2 ОПИСАНИЕ ПИТАТАЕЛЬНОГО НАСОСА
2.1 Технология получения электроэнергии
На станции имеется 10 энергетических котлов и 7 турбогенераторов. Котлы могут работать на твердом топливе (уголь, промпродукт) и на газу.
В котлах вода нагревается и поступает на главную паровую магистраль (ГПМ), которая разделена на первую и вторую очереди. На первой очереди давление пара составляет 90 кг/см2, а температура 500оС, на второй - 130 кг/см2 и 550 оС. Между собой первая и вторая очереди соединены РОУ (редукционная охладительная установка), с помощью которой осуществляется переброска пара с одной очереди на другую.
Пройдя ГПМ пар идет в турбины турбогенераторов, вращая её со скоростью 3000 об/мин. С обмотки статора генераторов снимается напряжение 10 кВ которое по шинным мостам поступает в главное распределительное устройство 10 кВ (ГРУ-10). Потеряв в турбине большую часть своей энергии, пар проходит в конденсатор, где охлаждается и превращается в конденсат. Конденсатными насосами конденсат откачивается в ПНД (подогреватель низкого давления), где он подогревается до 95оС. Подогретый конденсат поступает в деаэратор. В деаэраторе конденсат очищается от лишнего кислорода, который попадает в него через неплотности в системе. Затем питательная вода поступает на всас питательных насосов. Питательные насосы закачивают воду в ПВД для нагрева до 250 оС. Затем вода поступает в питательный коллектор, откуда и происходит распределение ее по котлам.
Во время цикла происходит неминуемые потери питательной воды. Для восполнения потерь используют сырую воду, которую берут из реки Шексна. Сначала вода очищается от механических примесей. Затем она проходит через ПСВ (подогреватель сырой воды), где нагревается до 35 оС. Подогретая сырая вода с помощью насосов сырой воды поступает в отделение ХВО (хим-водоочистки). Пройдя несколько ступеней очистки, сырая вода избавляется от всех химических примесей. Насосы обессоленной воды перекачивают обессоленную воду в ПОВ (подогреватели обессоленной воды), где она нагревается до 95оС. Подогретая вода поступает в атмосферные деаэраторы, где проходит первичную очистку от излишков кислорода. Готовая питательная вода перекачивающими насосами перекачивается в деаэраторы и включается в цикл питательной воды. Схема циркуляции питательной воды представлена на рисунке 2.1
2.2 Насосы тепловых электростанций
По назначению, характеру работы, роду перекачиваемой жидкости и параметрам на ТЭЦ используются центробежные и осевые насосы различной конструкции. Это центробежные насосы низкого, среднего и высокого давления; одноступенчатые насосы с односторонним и двусторонним всасыванием, многоступенчатые насосы для чистой воды, насосы для масла, мазута пр.
Питательные насосные агрегаты современных тепловых электростанций с полным основанием могут быть отнесены к числу основного энергетического оборудования.
Конструкция питательных насосов должна отвечать следующим основным требованиям:
а) обеспечивать полную внешнюю герметичность и отсутствие перетоков в местах уплотнительных стыков;
б) предусматривать свободное температурное расширение отдельных узлов и деталей без нарушения их взаимной центровки;
в) обеспечивать динамическую устойчивость во всем диапазоне работы насоса;
г) быть удобной в сборке, разборке и обслуживании;
д) обеспечивать длительную эксплуатацию (обычно не менее 10000 ч) без замены основных деталей и заметного снижения параметров.
Мощность привода современных питательных насосов достигает десятков тысяч киловатт. Это — машины, работающие с высокими числами оборотов и довольно сильно нагруженными элементами конструкции.
Питательная вода из деаэратора поступает во входной патрубок насоса. Пройдя через полуспиральный или кольцевой подвод, предназначенный для создания наиболее благоприятных условий при обтекании потоком вращающегося вала, вода поступает в рабочее колесо 1-й ступени.
Рабочее колесо является органом насоса, в котором происходит превращение механической энергии привода в гидравлическую энергию жидкости, состоящую из потенциальной энергии давления в кинетической энергии потока воды. В питательных насосах стремятся получить максимальное приращение потенциальной энергии давления, поэтому жидкость после рабочего колеса поступает в лопаточный отвод, в диффузорных каналах которого происходит превращение части кинетической энергии в потенциальную. По переводным каналам лопаточного отвода жидкость попадает в обратные подводящие каналы, по которым она подводится к рабочему колесу следующей ступени. Так как вода движется по каналам проточной части с большими скоростями (40—60 м/сек), они должны иметь благоприятную в гидравлическом отношении форму и довольно высокую чистоту поверхности для уменьшения гидравлических потерь.
Пройдя последовательно через все ступени и получив соответствующее приращение энергии, вода поступает в пространство между внутренним и наружным корпусом, а оттуда - в напорный патрубок. В однокорпусных насосах вода после последней ступени поступает непосредственно в напорный патрубок.
Из-за разности давления на входе в рабочее колесо 1-й ступени и на выходе из последней ступени внутренний корпус прижимается к наружному, обеспечивая требуемое удельное давление в уплотняющем стыке и на стыках секций внутреннего корпуса.
