بهسازی پمپ موتور کنسرو شده برای پمپ های پاکسازی آب راکتور
در راکتورهای آب جوش (BWR)، سیستم‌های پاکسازی آب راکتور (RWCU) وجود دارد که برای حفظ کیفیت آب راکتور از طریق فیلتراسیون و تبادل یونی طراحی شده‌اند. کیفیت آب برای به حداقل رساندن خوردگی و جلوگیری از رسوب مبدل های حرارتی در راکتور مهم است. این سیستم از پمپ ها برای گردش بخشی از سیال کار راکتور، معمولاً حدود 1 درصد از سرعت جریان آب تغذیه، از طریق سیستم فیلتراسیون استفاده می کند.
به طور معمول، BWR ها با پمپ های مکش انتهایی جفت شده طراحی و ساخته می شوند که از یک مهر و موم مکانیکی بین شفت پمپ و بدنه پمپ استفاده می کنند. بسته به طراحی راکتور، این پمپ ها قبل یا بعد از مبدل های حرارتی، با دمای سیال پمپ شده از محیط تا 575 فارنهایت کار می کنند. آنها معمولاً 500 تا 575 فوت هد با سرعت 160 تا 500 گالن در دقیقه (gpm) ایجاد می کنند. طراحی شده برای 1400 تا 1420 پوند در هر اینچ مربع (psi).
فشار زیاد و گاهی اوقات دمای بالای این کاربرد، عمر عملیاتی مناسب را برای آب بند های مکانیکی سنتی دشوار می کند. این مطالعه موردی بر روی یک نیروگاه هسته‌ای متمرکز است که تقریباً هر سه ماه یک بار در سراسر BWRهای خود دچار خرابی مهر و موم مکانیکی می‌شد. علاوه بر خرابی آب بند، این پمپ ها هر از چند گاهی دچار خرابی یاتاقان های رانش نیز می شدند. این نیروگاه از دو پمپ RWCU در هر راکتور استفاده می کند.
این پمپ ها برای 1410 psi در 150 فارنهایت طراحی شده اند و هر کدام 500 فوت هد با سرعت 180 گرم در دقیقه توسعه می دهند. آبی که از طریق این سیستم پمپ می شود رادیواکتیو است، به این معنی که خرابی یاتاقان های مهر و موم و رانش نیاز به تعمیر و نگهداری دارد که کارگران را در معرض دوزهای بالایی از تابش قرار می دهد. علاوه بر قرار گرفتن در معرض تشعشع و هزینه های بالای مربوط به خرابی ها، آفلاین بودن یکی از دو پمپ منجر به کاهش کیفیت آب می شود که می تواند در عرض چند روز به سطوحی برسد که نیاز به خاموش شدن راکتور دارد.
راه حل
با استفاده از یک مقاوم سازی موتور کنسرو افقی، آنها توانستند محفظه های پمپ موجود را نگه دارند و نیاز به هرگونه اصلاح لوله کشی را در اتاق برطرف کنند. بخشی از حوزه عرضه در این پروژه پروانه های مهندسی معکوس برای مطابقت با عملکرد هیدرولیکی اصلی همراه با مبدل های حرارتی طراحی شده سفارشی برای مقاوم سازی موتور کنسرو بود.
طرح
موتورپمپ کنسرو شده از یک محور مشترک موتور/پمپ استفاده می‌کند که کاملاً خیس شده و در محدوده فشاری که برای دما و فشار طراحی شده برای دیگ‌های انجمن مهندسین مکانیک آمریکا (مثل من) و کد مخزن تحت فشار بخش III درجه بندی شده است.
مجموعه جعبه/استاتور موتور سیم‌پیچ‌های موتور را در یک رزین محصور شده است (رزین برای وضوح در تصویر 1 حذف شده است) در پشت یک قوطی نازک استاتور مقاوم در برابر خوردگی که مانعی برای حفره موتور پر از مایع است. همچنین یاتاقان های شعاعی و صندلی برای یاتاقان رانش اصلی را در خود جای داده است.
مجموعه پوشش موتور فضایی را برای یاتاقان رانش فراهم می کند و یاتاقان رانش معکوس را در خود جای می دهد و همچنین یک نقطه اتصال برای لوله های مبدل حرارتی فراهم می کند.
مجموعه دوار شامل یک شفت با اجزای الکتریکی آن (لامینیت ها، میله های روتور، حلقه های اتصال کوتاه) است که توسط یک قوطی روتور از حفره پر از مایع محافظت می شود، همچنین سطوح ژورنال آبکاری شده، یک دیسک رانش و یک پروانه با مهندسی معکوس. مبدل حرارتی یک مبدل حرارتی پوسته و لوله است که گرما را از سیال موتور به جریان آب خنک کننده خارجی منتقل می کند.
امکانات
این ویژگی اصلی این طرح است. نداشتن آب بند مکانیکی عملاً احتمال نشتی یا خرابی را که منجر به نشتی می شود از بین می برد و ایمنی پمپ را افزایش می دهد. موتور کنسرو دارای محفظه مضاعف می باشد که اولیه قوطی استاتور و ثانویه محفظه موتور است.
بدون احتمال نشتی، زمان سالم (تا حد قابل قبولی کمتر) در اتاق صرف تمیز کردن آب گردشی راکتور به دلیل مشکلات پمپ می شود. همچنین نیاز به تعویض قطعات سایش آب بند را از بین می برد.
