Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

THE COMPARING OF CHARACTERISTICS OF THE COOLING SYSTEM CIRCULATION PUMPS OF THE MODERN STEAM TURBINE INSTALLATIONS

Gusev I.V. 1 Kiryukhin A.A. 2 Chubarov F.L. 2
1 JSV «Kaluzhskiy Turbinnyy Zavod»
2 The Kaluga branch of Moscow State Technical University named after N.E. Bauman
The article provides the analysis of weight and size and vibration characteristics of the cooling system circulation pumps of the modern vehicle type steam turbine installations, as well as information on the new model of the sealed circulation pump with synchronous motor. It is defined a superiority sealed circulator with synchronous motor on the weight and size characteristics. On the basis of the experimental data, the superiority of this model of the pump on the vibration characteristics in a wide frequency range also showed. The excess of vibration and noise at certain frequencies offered remedied by reprogramming of the frequency converter and narrow-band filters setting. The vibration and noise excess at certain frequencies is analyzed. The ways of solving this problem are identified, as well as directions for further research. The vibration and noise excess at certain frequencies is offered to remedied by reprogramming the frequency converter and installing narrowband filters to 160 Hz.
physical characteristics
vibration characteristics
circulation pump
steam-turbine plant
cooling system
the spectrogram
1. Golobokov G.V., Kirjuhin A.A., Lukashenko Ju.L., Semenov Ju.M., Abramov A.V. Jetapy sozdanija maloshumnogo nasosnogo oborudovanija dlja perspektivnyh zakazov // Vzgljad v budushhee 2012: materialy H molodezhnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii. OAO CKBMT «Rubin». 2012. рр. 272–277.
2. Kirjuhin A.A., Kolcov S.M. Osobennosti i perspektivy sovmestnogo primenenija sistem vibracionnoj i parametricheskoj diagnostiki pri provedenii ispytanij paroturbinnyh ustanovok i ih komplektujushhih // Vzgljad v budushhee 2010: materialy VIII molodezhnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii. 2010. 4 р.
3. Kirjuhin A.A., Kolcov S.M., Abramov A.V. Primenenie sistem vibracionnogo i parametricheskogo kontrolja pri ispytanijah turbin bolshoj moshhnosti, kak jetap sozdanija sovmestnoj sistemy diagnostiki // Vzgljad v budushhee 2011: materialy IX molodezhnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii. 2011. 4 р.
4. Kirjuhin A.A. Osobennosti jeksperimentalnoj otrabotki i diagnostiki maloshumnyh blochnyh jelektronasosov // Sudovaja i promyshlennaja akustika: sbornik trudov konferencii molodyh uchenyh i specialistov, FGUP «CNII im. akad. A.N. Krylova». 2010. 4 р.
5. Kirjuhin A.A., Gusev I.V. Analiz massogabaritnyh i vibracionnyh harakteristik cirkuljacionnyh nasosov sistem ohlazhdenija sovremennyh paroturbinnyh ustanovok transportnogo tipa // Jenergetika. Jekologija. Jenergosberezhenie: tezisy dokladov nauchno-prakticheskoj konferencii k 25-letiju obrazovanija Nauchno-proizvodstvennogo vnedrencheskogo predprijatija «Turbokon». 2016. 2 р.

Циркуляционные насосы системы охлаждения современных паротурбинных установок (ПТУ) являются одним из основных источников их шума и вибрации. К таким насосам предъявляются высокие требования, касающиеся массогабаритных, виброшумовых характеристик (ВШХ) и показателей гидродинамического шума (ГДШ).

В течение нескольких десятилетий ПТУ комплектовались различными моделями циркуляционных насосов. Первыми стали циркуляционные насосы с турбоприводом, затем применялись циркуляционные насосы с асинхронным электроприводом и частотным регулятором оборотов. Результаты испытаний таких насосов подробно рассмотрены в [1]. Несмотря на лучшие показатели ВШХ и ГДШ, новая конструкция обладала худшими массогабаритными характеристиками (таблица).

