Определение номинальных параметров насосов

Содержание

 

1. Общая характеристика метода определения параметров циркуляционных насосов ЯЭУ АЭС

. Определение номинальных параметров насосов

. Определение параметров насосов и энергозатрат на их функционирование на эксплуатационных режимах ЯЭУ

. Циркуляционные насосы первого контура (ЦНПК)

. Главные конденсатные насосы (КН)

. Главные питательные насосы (ПН)

. Главные циркуляционные насосы технического водоснабжения

. Определение расхода электроэнергии на собственные нужды. КПД ЯЭУ нетто

Список литературы

 

 

1. Общая характеристика метода определения параметров циркуляционных насосов ЯЭУ АЭС

 

ЯЭУ АЭС содержит в своем составе различные замкнутые и разомкнутые системы и контуры, в которых циркулируют соответствующие рабочие среды - техническая вода, питательная вода, теплоноситель, масло и пр. В большинстве таких систем побудителями циркуляции являются насосы, которые для своей работы требуют затрат энергии. Чаще всего это электроэнергия, но иногда используется энергия пара, гидроэнергия. При выполнении эскизного проекта ЯЭУ АЭС определяют состав ЯЭУ, в том числе перечень и состав тех систем и контуров, которые обеспечивают функционирование ЯЭУ выбранного типа. При определении параметров ЯЭУ в целом и отдельных ее элементов необходимо определить также параметры циркуляционных насосов, работающих в составе принятых систем и контуров установки.

С учетом ограниченного бюджета времени, выделенного для выполнения эскизного проекта ЯЭУ в учебных целях, для рассмотрения можно принять только те системы и их насосы, работа которых определяет принцип действия и существенные особенности разрабатываемой ЯЭУ. При отборе систем к рассмотрению следует также принимать во внимание предполагаемую величину мощности насоса. Мощные насосы вносят заметный вклад в величину затрат энергии на собственные нужды и, следовательно, существенно влияют на значение КПД ЯЭУ нетто. Примерный перечень насосов, подлежащих рассмотрению при выполнении курсовых и дипломных проектов, сводится к следующему:

а) ППУ - главный циркуляционный насос первого контура,

б) ПТУ - конденсатные насосы первого и второго подъема, питательные насосы (главный и аварийный), конденсатный насос конденсатора турбопривода питательного насоса, насосы откачки сепарата и конденсата греющего пара пароперегревателя, дренажные насосы водоподогревателей, главные насосы технического водоснабжения.

Если нет особых требований к курсовому проекту, то в эскизном проекте ЯЭУ АЭС, выполняемому в учебных целях, можно ограничиться рассмотрением следующих наиболее мощных насосов: ЦНПК, КН1, КН2, ПН (основной), насосы технического водоснабжения. Эти насосы перекачивают среды, несущие основной поток тепловой энергии энергоустановки.

Каждая насосная установка характеризуется типом насоса и типом его приводного двигателя, подачей насоса (количество перекачиваемой среды в единицу времени), мощностью (мощность, потребляемая насосом от приводного двигателя, и мощность, потребляемая приводным двигателем), экономичностью (КПД насоса и КПД двигателя). При расчете насоса его параметры должны быть подобраны или определены такими, чтобы они удовлетворяли потребностям системы, в составе которой насос находится и функционирование которой он обеспечивает. Поэтому определение параметров насоса следует предварить определением потребностей системы - необходимого расхода среды в системе и ее гидравлических сопротивлений при этом расходе. Необходимый расход среды в системе определяется ее назначением, мощностными параметрами обслуживаемого системой оборудования, температурным режимом системы.