При работе насоса на ротор действует осевое усилие, величина которого
достигает нескольких десятков тонн. Для уравновешивания осевого усилия и снижения давления перед концевыми уплотнениями стороны нагнетания предусмотрен узел гидравлической разгрузки, работа которого происходит по следующей схеме.
Часть жидкости после выхода из последней ступени стремится через цилиндрическую щель между втулкой вала и втулкой гидропяты, а затем и через торцовую щель между разгрузочным диском и подушкой гидропяты пройти наружу. При протекании жидкости по щелям происходит дросселирование давления. В камере за разгрузочным диском устанавливается давление, величина которого немного превышает давление всасывания. Из камеры гидропяты жидкость обычно отводится во всасывающий патрубок насоса или в деаэратор.
Вследствие разности давления на диск гидропяты действует сила, направленная в сторону, противоположную действию осевой силы ротора. Величина этой силы зависит от перепада давления на гидропяте, который в свою очередь зависит от величины торцового зазора между диском и подушкой. Если по каким-либо причинам торцовый зазор увеличился, через торцовую щель будет проходить большее количество жидкости и давление в камере возрастет. Сила давления на диск уменьшится, и под действием осевой силы ротор будет смещаться в сторону всасывания, уменьшая тем самым торцовый зазор. Уменьшение зазора будет происходить до тех пор, пока осевое усилие не уравновесится силой, действующей на разгрузочный диск. Таким образом, при работе насоса происходит автоматическое регулирование торцового зазора и уравновешивание осевого усилия. Геометрические размеры цилиндрической и торцовой щели, от которых зависит величина дросселируемого давления, выбираются таким образом, чтобы торцовый зазор находился в пределах 0,1 - 0,15 мм. При этом получаются оптимальные условия в части снижения протечек через гидропяту и обеспечения необходимой надежности в работе узла гидропяты, выраженной в предупреждении задирания.
Гидравлическая разгрузка является наиболее ответственным узлом насоса,
определяющим его надежность. Поэтому при эксплуатации необходимо особое внимание уделять правильной его работе.
Так как в гидропяте давление дросселируется до давления всасывания, то оба концевых уплотнения насоса работают примерно в равных условиях.
Для повышения надежности работы питательный электронасосный агрегат имеет индивидуальную маслоустановку, которая служит для обеспечения смазки подшипников, зубчатых муфт.
Маслоустановка состоит из следующих основных узлов: рабочих и пускорезервных маслонасосов, масляного бака, маслоохладителей и фильтра, арматуры, фланцев и трубопроводов.
Работа маслосистемы контролируется измерительными и автоматическими приборами.
Питательные насосные агрегаты поставляются с комплектом щитов аппаратуры автоматики, предназначенной для управления, контроля, защиты и сигнализации. Вся аппаратура смонтирована в двух стандартных шкафах, причем в одном из них расположены приборы контроля давления. Щиты устанавливаются в непосредственной близости от насосов, датчики — непосредственно в местах контроля. Щиты поставляются в полностью собранном виде.
2.3 Питательные насосы ТЭЦ - ПВС
В настоящее время на станции имеется 10 питательных насосов. 5 на первой очереди и 5 на второй. Насосы первой очереди насосы 2, 3, 5, 6, 7 типа АПЭ-270/130 - 3 - Т приводятся в движение электродвигателями мощностью 2500 кВт и номинальным напряжением 3 кВ. На второй очереди установлены насосы 8 - 12 типа АПЭ500 – 180 – 3 – Т, которые приводятся в движение электродвигателями мощностью 4000 кВт и номинальным напряжением 6 кВ.
Двигатели с номинальным напряжением 3 кВ запитываются непосредственно с распределительного устройства собственных нужд напряжением 3,15 кВ (РУСН – 3,15), а двигатели с номинальным напряжением 6 кВ запитаны с главного распределительного устройства напряжением 10 кВ (ГРУ – 10) через понижающий трансформатор 10/6 типа ТМ6300/10А соединенный по схеме звезда – треугольник. ПЭН – 11 запитан с ячейки № 000, которая находится на шестой секции ГРУ – 10.
Рисунок 2.2 - Электроснабжение электродвигателей питательных насосов:
а - первой очереди; б - второй очереди
2.4 ПЭН № 11 ТЭЦ - ПВС
В условном обозначении насоса - ПЭ500-180-3-Т и агрегата - АПЭ500-180-3-Т буквы и цифры обозначают:
ПЭ–питательны с электроприводом;
500 – номинальная подача;
180 – давление в номинальном режиме;
3 – порядковый номер модификации;
Т – торцовое уплотнение;
А – отличительный индекс агрегата.
