RU73758U1

RU73758U1 - SUBMERSIBLE TYPE PUMP FOR LIQUID METAL TRANSFER

Info

Publication number: RU73758U1
Application number: RU2007149307/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Безносов; Ольга Олеговна Новожилова; Максим Александрович Антоненков; Максим Дмитриевич Зефиров
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2007-12-29
Publication date: 2008-05-27

Abstract

Решение относится к конструкции насосов и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением или в цветной металлургии.. Предложено в насосе погружного типа, включающем верхний подшипник качения и нижний подшипник скольжения, между которыми расположен вал, нижний подшипник скольжения выполнить в виде винтового участка входного патрубка рабочего колеса и втулки с винтовой внутренней поверхностью, с противоположным направлением закрутки винтовых поверхностей.The solution relates to the design of the pumps and can be used in reactor installations with liquid metal cooling or in non-ferrous metallurgy .. It is proposed in a submersible pump including an upper rolling bearing and a lower sliding bearing, between which there is a shaft, the lower sliding bearing is made in the form of a helical input section nozzle of the impeller and sleeve with a screw inner surface, with the opposite direction of the twist of the screw surfaces.

Предложение позволяет исключить протечки жидкого металла между напорной камерой и приемным патрубком насоса, повысить его надежность и увеличить КПД.The proposal eliminates the leakage of liquid metal between the pressure chamber and the receiving pipe of the pump, to increase its reliability and increase efficiency.

1 с.п. ф-лы, 1 илл.1 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Решение относится к конструкции насосов и может быть использовано, например, в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением или в цветной металлургии.The solution relates to the design of pumps and can be used, for example, in reactor plants with liquid metal cooling or in non-ferrous metallurgy.

Известен насос погружного типа для перекачки жидких металлов, 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 с входным патрубком (см. Главные циркуляционные насосы АЭС / Ф.М.Митенков, Э.Г.Новинский, В.М.Будов; Москва, Энергоатомиздат, 1989, с.217) - прототип.A submersible type pump is known for pumping liquid metals, comprising a housing in which a shaft with an impeller mounted on it with an inlet pipe is mounted 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 (see The main circulation pumps of nuclear power plants / F.M. Mitenkov, E.G. Novinsky, V.M. Budov; Moscow, Energoatomizdat, 1989, p. 217) - prototype.

Недостатками данного технического решения является возможность забивания камер гидростатического подшипника или каналов сложной геометрии и малого диаметра, соединяющих камеры подшипника с напорной камерой насоса, дисперсными частицами, содержащимися в теплоносителе. При применении гидродинамического нижнего подшипника возможно попадание дисперсных частиц в его рабочий зазор с последующими задирами рабочих поверхностей. При применении обоих типов подшипников (гидростатических, гидродинамических) общий КПД жидкометаллических насосов уменьшается за счет протечек теплоносителя через зазор между верхним диском рабочего колеса и корпусом и через рабочий зазор подшипника в объем между нижним подшипником и свободным уровнем теплоносителя. При наличии несоосности осей положения верхних подшипников качения и нижнего подшипника скольжения происходит износ либо вала, либо втулки подшипника. Это снижает ресурс насоса, его надежность и КПД.The disadvantages of this technical solution is the possibility of clogging the chambers of a hydrostatic bearing or channels of complex geometry and small diameter, connecting the chambers of the bearing with the pressure chamber of the pump, dispersed particles contained in the coolant. When using a hydrodynamic lower bearing, dispersed particles may fall into its working clearance with subsequent scoring of the working surfaces. When using both types of bearings (hydrostatic, hydrodynamic), the overall efficiency of liquid metal pumps is reduced due to coolant leaks through the gap between the upper impeller disk and the housing and through the bearing working gap into the volume between the lower bearing and the free level of the coolant. If there is a misalignment of the position axes of the upper rolling bearings and the lower plain bearing, either the shaft or the bearing sleeve is worn. This reduces the resource of the pump, its reliability and efficiency.

Задачи, решаемые изобретением - увеличение ресурса насоса, увеличение его КПД и повышение надежности его работы.The tasks solved by the invention is to increase the resource of the pump, increase its efficiency and increase the reliability of its operation.

Технический результат - исключение износа тела втулки вала и втулки подшипника, исключение протечек перекачиваемой среды через зазор в подшипниковом узле и исключение забивания дисперсными частицами каналов, соединяющих напорную камеру насоса с рабочим зазором гидростатического подшипника.EFFECT: elimination of wear of the body of the shaft sleeve and the bearing sleeve, elimination of leaks of the pumped medium through the gap in the bearing assembly and elimination of clogging by the dispersed particles of the channels connecting the pressure chamber of the pump with the working gap of the hydrostatic bearing.

