RU193412U1

RU193412U1 - Submersible pump for pumping heavy liquid metal coolants

Info

Publication number: RU193412U1
Application number: RU2019121660U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Безносов; Татьяна Александровна Бокова; Павел Андреевич Боков; Александр Романович Маров
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2019-10-29

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к насосу и может быть использована в главных циркуляционных насосах реакторов на быстрых нейтронах, охлаждаемых свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителями. Устройство представляет собой насос погружного типа для перекачки тяжелых жидкометаллических теплоносителей, содержащий корпус, в котором на верхнем подшипнике качения и нижнем подшипнике скольжения установлен вал с закрепленным на нем рабочим колесом. В корпусе нижнего подшипника скольжения выполнена прилегающая к валу продольная камера, сообщенная посредством каналов в верхней части с выходной и в нижней части с входной кольцевыми камерами, на выходе из которых расположены кольцевые выточки, а выше входной кольцевой камеры выполнена несущая камера, сообщенная с выходной кольцевой камерой и продольной камерой с антифрикционным покрытием на контактной поверхности подшипника. Камеры сообщены с центральным каналом в вале, который через радиальные каналы и осевые каналы на поверхности вала сообщен с выходной торцевой камерой, через радиальные каналы сообщен с участком подвода теплоносителя к рабочему колесу насоса, которые сообщены осевыми пазами на поверхности вала с напором рабочего колеса. Техническим результатом является поддержание гарантированного теплоотвода в любых режимах работы нижнего подшипника скольжения.The proposed utility model relates to a pump and can be used in the main circulation pumps of fast neutron reactors cooled by lead or lead-bismuth coolants. The device is a submersible type pump for pumping heavy liquid metal coolants, comprising a housing in which a shaft with an impeller fixed to it is mounted on an upper rolling bearing and a lower sliding bearing. A longitudinal chamber adjacent to the shaft is made in the housing of the lower plain bearing, communicating via channels in the upper part with the output and lower part with the input annular chambers, at the outlet of which there are annular recesses, and a carrier chamber communicating with the output annular is made above the input annular chamber chamber and longitudinal chamber with anti-friction coating on the contact surface of the bearing. The chambers are in communication with the central channel in the shaft, which is connected through the radial channels and axial channels on the shaft surface to the output end chamber, through the radial channels is connected to the coolant supply section to the pump impeller, which are communicated by axial grooves on the shaft surface with the impeller pressure. The technical result is the maintenance of a guaranteed heat sink in all operating modes of the lower plain bearing.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к конструкции насоса и может быть использована, например, в главных циркуляционных насосах реакторов на быстрых нейтронах, охлаждаемых свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителями.The proposed utility model relates to the design of the pump and can be used, for example, in the main circulation pumps of fast neutron reactors cooled by lead or lead-bismuth coolants.

Известна полезная модель к патенту РФ RU146141U1 (опубликовано 10.10.2014 г. МПК F04D 1/00, F04D 3/00, Бюл. №28), которая является прототипом данной полезной модели. Насос погружного типа для перекачки тяжелых жидкометаллических теплоносителей ядерных реакторов, содержащий корпус, в котором на верхнем подшипнике качения, расположенном выше уровня жидкого металла, и нижнем подшипнике скольжения, расположенном под уровнем жидкого металла, установлен вал с закрепленным на нем рабочим колесом, отличающийся тем, что в корпусе нижнего подшипника скольжения выполнена прилегающая к валу продольная камера, сообщенная посредством каналов в верхней части с входной и в нижней части с выходной кольцевыми камерами, на выходе из которых расположены кольцевые выточки, а выше выходной кольцевой камеры выполнена несущая камера, также сообщенная с выходной кольцевой камерой и продольной камерой, а на контактные поверхности подшипника нанесено антифрикционное покрытие.A known utility model for the patent of the Russian Federation RU146141U1 (published 10.10.2014, IPC F04D 1/00, F04D 3/00, Bull. No. 28), which is the prototype of this utility model. A submersible pump for pumping heavy liquid metal coolants of nuclear reactors, comprising a housing in which a shaft with an impeller mounted on it is installed on an upper rolling bearing located above the level of the liquid metal and a lower sliding bearing located below the level of the liquid metal, characterized in that a longitudinal chamber adjacent to the shaft is made in the housing of the lower plain bearing, communicated through channels in the upper part with the input and lower parts with the output annular chamber frames, at the exit of which annular recesses are located, and above the output annular chamber a support chamber is made, also in communication with the output annular chamber and the longitudinal chamber, and an antifriction coating is applied to the contact surfaces of the bearing.