На эскизной стадии проектирования ЯЭУ некоторые параметры систем и параметры входящих в их состав насосов могут быть определены достаточно полно. Например, расход теплоносителя в активной зоне ЯР и принимаемая в соответствии с этим подача ЦНПК; расход рабочего тела в ветвях рабочего контура и принимаемые значения подачи конденсатных и питательных насосов; расход охлаждающей воды в главном конденсаторе и подача насоса технического водоснабжения. В то же время ряд параметров систем может быть лишь приближенно оценен по прототипным данным - тепловые нагрузки систем охлаждения вспомогательного оборудования, расход среды в системе подпитки, гидравлические сопротивления систем и др. В некоторых случаях приходится принимать в состав разрабатываемой ЯЭУ из прототипной установки насос в целом, так как степень проработки ЯЭУ на настоящей стадии еще не дает достаточного количества исходных данных для расчета параметров системы и насоса.

Как правило, насос в составе системы работает с параметрами, несколько отличными от номинальных. Это вызвано тем, что номинальные параметры насоса принимают с некоторым завышением над потребностями обслуживаемой им системы даже в самом нагруженном ее режиме. Например, превышение подачи насоса на его износ, на взаимное резервирование двух параллельно работающих насосов, если оно предусмотрено. Иногда запас по некоторым параметрам вызван дискретными значениями стандартизированных параметров, например, мощности приводных двигателей. В связи с этим эксплуатационные параметры насоса и его приводного двигателя, в том числе и потребляемая двигателем мощность, могут существенно отличаться в меньшую сторону от номинальных значений. Эти эксплуатационные параметры также необходимо определить, так как именно они должны быть положены в основу баланса энергии на обеспечение расчетного режима работы ЯЭУ в целом, т.е. для определения расхода энергии на собственные нужды.

 

Список литературы

 

1. Абдулаев А.А., Пилипчук Б.Л., Сычев Е.Н. Основы проектирования ЯЭУ АЭС - Севастополь: СИЯЭиП, 2009.

2. Анализ динамики и структуры потребления электрической энергии в Украине в период с 1990 по 2007 годы - Государственная инспекция по энергетическому надзору за режимами потребления электрической и тепловой энергии (Госэнергонадзор) - Киев. 2008.

.   Аркадьев Б.А. Режимы работы турбоустановок АЭС. -М.: Энергоатомиздат, 1986.

.   Баркан Я.Д., Озеров Л.А. Автоматизация энергосистем. -М.: “Высшая школа”, 2011.

.   Веллер В.H. Автоматическое регулирование паровых турбин. -М.: "Энергия", 2007.

.   Вукалович М.П., Hовиков И.И. Техническая термодинамика. 4-е изд.- М.: Энергия, 2008.

.   Гольба В.С., Белозеров В.И. Расчет проточной части паровых турбин/ Обнинский институт атомной энергетики.- Обнинск, 1990.

.   ГОСТ 12139-84. Машины электрические вращающиеся. Ряды номинальных мощностей, напряжений и частот.

.   ГОСТ 8032-84. Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел.

.   Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. Изд.2-е. -М.: Энергоатомиздат, 2010.

.   Добыча и переработка урановых руд в Украине. Под ред. А.П. Чернова. Киев: «АДЕФ-Украина», 2011, 238 с.

.   Зезюлинский Г.С. Оценка прочностных характеристик элементов турбоагрегата.- Севастополь: СВВМИУ, 1984.

.   Зезюлинский Г.С. Проектирование паровой турбины для АЭС - Севастополь: СИЯЭиП, 2000.

.   Зинин А.И., Соколов В.С. Паровые турбины.- М.: Высшая школа, 1988.

.   Иванов В.А. Эксплуатация АЭС.- СПб.: Энергоатомиздат,1994.

.   Кириллов И.И., Иванов В.А., Кириллов А.И. Паровые турбины и паротурбинные установки. -Л.: "Машиностроение", 1978.

.   Кирияченко В.А. Конструкция и системы ПТУ АЭС [Учебник и Альбом схем] - Севастополь: СИЯЭиП, 1998.

.   Кирияченко В.А., Пилипчук Б.Л. Сычев Е.Н. Основы теории ЯЭУ АЭС. Севастополь: СИЯЭиП, 2010, 208 с.

