NL8202892A

NL8202892A - Liq. metal coolant pump of nuclear reactor - maintains coolant level above impeller using axial bores and upstream second impeller

Info

Publication number: NL8202892A
Application number: NL8202892A
Authority: NL
Original assignee: Neratoom
Priority date: 1982-07-16
Filing date: 1982-07-16
Publication date: 1984-02-16

Abstract

The pump comprises a housing (1,2) with the drive motor (4) arranged at the top (cover 6) and connected with a long vertical pump shaft (3) whose lower end carries a bladed (18) centrifugal pump impeller (14) rotating in a guide member (11) at the lower end of the housing (1). The housing (2) has a central axial inlet opening (12) below the impeller connecting with an inlet line (13) and a radial outlet line (20) at the level of the impeller (14). To maintain a predetermined coolant level (22) in the housing (1,2) above the impeller (14), a bladed (19) induction impeller (15) is secured below the impeller (14) whilst the latter is provided with a number of axial bores (21) which connect the space between the impellers (14,15) to the inside of the housing (1,2). The arrangement permits installing the pump in the cold leg of the circuit without the need for overflow lines from the housing space above the impeller (14) to the pump inlet (to prevent excessive rise of level 22), and prevents the risk of this level dropping too low which would introduce gas from the gas-pressurised (23) space above the level (22) into the outlet (20) and endanger the reactor core.

Description

t -* VO 3446t - * VO 3446

Pomp voor het in een koelcircuit van een kemreaktor rondpompen van een uit vloeibaar metaal bestaand koelmedium.Pump for circulating a cooling medium consisting of liquid metal in a cooling circuit of a nuclear reactor.

De uitvinding heeft betrekking op een pomp voor het in een koelcircuit van een kernreaktor rondpompen van een uit vloeibaar metaal bestaand koelmedium, omvattend een huis met een boven het huis opgestelde aandrijfmotor, een betrekkelijk lange, vertikaal in het huis stekende 5 pompas en een onderin het huis opgestelde met de pompas verbonden pomp-waaier, voorzien van tenminste een toevoerleiding en tenminste een af-voerleiding voor het koelmedium, uitmondend in het huis nabij de pomp-waaier en voorzien van middelen om een bepaald koelmiddelniveau boven de pompwaaier in het huis te handhaven-, 10 Een dergelijke pomp is algemeen bekend en wordt in de literatuur over bijvoorbeeld met natrium gekoelde kemreaktoren beschreven. Bij een dergelijke pomp wordt een laag vloeibaar metaal in het huis boven de pompwaaier gehandhaafd, terwijl boven de vloeibare metaallaag veelal een gasdeken in stand wordt gehouden. Het niveau van de vloeibaar-metaallaag 15 wordt gewoonlijk gelijk gekozen aan het niveau van het vloeibare metaal in het eigenlijke reaktorvat. Om de desbetreffende vloeistofspiegels op eenzelfde niveau te handhaven zijn de bekende pompen gewoonlijk voorzien van een overloopleiding die in verbinding staat met het reaktorvat. Een nadeel van deze constructie is dat hiervoor tenminste een afvoeropening 20 in de wand van het pomphuis en in de wand van het reaktorvat nodig is, terwijl voorts extra leidingen nodig zijn. Een nadeel is voorts, dat, in het geval de pomp in het koude been wordt geplaatst, deze oplossing niet mogelijk is. Als enige mogelijkheid biedt zich dan aan, het terugvoeren van het overlopende koelmedium naar de zuigleiding van de pomp.The invention relates to a pump for circulating in a cooling circuit of a nuclear reactor a cooling medium consisting of liquid metal, comprising a housing with a drive motor arranged above the housing, a relatively long pump shaft protruding vertically into the housing and a lower part of the housing. pump impeller connected to the pump shaft housing, provided with at least one supply pipe and at least one discharge pipe for the cooling medium, opening into the housing near the pump impeller and provided with means for maintaining a certain coolant level above the pump impeller in the housing Such a pump is generally known and is described in the literature on, for example, sodium-cooled nuclear reactors. With such a pump, a layer of liquid metal is maintained in the housing above the pump impeller, while a gas blanket is usually maintained above the liquid metal layer. The level of the liquid metal layer 15 is usually chosen equal to the level of the liquid metal in the actual reactor vessel. In order to maintain the corresponding liquid levels at the same level, the known pumps are usually provided with an overflow pipe which communicates with the reactor vessel. A drawback of this construction is that it requires at least one discharge opening 20 in the wall of the pump housing and in the wall of the reactor vessel, while additional pipes are also required. A drawback is furthermore that, in case the pump is placed in the cold leg, this solution is not possible. The only option is then to return the overflowing cooling medium to the suction pipe of the pump.