Недостатком данного технического решения является отсутствие теплоотвода с нижнего подшипника скольжения при полном забивании всех его каналов и зазора между валом и подшипником, в результате чего нижний подшипник скольжения переходит в режим контактного (сухого) трения с интенсивным выделением тепла.The disadvantage of this technical solution is the lack of heat dissipation from the lower plain bearing with complete blockage of all its channels and the gap between the shaft and the bearing, as a result of which the lower plain bearing goes into contact (dry) friction with intense heat.

Технический результат - поддержание гарантированного теплоотвода в любых режимах работы нижнего подшипника скольжения.EFFECT: maintaining a guaranteed heat sink in any operating modes of a lower plain bearing.

Технический результат достигается тем, что в насосе погружного типа для перекачки тяжелых жидкометаллических теплоносителей ядерных реакторов, содержащем корпус, в котором на верхнем подшипнике качения, расположенным выше уровня жидкого металла, и нижнем подшипнике скольжения, расположенным под уровнем жидкого металла, установлен вал с закрепленным на нем рабочим колесом, в корпусе нижнего подшипника скольжения выполнена прилегающая к валу продольная камера, сообщенная посредством каналов в верхней части с выходной и в нижней части с входной кольцевыми камерами, на выходе из которых расположены кольцевые выточки, а выше входной кольцевой камеры выполнена несущая камера, также сообщена с выходной кольцевой камерой и продольной камерой с антифрикционным покрытием на контактных поверхности подшипника, выходная камера через сквозные радиальные отверстия в корпусе подшипника и радиальные отверстия в вале сообщены с центральным каналом в вале, который через радиальные каналы и осевые каналы на поверхности вала сообщен с выходной торцевой камерой, через радиальные каналы сообщенный с участком подвода теплоносителя к рабочему колесу насоса, которые сообщены осевыми пазами на поверхности вала с напором рабочего колеса.The technical result is achieved in that in a submersible pump for pumping heavy liquid metal coolants of nuclear reactors, comprising a housing in which a shaft is mounted on the upper rolling bearing located above the level of the liquid metal and the lower sliding bearing located below the level of the liquid metal an impeller, in the housing of the lower plain bearing a longitudinal chamber adjacent to the shaft is made, communicated through channels in the upper part with the output and in the lower part with an input annular chambers, at the outlet of which annular recesses are located, and a carrier chamber is made above the input annular chamber, is also in communication with an output annular chamber and a longitudinal chamber with an antifriction coating on the contact surfaces of the bearing, the output chamber through through radial holes in the bearing housing and radial holes in the shaft communicated with the Central channel in the shaft, which through radial channels and axial channels on the surface of the shaft is in communication with the output end chamber, through radial channels li communicated with the site of the coolant inlet to the impeller of the pump, which are communicated by axial grooves on the surface of the shaft with the pressure of the impeller.

На фигуре 1 представлена схема нижнего, входного участка насоса погружного типа для перекачки тяжелых жидкометаллических теплоносителей с гидростатическим подшипником, установленном на валу насоса.The figure 1 presents a diagram of the lower, inlet section of a submersible pump for pumping heavy liquid metal coolants with a hydrostatic bearing mounted on the pump shaft.