Технический результат достигается тем, что в насосе погружного типа для перекачки жидких металлов, содержащем корпус, в котором на верхнем подшипнике качения, расположенном выше уровня жидкого металла, и нижнем подшипнике The technical result is achieved in that in a submersible type pump for pumping liquid metals, comprising a housing in which on the upper rolling bearing located above the level of the liquid metal, and the lower bearing

скольжения, расположенном под уровнем жидкого металла, установлен вал с закрепленным на нем рабочим колесом с входным патрубком, нижний подшипник скольжения выполнен в виде винтового участка входного патрубка рабочего колеса с криволинейными каналами на его наружной цилиндрической поверхности, и втулки, в которой размещается винтовой участок входного патрубка рабочего колеса, с криволинейными каналами на его внутренней поверхности с направлением закрутки, противоположным направлению закрутки каналов на поверхности входного патрубка рабочего колеса.a slide located below the level of liquid metal, a shaft is installed with an impeller fixed on it with an inlet pipe, the lower sliding bearing is made in the form of a screw section of the inlet pipe of the impeller with curved channels on its outer cylindrical surface, and a sleeve in which the screw section of the input impeller nozzle, with curved channels on its inner surface with a swirl direction opposite to the swirl direction of channels on the surface of the inlet nozzle and the impeller.

Примененные винтовой участок входного патрубка рабочего колеса с криволинейными каналами на его наружной цилиндрической поверхности и соосно с ним на втулке с криволинейными каналами на ее внутренней поверхности, являются, по сути, рабочими органами лабиринтно-винтового насоса. Всасывающая сторона этого узла, сообщена с объемом теплоносителя на входе в насос. Нагнетающая сторона этого узла сообщена с нагнетающей стороной основного насоса посредством зазора между рабочим колесом и стенкой его корпуса. В целом предлагаемая конструкция объединяет в себе два параллельно работающих насоса, при этом лабиранто-винтовой насос исключает протечки перекачиваемой среды через щелевые зазоры с напора насоса во входной патрубок, увеличивая тем самым объемный КПД насоса, и улучшает гидродинамику потока на входе в рабочее колесо, одновременно, лабиринтно-винтовой насос является подшипником скольжения, центрирующим рабочее колесо и вал в корпусе насоса. Такое расположение подшипника скольжения при отсутствии консоли в виде участка вала с рабочим колесом, находящиеся на участке вне подшипника, работа системы: подшипник скольжения - вал с рабочим колесом, будет наиболее оптимальнойThe applied screw section of the impeller inlet pipe with curved channels on its outer cylindrical surface and coaxially with it on the sleeve with curved channels on its inner surface are, in fact, the working bodies of the labyrinth screw pump. The suction side of this assembly is in communication with the coolant volume at the pump inlet. The discharge side of this assembly is in communication with the discharge side of the main pump through a gap between the impeller and the wall of its housing. In general, the proposed design combines two parallel-running pumps, while a lab-screw pump eliminates leakage of the pumped medium through slotted gaps from the pump head into the inlet pipe, thereby increasing the volumetric efficiency of the pump, and improves the flow hydrodynamics at the inlet to the impeller The labyrinth screw pump is a plain bearing centering the impeller and shaft in the pump housing. This arrangement of the sliding bearing in the absence of a console in the form of a section of a shaft with an impeller located on a section outside the bearing, the operation of the system: sliding bearing - a shaft with an impeller, will be most optimal

На фиг. представлена схема предлагаемого насоса погружного типа для перекачки жидких металлов.In FIG. The scheme of the proposed submersible pump for pumping liquid metals is presented.

В корпусе 1 на верхнем подшипнике качения 2, расположенном выше уровня жидкого металла 3 и нижнем подшипнике скольжения 4, расположенном под уровнем жидкого металла, установлен вал 5 с закрепленным на нем рабочим колесом 6. Нижний подшипник скольжения 4 выполнен в виде винтового участка 7 входного патрубка 8 рабочего колеса 6 с криволинейными каналами на его наружной цилиндрической поверхности. Винтовой участок 7 входного патрубка 8 размещается сооно внутри втулки 9 приемного патрубка 10 насоса, на внутренней цилиндрической поверхности которой выполнены криволинейные каналы с направлением закрутки, противоположным направлению закрутки каналов на поверхности входного патрубка рабочего колеса.In the housing 1, on the upper rolling bearing 2, located above the level of liquid metal 3 and the lower sliding bearing 4, located below the level of liquid metal, a shaft 5 is mounted with an impeller 6 mounted on it. The lower sliding bearing 4 is made in the form of a screw section 7 of the inlet pipe 8 of the impeller 6 with curved channels on its outer cylindrical surface. The screw section 7 of the inlet pipe 8 is located jointly inside the sleeve 9 of the pump inlet pipe 10, on the inner cylindrical surface of which there are curved channels with a swirl direction opposite to the swirl direction of the channels on the surface of the impeller inlet pipe.

Работа насоса осуществляется следующим образом.The pump is as follows.