Содержание

 

1. Общая характеристика метода определения параметров циркуляционных насосов ЯЭУ АЭС

. Определение номинальных параметров насосов

. Определение параметров насосов и энергозатрат на их функционирование на эксплуатационных режимах ЯЭУ

. Циркуляционные насосы первого контура (ЦНПК)

. Главные конденсатные насосы (КН)

. Главные питательные насосы (ПН)

. Главные циркуляционные насосы технического водоснабжения

. Определение расхода электроэнергии на собственные нужды. КПД ЯЭУ нетто

Список литературы

 

 

1. Общая характеристика метода определения параметров циркуляционных насосов ЯЭУ АЭС

 

ЯЭУ АЭС содержит в своем составе различные замкнутые и разомкнутые системы и контуры, в которых циркулируют соответствующие рабочие среды - техническая вода, питательная вода, теплоноситель, масло и пр. В большинстве таких систем побудителями циркуляции являются насосы, которые для своей работы требуют затрат энергии. Чаще всего это электроэнергия, но иногда используется энергия пара, гидроэнергия. При выполнении эскизного проекта ЯЭУ АЭС определяют состав ЯЭУ, в том числе перечень и состав тех систем и контуров, которые обеспечивают функционирование ЯЭУ выбранного типа. При определении параметров ЯЭУ в целом и отдельных ее элементов необходимо определить также параметры циркуляционных насосов, работающих в составе принятых систем и контуров установки.

С учетом ограниченного бюджета времени, выделенного для выполнения эскизного проекта ЯЭУ в учебных целях, для рассмотрения можно принять только те системы и их насосы, работа которых определяет принцип действия и существенные особенности разрабатываемой ЯЭУ. При отборе систем к рассмотрению следует также принимать во внимание предполагаемую величину мощности насоса. Мощные насосы вносят заметный вклад в величину затрат энергии на собственные нужды и, следовательно, существенно влияют на значение КПД ЯЭУ нетто. Примерный перечень насосов, подлежащих рассмотрению при выполнении курсовых и дипломных проектов, сводится к следующему:

а) ППУ - главный циркуляционный насос первого контура,

б) ПТУ - конденсатные насосы первого и второго подъема, питательные насосы (главный и аварийный), конденсатный насос конденсатора турбопривода питательного насоса, насосы откачки сепарата и конденсата греющего пара пароперегревателя, дренажные насосы водоподогревателей, главные насосы технического водоснабжения.

Если нет особых требований к курсовому проекту, то в эскизном проекте ЯЭУ АЭС, выполняемому в учебных целях, можно ограничиться рассмотрением следующих наиболее мощных насосов: ЦНПК, КН1, КН2, ПН (основной), насосы технического водоснабжения. Эти насосы перекачивают среды, несущие основной поток тепловой энергии энергоустановки.

Каждая насосная установка характеризуется типом насоса и типом его приводного двигателя, подачей насоса (количество перекачиваемой среды в единицу времени), мощностью (мощность, потребляемая насосом от приводного двигателя, и мощность, потребляемая приводным двигателем), экономичностью (КПД насоса и КПД двигателя). При расчете насоса его параметры должны быть подобраны или определены такими, чтобы они удовлетворяли потребностям системы, в составе которой насос находится и функционирование которой он обеспечивает. Поэтому определение параметров насоса следует предварить определением потребностей системы - необходимого расхода среды в системе и ее гидравлических сопротивлений при этом расходе. Необходимый расход среды в системе определяется ее назначением, мощностными параметрами обслуживаемого системой оборудования, температурным режимом системы.