25 Daarbij bestaat echter het gevaar dat het pompplenum geheel wordt leeggezogen, waarna gas in de hoofdleidingen kan treden, hetgeen een gevaar voor de reaktorkern betekent.However, there is a risk here that the pumping plumage is completely sucked out, after which gas can enter the main pipes, which constitutes a danger to the reactor core.

Doel van de uitvinding is een pomp te verschaffen waarbij de geschetste problemen zich niet voordoen. Met name beoogt de uitvinding 30 een pomp te verschaffen die desgewenst in het zogenaamde koude been van het circuit kan worden opgesteld zonder dat overloopleidingen nodig zijn.The object of the invention is to provide a pump in which the outlined problems do not arise. In particular, the invention contemplates providing a pump which, if desired, can be arranged in the so-called cold leg of the circuit without the need for overflow pipes.

Het gestelde doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een pomp, waarbij de middelen voor het handhaven van een bepaald koelmiddel-35 niveau boven de pompwaaier bestaan uit een met de pompwaaier verbonden ------------£2^'892 .............According to the invention, the stated object is achieved with a pump, the means for maintaining a certain coolant level above the pump impeller consisting of a ------------ £ 2 ^ connected to the pump impeller. '892 .............

'Si -2- inducer-waaier en uit in hoofdzaak vertikale boringen door de pomp-waaier.Si-2 inducer impeller and mainly vertical bores through the pump impeller.

In een pomp van het in de aanhef omschreven type is de druk boven de pompwaaier gelijk aan de druk van het gas boven de vloeibaar-metaal-5 laag plus de druk van de vloeistofkolom. Bij een pomp met inducerwaaier is de druk tussen inducer-waaier en pompwaaier,de zogenaamde inducer-of voorloopdruk, gelijk aan de druk aan de zuigzijde plus de drukhoogte van de inducer-waaier. Indien in iedere bedrijfstoestand de voorloopdruk groter is dan de druk van het gas boven de laag van vloeibaar me-10 taal kan geen gas worden aangezogen.Aangezien het gasplenum in de pomp verbonden is met het dekgas in het reaktorvat, wordt de gasdruk in de pomp bepaald door de druk in het reaktorvat. Het drukevenwicht ter plaatse van de overloopboringen kan dus alleen worden bepaald door een geschikte keuze van de voorloopdruk en de diameter en het aantal van de 15 overloopgaten. Een overloopleiding voor afvoer van overtollig vloeibaar metaal kan daardoor achterwege blijven. Voor het terugvoeren van overtollig vloeibaar metaal dient de geodetische drukhoogte van de vloeibaar metaalkolom boven de pompwaaier. Het drukverlies over de overloopgaten wordt bepaald door de hoeveelheid terug te voeren vloeibaar metaal, 20 welke weer wordt bepaald door de lekverliezen onder andere door de voeding van de aanwezige hydrostatische lagers.In a pump of the type described in the opening paragraph, the pressure above the pump impeller is equal to the pressure of the gas above the liquid metal layer plus the pressure of the liquid column. With a pump with an inducer impeller, the pressure between the inducer impeller and the pump impeller, the so-called inducer or supply pressure, is equal to the pressure on the suction side plus the pressure height of the inducer impeller. If, in any operating condition, the supply pressure is greater than the pressure of the gas above the layer of liquid metal, no gas can be drawn in. Since the gas plenum in the pump is connected to the cover gas in the reactor vessel, the gas pressure in the pump determined by the pressure in the reactor vessel. The pressure equilibrium at the overflow bores can thus only be determined by a suitable choice of the inlet pressure and the diameter and the number of the overflow holes. An overflow pipe for the removal of excess liquid metal can therefore be omitted. The geodetic pressure height of the liquid metal column above the pump impeller serves to return excess liquid metal. The pressure loss across the overflow holes is determined by the amount of liquid metal to be recycled, which in turn is determined by the leakage losses, inter alia, by the supply of the hydrostatic bearings present.