Технические параметры питательного насоса ПЭ500-180-3-Т представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Технические данные насоса ПЭ500-180-3-Т
Наименование показателя | Значение показателя |
I. Показатели назначения по параметрам для номинального режима работы | |
Подача, м3/с (м3/ч) | 13,9*10-2 (500) |
Напор, м | 1975 |
Давление на входе в насос, не более, МПа (кгс/см2) | 1 (10) |
Давление насоса, МПа (кгс/см2) | 18 (180) |
Частота вращения, С-1 (об/мин) | 49,75 (2985) |
Мощность, кВт насоса (агрегата) | 3125 (3235) |
II. Показатели назначения по перекачиваемым средам (питательной воды) | |
Температура на входе в насос, К (0С), не более | 438 (165) |
Водородный показатель, ед*pH | 7 – 9,5 |
Максимальный размер твердых частиц, мм | 0,1 |
Максимальная концентрация твердых частиц, мг/л | 5 |
III. Показатели технической и энергетической эффективности в номинальном режиме | |
КПД, %, не менее насоса (агрегата) | 78 (75) |
Удельный расход энергии насоса (агрегата) | 1,28 (1,33) |
Допускаемый кавитационный запас, м | 15 |
Внешняя утечка, м3/ч (л/ч), не более | 0,56*10-6 (2) |
IV. Конструктивные показатели | |
Масса, кг, не более насоса (агрегата) | 10400 (22340) |
Габариты, мм не более насоса | 3100х1900х1740 |
3 РАСЧЕТ СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
3.1 Выбор электродвигателя
На основании заданных для насоса подачи и суммарного напора, определяется мощность на валу, в соответствии с которой и выбирают мощность приводного двигателя.
Мощность Р, кВт на валу центробежного насоса определяем по формуле [2 с. 303]
, (3.1)
где с1 – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3 для воды 1000
кг/м3;
g – ускорение свободного падения, g = 9, 81 м/с2;
Q – подача насоса, м3/с;
Н –напор, создаваемый насосом, м;
- КПД насоса;
- КПД промежуточного вала.
кВт
Выбираем электродвигатель 4АЗМ – 4000/6000УХЛ4 серии АТД4
Технические параметры электродвигателя сводим в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 - Параметры электродвигателя 4АЗМ – 4000/6000УХЛ4
Наименование показателя | Значение показателя |
Номинальное напряжение питания Un, B | 6000 |
Продолжение таблицы 3.1
Номинальная частота питающей сети fn, Гц | 50 |
Номинальная мощность Pn, кВт | 4000 |
Номинальная частота вращения nn, об/мин | 3000 |
Наименование показателя | Значение показателя |
Номинальное скольжение Sn, % | 0.5 |
Номинальный ток In, А | 444 |
ММАКС/МН | 2.2 |
ММИН/МН | 0.7 |
МПУСК/МН | 0.9 |
IПУСК/IH | 5.7 |
КПД | 97.3 |
| 0.89 |
Максимально допустимый эквивалентный динамический момент инерции механизма J, кг*м2 | 290 |
Средняя наработка на отказ, ч | 18000 |
Номинальный режим работы | S1 |
Масса, кг | 10100 |
Степень защиты | IP44 |
Класс изоляции | F |
, %
3.2 Построение Q-Н характеристик насоса
Основной характеристикой насосов, вентиляторов и компрессоров является зависимость развиваемого напора Н от подачи Q. Указанные зависимости представляются обычно в виде графиков Н-Q для различных скоростей механизма. Н-Q характеристику насоса берем из паспорта насоса.
Построим характеристики Н-Q центробежного насоса для различных скоростей в заданном диапазоне регулирования: 
, если характеристика 1 при щ = щН показана на рисунке 3.1
Рисунок 3.1 - H-Q характеристика насоса ПЭ500-180-3-Т при 
На характеристике при щ = щН отмечаем точки А1, В1, С1.
м3/ч
м
м3/ч
м
м3/ч
м
Построим характеристику насоса для 
: для точки А2:
м3/ч
м
- для точки В2
: 
м3/ч
м
- для точки С2
: 
м3/ч
м
Аналогично строим точки А3, В3, С3 для 
и точки А4, В4, С4, для 
Результаты заносим в таблицу 3.2
Таблица 3.2 - Результаты расчета точек Q-H характеристики насоса при
, 
и 
А1 | В1 | С1 | А2 | В2 | С2 | А3 | В3 | С3 | А4 | В4 | С4 | |
Q, м3/ч | 500 | 400 | 300 | 400 | 320 | 240 | 350 | 280 | 210 | 250 | 200 | 150 |
H, м | 1975 | 2113 | 2192 | 1264 | 1343 | 1402 | 967 | 1035 | 1074 | 493 | 528 | 553 |
По результатам строим Q-H характеристики в заданном диапазоне регулирования для 
, 
и 
.
Рисунок 3.2 - Q-H характеристика для 
, 
и 
Определяем значение мощности регулирования производительности механизма изменением частоты вращения привода, заносим их в таблицу и строим графики изменения мощности в зависимости от скорости.
Полезная мощность Р2, кВт [2 с. 320]
(3.2)
где 
- номинальная частота вращения насоса, рад/с;
- изменяемая частота вращения, рад/с;
– мощность, потребляемая насосом от привода с учетом КПД, кВт.
Электромагнитная мощность, потребляемая электродвигателем из сети, кВт [2 с. 320]
(3.3)