На эскизной стадии проектирования ЯЭУ некоторые параметры систем и параметры входящих в их состав насосов могут быть определены достаточно полно. Например, расход теплоносителя в активной зоне ЯР и принимаемая в соответствии с этим подача ЦНПК; расход рабочего тела в ветвях рабочего контура и принимаемые значения подачи конденсатных и питательных насосов; расход охлаждающей воды в главном конденсаторе и подача насоса технического водоснабжения. В то же время ряд параметров систем может быть лишь приближенно оценен по прототипным данным - тепловые нагрузки систем охлаждения вспомогательного оборудования, расход среды в системе подпитки, гидравлические сопротивления систем и др. В некоторых случаях приходится принимать в состав разрабатываемой ЯЭУ из прототипной установки насос в целом, так как степень проработки ЯЭУ на настоящей стадии еще не дает достаточного количества исходных данных для расчета параметров системы и насоса.

Как правило, насос в составе системы работает с параметрами, несколько отличными от номинальных. Это вызвано тем, что номинальные параметры насоса принимают с некоторым завышением над потребностями обслуживаемой им системы даже в самом нагруженном ее режиме. Например, превышение подачи насоса на его износ, на взаимное резервирование двух параллельно работающих насосов, если оно предусмотрено. Иногда запас по некоторым параметрам вызван дискретными значениями стандартизированных параметров, например, мощности приводных двигателей. В связи с этим эксплуатационные параметры насоса и его приводного двигателя, в том числе и потребляемая двигателем мощность, могут существенно отличаться в меньшую сторону от номинальных значений. Эти эксплуатационные параметры также необходимо определить, так как именно они должны быть положены в основу баланса энергии на обеспечение расчетного режима работы ЯЭУ в целом, т.е. для определения расхода энергии на собственные нужды.

 

Определение номинальных параметров насосов

Номинальные параметры циркуляционных насосов рекомендуется определять в такой последовательности:

а) исходя из потребностей системы, определяют номинальную подачу и номинальное давление насоса;

б) выбирают тип и определяют номинальную мощность насоса;

в) выбирают тип и определяют номинальную мощность приводного двигателя.

Подачу насоса определяют как объемную подачу Q_цн (м³/с) или как массовую подачу G_цн (кг/с). На практике чаще используется объемная подача. Очевидно, что

 

Q_цн = G_цн ×v, (1)

 

где v - удельный объем перекачиваемой жидкости, определяемый в функции давления и температуры жидкости, м³/кг.

Номинальная объемная подача насоса Q_цн^ном должна быть равна суммарному расходу среды в системе (деленному на количество параллельно работающих насосов), увеличенному на коэффициент запаса на износ насоса. Количество параллельно включенных насосов принимается предварительно по прототипу и в последующем может быть уточнено при определении типа насоса. Для каждого из рассматриваемых насосов расход среды в системе следует взять из выполненного ранее расчета рабочего контура.

Если схема не предусматривает особых вариантов подключения насоса (например, взаимное полное или частичное резервирование двух параллельно включенных насосов), то обычно

 

Q_цн^ном = К_з ×G_сист ×v / z_цн, (2)

 

где z_цн - количество параллельно работающих насосов;

К₃ - коэффициент запаса на износ насоса. Для водяных насосов можно принять К₃ = 1,15, для масляных насосов К₃ = 1,20;_сист - массовый расход среды в системе на наиболее нагруженном ее режиме, кг/с;- удельный объем перекачиваемой жидкости, м³/кг.

Номинальное давление насоса p_цн^ном - это разность давлений среды в выходном и входном патрубках насоса, если пренебречь скоростной составляющей r(w_вых² - w_вх²)/2. Оно также определяется потребностями системы. Если речь идет о циркуляции среды в замкнутой системе, то давление насоса определяется только гидравлическими сопротивлениями Dр_сист, которые, в свою очередь, определяются проходными сечениями и длиной трубопроводов, шероховатостью поверхности труб, вязкостью жидкости и местными сопротивлениями по трассе потока среды. Геодезическая составляющая в этом случае отсутствует. Тогда

 

р_цн^ном = Dр_сист. (3)

 

В этом случае рассматривают гидравлические сопротивления системы в целом или по отдельным ее участкам. Например, для первого контура сопротивления можно представить

 

Dр_Iк = Dр_яр + Dр_пг + Dр_труб. (4)

 

Для таких замкнутых систем гидравлические сопротивления можно принять по прототипной системе, имея в виду, что в последующем детальном проектировании системы (в эскизном проектировании ЯЭУ оно не выполняется), варьируя ее параметрами, можно будет обеспечить назначенное здесь давление насоса.