Массогабаритные характеристики главных циркуляционных насосов в относительных величинах

Насос

Габаритные размеры

Масса

Длина

Ширина

Высота

Насос

Пускатель

Циркуляционный насос с турбоприводом

1,65

0,66

1,92

2,38

0,15

Циркуляционный насос с электроприводом

1,46

0,6

2,45

3,05

0,6

Герметичный циркуляционный насос с синхронным электродвигателем

1

1

1

1

1

pic_17.tif

Рис. 1. Герметичный циркуляционный насос с синхронным электродвигателем: 1 – корпус циркуляционного насоса; 2 – ротор в сборе; 3 – статор электродвигателя; 4 – подшипник упорный; 5 – подшипник опорный

Для уменьшения массогабаритных характеристик был создан герметичный циркуляционный насос с синхронным электродвигателем (рис. 1).

Это осевой одноступенчатый насос с синхронным электродвигателем и горизонтальным расположением вала. Ротор электронасоса вращается в подшипниках скольжения, выполненных из силицированного графита. Электродвигатель состоит из обмотки статора и пакета ротора с постоянными магнитами, размещенными в корпусе насоса и на колесе насоса соответственно. Рабочее колесо насоса встроено в ротор двигателя. Охлаждение двигателя – жидкостное, внутренняя часть охлаждается перекачиваемой водой, наружная часть – водой конденсатно-питательной системы (КПС). Статор имеет герметичную внутреннюю обечайку, защищающую обмотку статора от перекачиваемой жидкости, обмотка ротора также защищена гильзой. Обечайка статора и гильза ротора выполнены из титанового сплава. Перекачиваемая жидкость проходит внутри двигателя, находясь под полным рабочим давлением. При этом обеспечивается полная герметизация статора и ротора. В сравнении с аналогами конструкция обладает значительно лучшими массогабаритными характеристиками (таблица).

В настоящий момент завершены стендовые испытания герметичного моноблочного циркуляционного насоса с синхронным электродвигателем. Так как испытания всех типов насосов проводились на одном и том же стенде [2, 3, 4], можно проводить достоверный сравнительный анализ их характеристик. Принципиальная гидравлическая схема испытательного стенда представлена на рис. 2.

Результаты испытаний приведены в виде спектрограмм вибрации нагнетательного патрубка в горизонтальном, вертикальном и осевом направлениях, а также спектрограмм ГДШ (рис. 3, 4, 5, 6).

pic_18.tif

Рис. 2. Принципиальная схема испытательного стенда: 1 – стендовый насос системы охлаждения электропривода и смазки подшипников; 2 – стендовый теплообменник; 3 – испытуемый циркуляционный насос с турбо- или электроприводом

pic_19.wmf

Рис. 3. Спектрограммы вибрации нагнетательного патрубка циркуляционных насосов в горизонтальном направлении

pic_20.wmf

Рис. 4. Спектрограммы вибрации нагнетательного патрубка циркуляционных насосов в осевом направлении

pic_21.wmf

Рис. 5. Спектрограммы вибрации нагнетательного патрубка циркуляционных насосов в вертикальном направлении

По результатам проведенных работ можно сделать следующие выводы:

1) герметичный циркуляционный насос с синхронным электродвигателем имеет значительно улучшенные массогабаритные характеристики по сравнению со своими аналогами – циркуляционным насосом с турбоприводом и циркуляционным насосом с электроприводом, а также обеспечивает герметичность системы;

2) в широком диапазоне частот уровни ВШХ и ГДШ герметичного циркуляционного насоса с синхронным электродвигателем существенно ниже, чем у его аналогов: по вибрации до 40 дБ, по ГДШ до 38 дБ [5];

3) в диапазоне частот от 0 до 20 Гц уровень вибрации герметичного циркуляционного насоса с синхронным электродвигателем превышает уровни вибрации аналогов на величину до 5 дБ, что определяется стендовой помехой;

pic_22.wmf

Рис. 6. Спектрограммы ГДШ циркуляционных насосов

4) на отдельных частотах работы герметичного циркуляционного насоса с синхронным электродвигателем, а также их гармониках имеются превышения над аналогами: по вибрации до 13 дБ, по ГДШ до 10 дБ. Это объясняется режимами работы преобразователя частоты (ПЧ) и требует дальнейших исследований и доработок. Одним из возможных решений проблемы превышения уровня вибраций и шумов является перепрограммирование системы ПЧ, а также использование различных узкополосных частотных фильтров до 160 Гц в каждой из фаз.