В корпусе 1 на верхнем подшипнике качения, расположенном выше уровня жидкого металла, и нижнем подшипнике скольжения 2, расположенный под уровнем жидкого металла, установлен вал 3, с закрепленным на нём рабочим колесом 4 осевого типа. Непосредственно сразу за рабочим колесом 4 по ходу потока установлен выпрямляющий аппарат 5.In the housing 1, on the upper rolling bearing located above the level of the liquid metal, and the lower sliding bearing 2, located below the level of the liquid metal, a shaft 3 is installed, with an axial-type impeller 4 mounted on it. Directly behind the impeller 4, a rectifier 5 is installed upstream.

Камера 6 с давлением P1 сообщена с кольцевой проточкой 7 в обойме гидростатического подшипника через отверстия 8, имеющие незначительное гидравлическое сопротивление. Выточка 9 в корпусе подшипника и соответствующий участок поверхности вала образует камеру, сообщенную через щелевой зазор между валом и обоймой и через винтовой канал с несущей камерой 10, сообщенной через щелевой зазор между валом и обоймой с кольцевыми проточками 11 и 12. Кольцевая проточка 11 сообщена через кольцевой зазор с кольцевой проточкой 7 и через осевые отверстия 13 с кольцевой проточкой 12. Вал через радиальные сверления 14 и осевой канал 15 сообщает с всасом осевого колеса кольцевую выточку 12. Напор рабочего колеса сообщен непосредственно в радиальными сверлениями 14 осевыми пазами 16 на валу. The chamber 6 with pressure P1 is in communication with the annular groove 7 in the cage of the hydrostatic bearing through holes 8 having a slight hydraulic resistance. A recess 9 in the bearing housing and a corresponding portion of the shaft surface forms a chamber communicated through a gap between the shaft and the cage and through a screw channel with a carrier chamber 10 communicated through a gap between the shaft and the cage with ring grooves 11 and 12. The annular groove 11 is communicated through an annular gap with an annular groove 7 and through axial holes 13 with an annular groove 12. The shaft through radial drilling 14 and the axial channel 15 communicates with the inlet of the axial wheel an annular groove 12. The impeller pressure is directly communicated radially drilling 14 axial grooves 16 on the shaft.

Работа насоса осуществляется следующим образом. При вращении вала 3 насоса в мощностных режимах реакторной установки и соответствующим им скоростях вращения, нижний подшипник 2 работает в режиме гидростатического подшипника. Это обеспечивается тем, что при смещении вала 3 под действием радиальной нагрузки с несущей камерой 10 гидравлическое сопротивление входного кольцевого зазора резко уменьшается, а сопротивление выходного щелевого зазора увеличивается. Давление в несущей камере 10 приближается к давлению P1. В противоположенной по диаметру несущей камере происходит обратный процесс - сопротивление входа увеличивается, а сопротивление выхода - уменьшается и давление в несущей камере 10 приближается к значению P2. В результате перепада давлений нагрузка уравновешивается. За счет центробежных сил, воздействующих на поток среды в радиальных каналах обтекателя рабочего колеса 4, при вращении вала 3, происходит уменьшение давления в осевом канале 15 и в радиальных отверстиях 14, уменьшая давление P и увеличивая перепад давлений на гидростатическом подшипнике 2 равный P1 - P2.The operation of the pump is as follows. When the rotation of the shaft 3 of the pump in power modes of the reactor installation and the corresponding rotation speeds, the lower bearing 2 operates in the hydrostatic bearing mode. This is ensured by the fact that when the shaft 3 is displaced by a radial load with the carrier chamber 10, the hydraulic resistance of the input annular gap decreases sharply, and the resistance of the output slotted gap increases. The pressure in the carrier chamber 10 approaches the pressure P1. In the opposite diameter of the carrier chamber, the reverse process occurs - the input resistance increases, and the output resistance decreases and the pressure in the carrier chamber 10 approaches P2. As a result of the pressure drop, the load is balanced. Due to the centrifugal forces acting on the fluid flow in the radial channels of the fairing of the impeller 4, when the shaft 3 rotates, the pressure in the axial channel 15 and in the radial holes 14 decreases, decreasing the pressure P and increasing the pressure drop across the hydrostatic bearing 2 equal to P1 - P2 .