Если же речь идет о разомкнутой системе (например, система технического водоснабжения) или об отдельном участке замкнутой системы, обслуживаемом своим насосом (например, конденсатный трубопровод), то давление такого насоса определяется гидравлическими сопротивлениями системы, значениями давления на концах участка, а также геодезической составляющей в случае, если концевые участки системы расположены на разных отметках по высоте. Тогда

 

р_цн^ном = р_вых - р_вх + Dр_сист + Dр_геодез, (5)

 

где р_вых - давление в выходном сечении системы;

р_вх - давление во входном сечении системы;

Dр_сист - гидравлические сопротивления системы;

Dр_геодез - разность давлений в концевых сечениях системы, обусловленная разностью высот расположения сечений.

Иногда давление насоса в целом определяют в метрах столба жидкости (перекачиваемой жидкости или воды при температуре 20^оС). Эту величину принято называть напором. Соотношение между напором и давлением выражается известной зависимостью

 

H = Dр / (r ×g), (6)

 

где Dр - перепад давления, Па;

r - плотность воды, кг/м³;- ускорение земного тяготения, g = 9,81 м/с².

Заметим, что номинальную подачу и номинальное давление насоса следует принимать по дискретным значениям соответствующих параметрических рядов. Если таких специализированных параметрических рядов нет, то следует воспользоваться рядом предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-84). Некоторые сведения из ГОСТ 8032-84 приведены в приложении Б.

Номинальная частота вращения рабочих органов насоса n принимается в зависимости от принятого типа насоса, условий его работы и типа приводного двигателя. циркуляционный насос энергозатрата электроэнергия

В интересах экономичности и снижения массогабаритных показателей частота вращения n должна быть возможно большей. Однако, с увеличением частоты вращения несколько ухудшаются всасывающие свойства насоса, поэтому для насосов со сложными условиями всасывания (например, конденсатный насос, предвключенный питательный насос) обычно принимают пониженную частоту вращения рабочих органов. Для насосов большой подачи также может оказаться целесообразным снижение частоты вращения (например, ЦНПК, ЦНГК). Это способствует получению приемлемой конфигурации рабочих органов насоса, т.е. типа насоса.

Для прямодействующего привода насоса на выбор частоты вращения насоса влияет также тип привода. Если принят прямодействующий турбинный привод (паротурбинный или гидротурбинный), то частота вращения насоса может быть принята любой, но такой, чтобы она была приемлемой как для привода, так и для насоса. Если же принят электропривод (обычно асинхронный электродвигатель переменного тока), то частота вращения привода определяется зависимостью

_цн^ном = 60 ×f / P, (7)

 

где f - частота тока, Гц. Промышленная частота тока в силовых сетях f = 50 Гц;- количество пар полюсов электродвигателя, которое может принимать дискретные значения 1, 2, 3, 4 и т.д. Тогда частота вращения насоса может быть n_цн^ном = 3000, 1500, 1000, 750 об/мин и т.д.

По выражению (7) получают синхронную частоту вращения. С такой частотой вращается магнитное поле в асинхронном двигателе. Фактическая частота вращения ротора двигателя и рабочих органов насоса несколько меньше за счет скольжения ротора двигателя. Скольжение обычно небольшое - порядка 1...2%. Поэтому на практике одинаково часто в перечне параметров двигателя и насоса встречается как синхронная, так и асинхронная частота вращения.

Тип насоса принимают, исходя из его назначения и условий работы. Если позволяет вязкость перекачиваемой жидкости, то следует принимать динамические лопастные насосы (центробежные, диагональные или осевые) как наиболее простые и надежные. Если же вязкость жидкости может быть значительной (например, масло в системе смазки при низкой температуре в пусковом режиме установки), то применяют насосы объемного типа - винтовые или шестеренные. Могут применяться насосы объемного типа при необходимости получения большого напора при малой подаче насоса. Например, насосы закачки небольшого количества различных химреагентов в первый контур. В этих случаях могут применяться поршневые насосы.