بلبرینگ هیدرودینامیکی
بلبرینگ های هیدرودینامیکی محصول روغن کاری می شوند و نیازی به سیستم سیال خارجی ندارند و نیاز به سیستم های کمکی را کاهش می دهند. یاتاقان رانش اصلی برای رانش محوری ایجاد شده توسط پروانه در طول عملیات معمولی طراحی شده است. دیسک تراست دوار، لایه‌های لایه‌ای سیال را در برابر پدهای کج ثابت ایجاد می‌کند. لنت های کج کننده و محفظه صندلی کروی آنها، امکان تصحیح ناهماهنگی و عملکرد پویای روتور را فراهم می کند.
یاتاقان رانش معکوس برای شرایط خارج از کار، عملکرد غیرعادی و راه اندازی/خاموش شدن طراحی شده است. دیسک تراست دوار بر روی یاتاقان پله در روکش موتور، لایه های لایه سیال ایجاد می کند.
یاتاقان های شعاعی برای وزن روتور، بارهای شعاعی پروانه و کشش مغناطیسی نامتعادل موتور الکتریکی در حین کار طراحی شده اند. سطوح ژورنال دوار روی روتور یک لایه سیال در برابر دو یاتاقان آستین ایجاد می کند.
یاتاقان های هیدرودینامیکی فقط در هنگام راه اندازی و خاموش شدن، زمانی که فیلم سیال در حال توسعه است، سایش می کنند. این امکان افزایش فواصل نگهداری را در مقایسه با یاتاقان های تماسی فراهم می کند.
پروانه کمکی در دیسک رانش
سوراخ های شعاعی حفر شده در دیسک رانش به عنوان یک پروانه کمکی برای گردش سیال موتور از طریق مبدل حرارتی عمل می کند تا انتقال حرارت به آب خنک کننده را از طریق مبدل حرارتی به حداکثر برساند.
پاکسازی مداوم
تصفیه مداوم با آب غیر تابشی امکان شستشوی مداوم حفره موتور را فراهم می کند و در نهایت از طریق حلقوی بین روتور و گردن حرارتی به سیال فرآیند جریان می یابد. این اجازه می دهد تا سطح تشعشع در موتور کاهش یابد، که منجر به دوز کمتری توسط کارگران در طول تعمیر و نگهداری می شود.
ساخت فولاد ضد زنگ
تمام سطوح خیس شده از فولاد ضد زنگ هستند که از خوردگی در مقاوم سازی جلوگیری می کنند
و آلودگی در راکتور و سیستم RWCU.
طراحی دلخواه
این مقاوم سازی با یک بسته حسگر طراحی شده سفارشی شامل RTD های سیم پیچ استاتور، ترموکوپل های حفره یاتاقان، مبدل های جریان، شتاب سنج ها برای اندازه گیری ارتعاش، و یک پنل با نرم افزار نظارت بر سلامت و ذخیره سازی داده ها عرضه شد.
مرز فشار به طور سفارشی برای دیگ بخار مثل من و کد مخزن تحت فشار بخش III به سال کد طراحی برای نیروگاه، فشار/دمای طراحی مورد نیاز، و معیارهای بارگذاری لرزه ای کارخانه مورد نیاز طراحی شد. تجزیه و تحلیل مودال برای مقاوم سازی در تصویر 3 نشان داده شده است.
از آنجایی که بارهای هیدرولیکی اصلی شناخته نشده بودند، این بارگذاری‌ها باید با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مدل‌سازی می‌شدند. بلبرینگ های سفارشی برای خروجی بارگذاری شعاعی و محوری از دینامیک سیالات محاسباتی مرتبط با طراحی هیدرولیک موجود طراحی شده اند. طراحی تضمین می کند که در دماهای عملیاتی و بارگذاری، یاتاقان ها در ناحیه هیدرودینامیکی کار می کنند و پایداری روتودینامیکی وجود دارد.
مقاوم سازی موتور کنسرو شده به گونه ای سفارشی طراحی شده بود که با جعبه پمپ موجود مطابقت داشته باشد و از آن استفاده کند. پروانه موجود با استفاده از ترکیبی از تکنیک ها از جمله اسکن سه بعدی و اندازه گیری دستی برای اطمینان از صحیح بودن مسیرهای تیغه مهندسی معکوس شد.
اسکن سه بعدی سنتی پروانه ها با توجه به هندسه پره های گسترده و سطوح داخلی کور می تواند دشوار باشد. این می‌تواند به مدل‌ساز CAD نیاز داشته باشد که هندسه‌ای را که نمی‌توان در مرکز گذرگاه هیدرولیک اسکن کرد، درون‌یابی کند، و باعث ایجاد تفاوت‌هایی بین مدل و هندسه واقعی پروانه می‌شود.
با توجه به اهمیت کل گذرگاه هیدرولیک برای تولید وظیفه مورد نیاز، یک تکنیک اختصاصی جدید برای اسکن کل گذرگاه و ایجاد مدل استفاده شد. این تکنیک جدید غیرمخرب است و داده هایی را برای تمام سطوح فراهم می کند.
پروانه مهندسی معکوس با استفاده از مدل سازی کامپیوتری و سپس در طول آزمایش عملکرد در کارخانه تأیید شد. در این نرم افزار، پروانه مهندسی معکوس به گونه ای طراحی شده است که عملکردی مشابه عملکرد اصلی داشته باشد، اما می تواند به صورت سفارشی برای یک نقطه وظیفه متفاوت یا برای عملکرد کاملاً جدید طراحی شود.
یک مدل سه بعدی از پروانه مهندسی معکوس برای این برنامه در تصویر 4 نشان داده شده است.