В режимах пуска и остановки насоса, а также при работе на пониженных скоростях вращения вала, перепад давления P1 - P2, соответственно, уменьшается и приближается к нулю. При этом внешняя нагрузка на вал не уравновешивается, происходит сближение и контакт поверхностей вала и корпуса подшипника. За счет формируемых и доформируемых при эксплуатации антифрикционных оксидных покрытий исключается контакт незащищенных покрытиями («голых») стальных поверхностей с возможными негативными покрытиями. Антифрикционные оксидные покрытия уменьшают напряженно-деформированное состояние при поверхностном слоем контактирующих элементов подшипника в режимах пуск и остановки насоса. Тепло, выделяющееся в подшипнике в режимах пуска и остановки насоса, а также при работе на пониженных скоростях вращения вала в результате контактного трения элементов подшипника, эффективно отводится жидкометаллическим теплоносителем, в среде которого находится подшипник. Так же режим контактного трения возникает при полном забивании всех каналов подшипника оксидами теплоносителя. При этом прекращается циркуляция теплоносителя через подшипник и, соответственно, теплоотвод. В таком случае циркуляция и теплоотвод продолжаются преимущественно в каналах 16, которые за счет центробежных сил вращения вала не забиваются оксидами теплоносителя.In the start and stop modes of the pump, as well as when operating at reduced shaft speeds, the pressure drop P1 - P2, respectively, decreases and approaches zero. In this case, the external load on the shaft is not balanced, there is a rapprochement and contact of the surfaces of the shaft and the bearing housing. Due to antifriction oxide coatings formed and preformed during operation, contact of unprotected coatings (“bare”) of steel surfaces with possible negative coatings is excluded. Antifriction oxide coatings reduce the stress-strain state with a surface layer of contacting bearing elements in the start and stop modes of the pump. The heat generated in the bearing in the start and stop modes of the pump, as well as when operating at reduced shaft speeds as a result of contact friction of the bearing elements, is effectively removed by the liquid metal coolant in the medium of which the bearing is located. The same mode of contact friction occurs when all channels of the bearing are completely clogged with coolant oxides. This stops the circulation of the coolant through the bearing and, accordingly, the heat sink. In this case, the circulation and heat removal continue mainly in the channels 16, which due to the centrifugal forces of rotation of the shaft are not clogged by the oxides of the coolant.

Применение предлагаемого технического решения позволяет увеличить расход жидкометаллического теплоносителя через соответствующие каналы подшипника и гарантировать циркуляцию и теплоотвод через подшипник даже при полном забивании всех его каналов оксидами теплоносителя. Это, в свою очередь, позволяет увеличить срок работоспособности подшипника и насоса в целом.The application of the proposed technical solution allows to increase the flow rate of the liquid metal coolant through the corresponding channels of the bearing and to guarantee circulation and heat removal through the bearing even when all its channels are completely clogged with coolant oxides. This, in turn, allows you to increase the life of the bearing and the pump as a whole.

Claims

A submersible type pump for pumping heavy liquid metal coolants of nuclear reactors, comprising a housing in which a shaft with an impeller fixed to it is installed in the lower housing on the upper rolling bearing located above the level of the liquid metal and the lower sliding bearing located below the level of the liquid metal a sliding bearing, a longitudinal chamber adjacent to the shaft is made, communicated through channels in the upper part with the input and lower part with the output annular chambers, at the exit of the cat ring grooves are located, and above the output annular chamber there is a support chamber, also in communication with the output annular chamber and longitudinal chamber, and an antifriction coating is applied to the contact surfaces of the bearing, characterized in that axial grooves extend from the pressure of the impeller to the upper annular chamber .