В нашем случае рассматриваемые насосы - динамические лопастные водяные насосы.

Заметим, что здесь тип насоса принимается предварительно. С учетом соотношения подачи и давления насоса, а также частоты его вращения тип насоса может быть уточнен. Уточнение происходит за счет изменения количества ступеней насоса для многоступенчатого насоса и количества параллельно включенных насосов, если их несколько, или количества потоков во многопоточном насосе.

Для динамических лопастных водяных насосов в целях уточнения типа насоса следует определить коэффициент быстроходности рабочего колеса

 

n_s = 20,1×n_цн^ном ×(Q_цн^ном)^0,5 /(p_цн^ном ×10^-3)^3/4, (8)

 

где n_цн^ном - номинальная частота вращения рабочего колеса насоса, об/мин;

Q_цн^ном - номинальная подача насоса, м³/с;

р_цн^ном - номинальное давление насоса или давление одного рабочего колеса при многоступенчатом насосе, Па.

Значение n_s характеризует конфигурацию рабочего колеса и его тип. Типы рабочих колес динамических лопастных водяных насосов показаны в таблице 1.

 

 

Таблица 1 - Типы рабочих колес динамических лопастных водяных насосов и их коэффициенты быстроходности

Колеса центробежных насосов			Колеса диагональных насосов	Колеса осевых насосов
Тихоходные	Нормальные	Быстроходные
ns = 35…80	ns = 80…150	ns = 150…350	ns = 350…500	ns = 500…1500

 

Заметим, что указанные пределы значений n_s следует понимать как ориентировочные. Например, в практике насосостроения можно встретить насосы с большим значением коэффициента быстроходности n_s (порядка 400), но конструктивно выполненные как быстроходные центробежные насосы. Если насос одноступенчатый, т.е. рабочий орган насоса состоит из одного рабочего колеса, то тип насоса в целом соответствует типу рабочего колеса, определяемому по таблице 1. Однако зачастую по зависимости (8) получается такое значение n_s, которое не укладывается в диапазоны, показанные в таблице 1. Это означает, что насос не может быть выполнен с рабочим органом в виде одного колеса.

Если полученное значение n_s очень низкое (например, 20...30 и ниже), то это означает, что рабочее колесо имеет неприемлемые конструктивные параметры: очень большой диаметр, малое междисковое расстояние. Экономичность такого колеса очень низкая. Для получения приемлемого значения n_s насос выполняют с несколькими последовательно включенными колесами (многоступенчатый насос). Тогда в зависимость (8) подставляют давление, развиваемое одним колесом, которое в общем случае при равномерной разбивке давления по ступеням составляет

 

р_к = р_цн / z, (9)

 

где z - количество последовательно включенных ступеней. Подбором соответствующего значения z можно получить приемлемое значение n_s колеса насоса.

В некоторых случаях по зависимости (8) получают слишком большое значение n_s. Тогда за счет установки нескольких параллельно включенных колес (или насосов) уменьшают значение подачи одного колеса Q_цн и добиваются снижения n_s. Иногда такая задача может быть решена за счет установки рабочего колеса двухстороннего входа, что равноценно установке двух параллельно работающих насосов. Снижения величины n_s можно достичь также снижением номинальной частоты вращения.

При подборе типа рабочего колеса насоса и определении значения n_s следует иметь в виду, что при низких значениях n_s гидравлическая характеристика насоса р-Q (или Н-Q) пологая, что позволяет подачу такого насоса достаточно экономично регулировать клапаном в системе (рисунок 1).