In de praktijk blijkt volgens de uitvinding dat bij een pompwaaier met een diameter van ongeveer 100 cm een aanvaardbaar niveau van het vloeibaar metaal boven de waaier kan worden gehandhaafd indien een * 25 twaalftal boringen met een diameter van 5 cm in de nabijheid van de pompas worden toegepast. Het verdient de voorkeur boringen niet al te ver van de pompas toe te passen, zodat de boringen uitmonden in de ruimte tussen de bladen van de pompwaaier en de schoepen van de inducerwaaier. Dit levert constructief bezien de beste oplossing. Opgemerkt 30 wordt dat men eventueel zou kunnen volstaan met het weglaten van de inducer-waaier, in welk geval de boringen op geruime afstand van de pompas in de waaierbladen aangebracht moeten worden- om' een aanvaardbare kolom van vloeibaar metaal boven de pompwaaier te handhaven.In practice, it has been found according to the invention that with a pump impeller with a diameter of approximately 100 cm, an acceptable level of the liquid metal above the impeller can be maintained if a dozen or so bores with a diameter of 5 cm are placed in the vicinity of the pump shaft. applied. It is preferable to use bores not too far from the pump shaft, so that the bores open into the space between the blades of the pump impeller and the blades of the inducer impeller. This provides the best solution constructively. It should be noted that it would be possible to suffice to omit the inducer impeller, in which case the bores should be made well spaced from the pump shaft in the impeller blades to maintain an acceptable column of liquid metal above the pump impeller.

Opgemerkt wordt nog dat er reeds pompen bekend zijn met boringen 35 met zeer geringe diameter in de pompwaaier. Bij deze bekende pompen zijn dergelijke boringen bedoeld ter vermindering van de druk op de achterzijde van de waaier, waardoor de lagerbelasting kan worden gereduceerd. Vein het handhaven van een vloeistofkolom van betekenis boven “82 0 2 8 92 -. 3? / ^ ^ 3- de pompwaaier is bij dergelijke pompen geen sprake.It should also be noted that pumps are already known with bores 35 of very small diameter in the pump impeller. In these known pumps, such bores are intended to reduce the pressure on the rear of the impeller, so that the bearing load can be reduced. Avoid maintaining a significant liquid column above “82 0 2 8 92 -. 3? / ^ ^ 3- there is no pump impeller for such pumps.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening, waarin de enkele figuur een weergave in doorsnede is door een uitvoeringsvorm van de pomp volgens de uitvinding.The invention is elucidated with reference to the drawing, in which the single figure is a cross-sectional view of an embodiment of the pump according to the invention.

5 De in de figuur weergegeven pomp omvat een binnenste pomphuis 1 dat in zijn geheel met de eigenlijke pomp uitneembaar is opgesteld in het buitenste huis 2. In het huis 1 steekt de pompas 3, die aan de bovenzijde is gekoppeld aan de motor 4. De motor 4 is opgesteld boven het pompdeksel 6, terwijl een afdichting 5 voorziet in een afdichtende 10 doorvoer van de pompas 3 door het pompdeksel 6.The pump shown in the figure comprises an inner pump housing 1 which is disposed in its entirety with the actual pump in the outer housing 2. The housing 1 is fitted with the pump shaft 3, which is coupled at the top to the motor 4. The motor 4 is arranged above the pump cover 6, while a seal 5 provides a sealing passage of the pump shaft 3 through the pump cover 6.

Het pomphuis 2 is aan de bovenzijde bijvoorbeeld ondersteund door en gevoerd door een betonvloer 7. Rond de pompas 3 zijn bovenin het pomphuis 2 bekende schermen 8 bevestigd die dienen voor het tegenhouden van warmte en straling. In de ruimte onder de betonvloer 7 kan 15 rond het pomphuis 2 een isolatielaag 9 voorzien zijn.The pump housing 2 is supported at the top, for example, by and guided by a concrete floor 7. Around the pump shaft 3, known screens 8 are mounted at the top of the pump housing 2, which serve to block heat and radiation. In the space under the concrete floor 7, an insulating layer 9 can be provided around the pump housing 2.

Onderaan het binnenste huis 1 is de langs de omtrek van uitstro-mingsstompen 10 voorziene waaiergeleider 11 bevestigd, welke waaiergeleider 11 op de bodem van het huis 2 op geschikte wijze is ondersteund.At the bottom of the inner housing 1 is mounted the impeller guide 11 provided along the periphery of outflow stubs 10, which impeller guide 11 is suitably supported on the bottom of the housing 2.

De waaiergeleider 11 is aan de onderzijde open, en sluit aan op een 20 toevoeropening 12 onderin het huis 2, op welke toevoeropening 12 een toevoerleiding 13 aansluit.The impeller guide 11 is open at the bottom, and connects to a supply opening 12 at the bottom of the housing 2, to which supply opening 12 connects a supply line 13.

