7.3. Главный циркуляционный насос

Важным элементом реакторного контура является главный циркуляционный насос (ГЦН). В системе мощной АЭС любого типа циркуляция теплоносителя в нормальной эксплуатации принудительная. Большая протяженность циркуляционного контура, составляющая, например, для каждой петли ВВЭР-1000 более 46 м, значительная скорость теплоносителя и стремление к компактности размещения оборудования приводят к значительным сопротивлениям, преодоление которых за счет естественной циркуляции возможно только при малой нагрузке — это и используется в аварийных ситуациях. ГЦН предназначен для работы при высоком давлении, но может работать и при низком — начиная с 2,0 МПа, что необходимо при пусковых операциях.

Основное требование, предъявлявшееся к ГЦН в начале развития атомной энергетики, сводилось к полному отсутствию протечек, что существенно усложняло и удорожало конструкцию насоса. Такие герметичные ГЦН по стоимости составляли заметную долю стоимости всей станции. Рабочее колесо, электродвигатель и вал были герметизированы в

общем корпусе, соединяемом с трубопроводами контура. Недостатком этих насосов являлся также их низкий КПД-60-65%. Для современных реакторных контуров такие насосы не используются, а применяются ГЦН с контролируемыми протечками среды, организованно возвращаемыми в контур. Для уменьшения таких протечек разработаны механические уплотнения вала насоса и относительно несложные вспомогательные контуры уплотняющей воды. Эти насосы вдвое дешевле герметичных в основном за счет перехода к выносному электродвигателю обычного исполнения. КПД таких насосов на 12 — 15 % больше герметичных. Так же как и для герметичных насосов использована одноступенчатая конструкция с одним рабочим колесом с консольным расположением его на вертикальном валу, обеспечивающим удобство обслуживания.

Циркуляционные насосы с механическим уплотнением вала (рис. 7.7) обеспечивают утечки ограниченные, относительно стабильные и контролируемые в эксплуатации. Гидравлическая часть насоса

Рис. 7.7. Установка циркуляционного насоса большой производительности с маховиком — ГЦН- 195 для АЭС с ВВЭР:
Рис. 7.7. Установка циркуляционного насоса большой производительности с маховиком — ГЦН- 195 для АЭС с ВВЭР:

1 — вал электродвигателя; 2 — маховик; 3 — электродвигатель; 4 — соединительная муфта; 5 — радиально-упорный подшипник; 6 — узел уплотнения; 7 — корпус; 8 — опорные лапы

состоит из эллиптического корпуса, проточной части со всасывающим и нагнетательным патрубками, одностороннего рабочего колеса, консольно расположенного на валу ротора, направляющего аппарата и узлов уплотнения.

Насосный агрегат имеет следующие вспомогательные системы (рис. 7.8): масляную систему для подачи масла на смазку верхнего подшипника, состоящую из маслонасосов, маслоохладителей и фильтров; систему охлаждения элементов насосного агрегата и электродвигателя технической водой промежуточного контура; систему подпитки, предназначенную для запирания теплоносителя первого контура в зоне уплотнения вала насоса путем подачи в камеру уплотнения очищенного и дегазированного теплоносителя с давлением, превышающим давление в контуре. При этом часть уплотняющей воды через уплотнение поступает в контур, не допуская выхода наружу радиоактивной воды, а остальная часть сбрасывается в деаэратор подпитки контура для ВВЭР и в основной деаэратор для РБМК.

Рис. 7.8. Уплотнения циркуляционного насоса ГЦН-195:
Рис. 7.8. Уплотнения циркуляционного насоса ГЦН-195:

1, 2 — отвод и подвод воды промконтура; 3 — отвод на дроссель; 4, 5 — сливы утечек воды и масла; 6, 7 — отвод и подвод масла; 8 — подвод запирающей воды

Для предотвращения нарушения целостности оболочек твэлов из-за перегрева необходима непрерывная циркуляция теплоносителя через активную зону не только при нормальном режиме, но и в аварийных ситуациях. Для продолжения циркуляции при временном обесточивании ГЦН с механическим уплотнением вала снабжают маховиком на валу электродвигателя насоса. При прекращении электропитания это обеспечивает продолжительность работы насоса до полного останова более одной минуты. На рис. 7.9 показано изменение подачи таких насосов

Рис. 7.9. Расход теплоносителя через ГЦН — 195 в зависимости от времени с момента прекращения электропитания
Рис. 7.9. Расход теплоносителя через ГЦН — 195 в зависимости от времени с момента прекращения электропитания

с момента прекращения электропитания. Из рисунка видно, что в течение 30 с циркуляция теплоносителя еще достаточна — расход по контуру ВВЭР уменьшается в 2,7 раза, после чего начинается переход на естественную циркуляцию.

Аналогичные ГЦН применяют и для РБМК. Основные данные для этих насосов приведены в табл. 7.3. Для ВВЭР и РБМК по-разному решается вопрос выбора числа ГЦН и их резервирования. Для ВВЭР каждый ГЦН обслуживает свою петлю. Большой диаметр соответствующего ГЦН каждой петли делает ненужным установку резервного ГЦН. В противоположность этому для РБМК ГЦН каждой половины реактора работают с общим всасывающим и общим напорным коллекторами (см. рис. 7.5). Это вынуждает предусматривать резервные ГЦН. Так, для РБМК устанавливают для каждой половины реактора по три работающих ГЦН и один резервный, все с одинаковой подачей, то есть всего для реактора — шесть работающих ГЦН и два резервных.

Таблица 7.3. Основные характеристики главных циркуляционных насосов для
ВВЭР (ГЦН-195) и РБМК-1000 (ЦВН-8)

Основные характеристики ГЦН-195 ЦВН-8
Подача, м3 20000 8000
Рабочая температура, ℃ 300 290
Давление на всасе, МПа 15,6 7,0
Напор, МПа 0,675 ±0,0025 1,56
Частота вращения, с-1 16,7 16,7
Потребляемая мощность, МВт 5,3 4,5
Допускаемые протечки, м3 0,3-3,0 0,1-0,5
Масса с электродвигателем, т 118 106
Размеры в плане, мм 4700-5000 3070-2750
Высота, мм 1150 9850

Эксплуатация АЭС с ВВЭР-440 возможна не только при шести работающих ГЦН, но и при пяти, четырех и даже трех ГЦН с соответствующим снижением мощности. Работа менее чем с тремя ГЦН не допускается.