 

Рисунок 1 - Регулирование подачи насоса клапаном системы

 

Действительно, как следует из рисунка 1, при пологой характеристике р-Q с уменьшением подачи насоса за счет частичного прикрытия регулирующего клапана растет незначительно сопротивление системы и давление насоса, поэтому мощность насоса даже несколько уменьшается. В связи с этим для насосов, регулируемых клапаном системы, следует стремиться к малым значениям n_s - не выше 100...120 (до 200). Однако при этом следует помнить, что насосы с малым n_s обычно имеют более низкую общую экономичность.

Если же не предполагается регулирование подачи насоса или предусмотрено регулирование подачи изменением частоты вращения насоса, то целесообразно стремиться к получению высоких значений n_s. Это позволяет повысить общую экономичность насоса.

Мощность насоса (мощность, потребляемая насосом) на номинальном режиме определяется по зависимости:

_цн^ном = Q_цн^ном ×p_цн^ном / (h_цн^ном ×10³), кВт, (10)

 

где Q_цн^ном - объемная подача насоса, м³/с;

р_цн^ном - давление насоса, Па;

h_цн^ном - КПД насоса.

Номинальную мощность насоса как один из паспортизируемых параметров следует принять по ряду предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-84) (см. приложение Б).

Заметим, что в выражении (10) произведение Q_цн^ном×р_цн^ном представляет собою полезную мощность насоса, т.е. мощность, сообщаемую потоку перекачиваемой жидкости.

Значение КПД насоса (отношение полезной мощности насоса к его потребляемой мощности) на номинальном режиме h_цн^ном зависит от типа насоса, его конструктивного исполнения, рода перекачиваемой жидкости, подачи насоса. Сложное влияние указанных факторов на КПД можно учесть, принимая его значение по прототипному насосу. Для динамических лопастных водяных насосов величину h_цн^ном можно также оценить по обобщенным данным, представленным на рисунке 2.

 

Рисунок 2 - Зависимость номинального КПД динамических лопастных водяных насосов от коэффициента быстроходности n_s и объемной подачи Q_цн: 1 - Q_цн^ном = 0,0064 м³/с (23 м³/ч); 5 - Q_цн^ном = 0,192 м³/с (690 м³/ч); 2 - Q_цн^ном = 0,0125 м³/с (45 м³/ч); 6 - Q_цн^ном = 0,64 м³/с (2300 м³/ч); 3 - Q_цн^ном = 0,032 м³/с (115 м³/ч); 7 - Q_цн^ном = более 0,64 м³/с (более 2300 м³/ч) 4 - Q_цн^ном = 0,064 м³/с (230 м³/ч);

 

Тип привода насоса выбирают, исходя из назначения, мощности, конструктивных особенностей насоса и условий его работы. Некоторые насосы могут быть навешены на главный двигатель (например, масляный насос главной турбины).

В качестве приводного двигателя, как правило, применяют электродвигатель переменного тока - асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. Это достаточно простой и надежный в эксплуатации агрегат. Основные его недостатки - ограничение частоты вращения величиной в 3000 об/мин и невозможность плавного регулирования частоты вращения. Для таких электродвигателей при необходимости может быть предусмотрено двухступенчатое регулирования частоты вращения, для чего в нем предусматривают два комплекта обмоток статора, каждая из которых выполнена с соответствующим количеством пар полюсов.

Для насосов большой мощности может быть применен паротурбинный привод. Если насос расположен в непосредственной близости к паротурбинной установке, то системы, его обслуживающие (паропровод, система охлаждающей воды, конденсатная система и др.), компонуются достаточно просто. Паротурбинный привод, исключая многоступенчатое преобразование тепловой энергии (тепловая энергия - электроэнергия - механическая энергия насоса), может дать некоторый энергетический выигрыш, если приводная турбина имеет достаточно развитую проточную часть и высокий КПД. Частота вращения такого насоса может быть принята больше 3000 об/мин. Кроме того, паротурбинный привод позволяет плавно регулировать частоту вращения насоса, что в некоторых случаях является важным, например, для питательного насоса, подача которого должна регулироваться плавно в соответствии с мощностью и паропроизводительностью ППУ.