Onderaan de pompas 3 zijn de pompwaaier 14 en de inducer-waaier 15 die vast daaraan is gekoppeld, bevestigd. De pompwaaier/inducer combinatie 14/15 is door middel van hydrostatische lagers 16 en 17 gela-25 gerd in de waaiergeleider 11. De bladen van de pompwaaier 14 zijn met 18 aangeduid en de schoepen van de inducer-waaier 15 met 19. In de zijwand van het pomphuis 2 is een afvoeropening voorzien waaraan de af-voerleiding 20 is gekoppeld. In de pompwaaier 14 zijn boringen 21 voorzien, die de ruimte in het binnenste pomphuis 1 verbinden met de ruimte 30 tussen de bladen 18 van de pompwaaier 14 en de schoepen 19 van de inducer-waaier 15. In het huis 2 is in de gasruimte een opening 23 voorzien, welke door een leiding met het reaktorvat is verbonden.At the bottom of the pump shaft 3, the pump impeller 14 and the inducer impeller 15 fixedly coupled thereto are attached. The pump impeller / inducer combination 14/15 is mounted in the impeller guide 11 by means of hydrostatic bearings 16 and 17. The blades of the pump impeller 14 are indicated with 18 and the blades of the inducer impeller 15 with 19. In the side wall of the pump housing 2 is provided with a discharge opening to which the discharge pipe 20 is coupled. Bores 21 are provided in the pump impeller 14, which connect the space in the inner pump housing 1 to the space 30 between the blades 18 of the pump impeller 14 and the blades 19 of the inducer impeller 15. In the housing 2, in the gas space opening 23, which is connected to the reactor vessel by a conduit.

In bedrijf wordt vloeibaar metaal, bijvoorbeeld vloeibaar natrium dat als koelmedium in een koelcircuit wordt rondgepompt door de pomp 35 volgens de uitvinding aangezogen uit de leiding 13. Via de opening 12 betreedt het koelmedium de ruimte tussen de bladen 18 en schoepen 19 _____ van respectievelijk de pompwaaier'14 en de inducer-waaier 15. Door de 8202892 -4- werking van deze waaiers wordt de vloeistof door de diffusorschoepen 10 in de omtrek van de waaiergeleider 11 gestuwd in de leiding 20. Vloeibaar metaal beweegt zich tevens omhoog tussen de binnenwand van de waaiergeleider 11 en de buitenwand van de pompwaaier 14, alwaar de 5 vloeistof het hydrostatische lager 16 van vloeistof voorziet. Boven de pompwaaier 14 komt aldus een hoeveelheid vloeibaar metaal te staan. De hoogte van de vloeistofspiegel 22 wordt daarbij bepaald door de pompdruk en de tegenwaartse druk die wordt uitgeoefend door een boven het vloeibare metaal aanwezige gasdeken, alsmede door de aanwezigheid van de 10 boringen 21. Indien de boringen 21 niet aanwezig waren zou het niveau 22 van het vloeibare metaal tot een ontoelaatbare hoogte stijgen en zou een overloopleiding noodzakelijk zijn. De door de inducer-waaier 15 geleverde voorloopdruk is nodig om te voorkomen dat het vloeibare metaal boven de waaier (niveau 22) zover zakt dat door de overloopgaten 21 gas 15 zou worden aangezogen.In operation, liquid metal, for example liquid sodium, which is circulated as a cooling medium in a cooling circuit by the pump 35 according to the invention is drawn in from the pipe 13. Via the opening 12, the cooling medium enters the space between the blades 18 and vanes 19 _____ of the pump impeller '14 and the inducer impeller 15. Due to the action of these impellers, the liquid is forced through the diffuser blades 10 in the periphery of the impeller guide 11 into the conduit 20. Liquid metal also moves up between the inner wall of the impeller guide 11 and the outer wall of the pump impeller 14, where the liquid supplies the hydrostatic bearing 16 with liquid. An amount of liquid metal is thus placed above the pump impeller 14. The height of the liquid level 22 is determined by the pump pressure and the reverse pressure exerted by a gas blanket present above the liquid metal, as well as by the presence of the bores 21. If the bores 21 were not present, the level 22 of the liquid metal rise to an unacceptable height and an overflow pipe would be necessary. The supply pressure supplied by the inducer impeller 15 is necessary to prevent the liquid metal above the impeller (level 22) from sinking so far that gas 15 would be drawn in through the overflow holes 21.

» -------8202 8 92»------- 8202 8 92

Claims

1. Pump for circulating in a cooling circuit of a nuclear reactor a cooling medium consisting of liquid metal, comprising a housing with a drive motor disposed above the housing, a relatively long pump shaft protruding vertically into the housing and a bottom mounted housing pump impeller connected to the pump shaft, provided with at least one supply pipe and at least one discharge pipe for the cooling medium, opening into the housing near the pump impeller and provided with means * to maintain a certain coolant level above the pump impeller in the housing, characterized in that the means for maintaining a belt pile coolant level above the pump impeller consist of an inducer impeller connected to the pump impeller and of substantially vertical bores through the pump impeller.

Pump according to claim 1, characterized in that the bores open into the space between the blades of the pump impeller and the blades 15 of the inducer impeller. - £ 2-0-2592 _________________...................................