установленной на длинном прямом участке трубопровода в соответствии с требованиями ГОСТ. Для измерений напора, перепада давлений на диафрагме, абсолютного давления на входе в насос, крутящего момента на валу используются вибростержневые преобразователи высокого класса точности. Сбор и обработка сигналов преобразователей производится с помощью специальной измерительной системы и персонального компьютера. Градуировка преобразователей проводится с помощью образцовых средств измерений, аттестованных при госповерке. Градуировка диафрагмы проводится на образцовой расходометрической установке весовым способом.
Кроме основных параметров на модели питательного насоса изучались пульсация давления в проточной части и вибрация корпусных и опорных узлов модели.
Схема установки датчиков вибрации и датчиков пульсации давления представлена на рис. 1.
Условия испытаний.
Диаметр рабочего колеса D2 = 0,36 м.
Число ступеней - 2 (первая и последняя ступень натурного насоса).
Испытания проводились при n = 1000 мин-1 и n = 1200 мин-1 и средней температуре воды t = 20 °C
воды
Рис. 1. Схема установки датчиков вибрации и датчиков пульсации давле-
Характеристики модельного насоса ПТН-1150-340-М построены с нулевым значением внешних объёмных протечек и определением затраченной мощности, идущей только на создание водотока (протечки через уплотнение вала добавлялись к подаче, создаваемой насосом; момент трения в подшипниках модели вычитался из полного крутящего момента, измеренного на балан- сирном электродвигателе).
Объёмные протечки определялись измерением расхода воды через баббитовый подшипник, который выполняет также функцию уплотнения.
Механические потери в подшипниках определялись на воздухе в диапазоне частот вращения вала 900-1400 мин-1. Момент взаимодействия рабочих колёс с воздухом определялся пересчётом данных полученных на воде при нулевой подаче.
Погрешность.
Относительная предельная погрешность измерений:
напора составляет ±0,1%;
подачи - ±0,3%;
частоты вращения - ±0,01%;
крутящего момента - ±0,1%;
КПД - ±0,5%.
На стенде испытан двухступенчатый вариант базового насоса и двухступенчатый вариант модернизированного насоса.
Напорная характеристика в приведённых коэффициентах и кавитационная характеристика модернизированного питательного насоса приведена на рис. 2.
Формулы приведения:
QnD = 60Qm/(nm D23);
EnD = 3600Pm/(R nm2 D22).
Энергетическая характеристика модели ПТН 1150-340М представлена на рис. 3.
Пульсации давления, замеренные в выходном патрубке модельного насоса, приведены на рис. 4. Двойная амплитуда пульсаций давления в рабочей зоне составляет <1,5%.
КПД модели модернизированного питательного насоса превосходит КПД базового насоса на 3%
Натурные испытания ПН
Натурные испытания головного образца ПН были проведены на натурном стенде ГРЭС № 8, г. Кировск Ленинградской области.
На стенде возможно проведение испытаний на рабочих параметрах питательных турбона- сосных агрегатов, предназначенных для атомных и тепловых электростанций, длительных ресурсных испытаний на максимальные параметры: подача 1800 м3/ч, давление на всасывании 2,2 МПа, давление на нагнетании 40,0 МПа, частота вращения 5220 мин-1, температура перекачиваемой воды 165 °С.
Рис. 2. Напорная и кавитационная характеристика питательного насоса
Рис. 3. Энергетическая характеристика модели ПТН 1150-340М
Рис. 4. Пульсации давления в выходном патрубке модельного питательного насоса
Стенд состоит из приводной паровой турбины типа ОК-18 (К-17-15П) мощностью 17,5 МВт производства Калужского турбинного завода для энергоблоков мощностью 800 МВт, бустерного насоса ПД-1600-180 (подача 1600 м3/с, давление нагнетания 1,8 МПа) с приводом от турбины через редуктор, деаэраторного бака типа БД-120-1 (емкость 120 м3, максимальное давление 1,2 МПа), конденсатного насоса КСВ-125-55, платформы для установки ПН с системой трубопроводов, систем управления и контроля режимов работы рабочих органов, систем защиты и блокировок, систем обеспечения проточной смазкой подшипников (давление масла 0,15 МПа) с масляным баком емкостью 17 м3, систем измерения рабочих параметров ПН, местного и центрального пультов управления и контроля, системы дренажа с насосом КС-32-150 и дренажным баком емкостью 160 м3, системы ручного и двигательного поворота роторов турбины и ПН для центровки валов.