В некоторых случаях может оказаться целесообразным гидротурбинный привод насоса. Например, в ПТУ с паровой турбиной К-1000-60/3000 для насоса конденсата греющего пара пароперегревателя применен гидротурбинный привод. Такие приводы применяются, как правило, у насосов умеренной мощности. Энергетического выигрыша такие приводы обычно не дают. Их применение обусловлено удобством компоновки системы, в составе которой работает насос.

Привод насоса, как правило, прямодействующий. В этом случае n_дв = n_цн. Однако, в некоторых случаях в приводе насоса применяют понижающую передачу. Например, в установках с реактором ВВЭР-1000 применен турбопитательный насос, который разделен на два последовательно включенных насоса: предвключенный насос и основной насос. Предвключенный насос развивает сравнительно небольшой напор (Н_пр.пн = 215 м при общем напоре Н_пн = 1025 м). С учетом более тяжелых условий всасывания предвключенного насоса его частота вращения принята примерно в два раза ниже частоты вращения основного насоса (n_пр.пн = 1800 об/мин; n_осн.пн = 3500 об/мин), для чего он подключен к общему паротурбинному приводу через понижающую зубчатую передачу с передаточным отношением i~2. В связи с небольшой долей мощности, идущей на предвключенный насос, потери в редукторе сравнительно невелики. Для одноступенчатых редукторов насосных агрегатов КПД можно принять h_ред = 0,96...0,98.

Если в приводе насоса не предусмотрен редуктор или иное преобразующее устройство, то мощность приводного двигателя равна мощности, потребляемой насосом. Однако, так как приводные двигатели применяются дискретных стандартизированных значений мощности, то

_дв^ном ³ N_цн^ном(11)

 

где N_дв^ном - ближайшая большая мощность из стандартизированного ряда мощностей двигателей.

Если в качестве привода принят электродвигатель, то при определении его мощности Nдвном можно воспользоваться нормами ГОСТ 12139-84 (Машины электрические вращающиеся. Ряды номинальных мощностей, напряжений и частот). Некоторые сведения из ГОСТ 12139-84 приведены в приложении В.

Если специализированного стандартизированного ряда мощностей для двигателей принятого типа нет, то можно воспользоваться рядом предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-84).

Заметим, что в некоторых случаях мощность насоса существенно меняется с изменением температуры перекачиваемой воды. Это особенно хорошо видно на примере ЦНПК. Номинальные параметры насоса определяют на основе параметров, присущих насосу при его работе на горячей воде (основной режим использования насоса). В то же время насос должен обеспечить и пусковой режим установки, когда вода в контуре холодная. В режиме холодной воды существенно меняется характеристика насоса, возрастают гидравлические сопротивления контура, в результате чего потребляемая насосом мощность существенно больше. Мощность приводного двигателя следует принимать, ориентируясь на эту увеличенную мощность насоса. В нашем же случае, когда с учетом ограниченного бюджета времени мы производим расчет параметров насоса только в "горячем" режиме, мощность двигателя следует принимать с завышением, заметно большим, чем этого требует только дискретный стандартизированный ряд мощностей двигателей. Меру завышения мощности можно оценить примерно, ориентируясь на параметры прототипного насоса.

Номинальный КПД приводного двигателя существенно зависит от типа двигателя и его мощности. В этой связи при выборе значений КПД двигателя целесообразно ориентироваться на прототипный двигатель. Если такими данными проектант не располагает, то можно для оценочных расчетов принять:

а) для асинхронных электродвигателей переменного тока h_дв^ном = 0,95...0,96. Столь высокие значения КПД электродвигателей в основном достигаются повышением напряжения в сети собственных нужд (6 кВ) и соответсвующим снижением силы тока в мощных электродвигателях. Это способствует значительному снижению нагрева двигателя, т.е. потерь в двигателе;

б) для паротурбинного привода в расчет можно принять h_i ~ 0,8; h_мех.тп ~ 0,98.