При вращении вала 5 насоса с номинальной частотой вращения нижний подшипник скольжения 4 работает в режиме гидростатического подшипника. Это обеспечивается тем, что при смещении винтового участка 7 входного патрубка 8 в радиальном направлении на стороне смещения уменьшается радиальный зазор между винтовым участком 7 входного патрубка 8 и втулкой 9. В результате этого на данном локальном участке увеличивается напор, создаваемый каналами лабиринтно-винтового насоса, и, соответственно, давление. В то же время на стороне, противоположной смещению, зазор между винтовым участком 7 входного патрубка 8 и внутренней цилиндрической поверхностью втулки 9 с криволинейными каналами, увеличивается. Увеличивается площадь сечения канала, сообщающего этот участок с полостью приемного патрубка насоса, вследствие чего напор на данном участке уменьшается. Таким образом, возникает разность давлений, и, соответственно, подъемная сила, действующая на винтовой участок 7 входного патрубка 8, в направлении, противоположном направлению смещения.When rotating the shaft 5 of the pump with a nominal speed, the lower plain bearing 4 operates in the hydrostatic bearing mode. This is ensured by the fact that when the screw section 7 of the inlet pipe 8 is radially displaced on the displacement side, the radial clearance between the screw section 7 of the inlet pipe 8 and the sleeve 9 decreases. As a result, the pressure created by the channels of the labyrinth screw pump increases in this local section, and, accordingly, pressure. At the same time, on the side opposite to the offset, the gap between the screw portion 7 of the inlet pipe 8 and the inner cylindrical surface of the sleeve 9 with curved channels increases. The cross-sectional area of the channel communicating this section with the cavity of the receiving pipe of the pump increases, as a result of which the pressure in this section decreases. Thus, a pressure difference occurs, and, accordingly, a lifting force acting on the screw portion 7 of the inlet pipe 8, in the opposite direction to the bias direction.

Работа нижнего подшипника скольжения 4 в режиме, аналогичном режиму гидродинамического подшипника, обеспечивается тем, что вращающийся винтовой участок 7 входного патрубка 8 «всплывает» на гидродинамическом клине, создаваемом турбулентной вязкостью в жидкометаллическом потоке, относительно втулки 9.The operation of the lower sliding bearing 4 in a mode similar to that of a hydrodynamic bearing is ensured by the fact that the rotating screw section 7 of the inlet pipe 8 "pops up" on the hydrodynamic wedge created by turbulent viscosity in the liquid metal flow relative to the sleeve 9.

Так как грузоподъемность подшипника скольжения 4 в режиме гидростатического подшипника пропорциональна его напору, который в свою очередь, пропорционален частоте вращения в кубе, а грузоподъемность в режиме гидродинамического подшипника пропорциональна частоте вращения в квадрате, то при номинальной частоте вращения подшипник скольжения 4 работает преимущественно в режиме гидростатического, а при понижении частоты вращения доля гидродинамической составляющей грузоподъемности подшипника возрастает.Since the load bearing capacity of the sliding bearing 4 in the hydrostatic bearing mode is proportional to its head, which, in turn, is proportional to the rotational speed in the cube, and the load bearing capacity in the mode of the hydrodynamic bearing is proportional to the rotational speed squared, at nominal speed the sliding bearing 4 operates mainly in the hydrostatic mode and when the speed is reduced, the proportion of the hydrodynamic component of the bearing capacity increases.

Надежность работы нижнего подшипника скольжения 4 обеспечивается отсутствием каналов сложной формы малого сечения, присутствующими в гидростатических подшипниках, которые могут забиваться дисперсными частицами, присутствующими в перекачиваемом теплоносителе. Каналы подшипника скольжения 4 открыты в его рабочий зазор и поступающие в подшипник дисперсные частицы будут выноситься из полости подшипника или перетираться.The reliability of the lower sliding bearing 4 is ensured by the absence of channels of complex shape of small cross section present in hydrostatic bearings, which can become clogged by dispersed particles present in the pumped coolant. The channels of the sliding bearing 4 are open in its working clearance and the dispersed particles entering the bearing will be carried out of the bearing cavity or rubbed.

При наличии несоосности между осями расположения верхнего подшипника качения 2 и нижнего подшипника скольжения 4 будет происходить обкатывание винтовым участком 7 входного патрубка 8 внутренней цилиндрической поверхности If there is a misalignment between the axes of the location of the upper rolling bearing 2 and the lower sliding bearing 4, a screw section 7 will run around the inlet pipe 8 of the inlet pipe 8 of the inner cylindrical surface

втулки 9 с криволинейными каналами с изнашиванием гребней между каналами, а тело вала и втулки изнашиваться не будет.bushings 9 with curved channels with wear of the ridges between the channels, and the body of the shaft and the sleeve will not wear out.

Применение предлагаемого технического решения позволяет увеличить объемный КПД и КПД насоса в целом за счет исключения протечек жидкого металла между напорной камерой и приемным патрубком насоса, увеличить надежность работы насоса путем исключения возможности забивания дисперсными частицами каналов, соединяющих напорную камеру насоса с рабочим зазором гидростатического подшипника, увеличить ресурс работы насоса за счет исключения изнашивания поверхностей втулки приемного патрубка насоса и входного патрубка колеса насоса, а также улучшить конструктивную схему насоса путем исключения консольного участка вала и колеса насоса.The application of the proposed technical solution allows to increase the volumetric efficiency and efficiency of the pump as a whole by eliminating leaks of liquid metal between the pressure chamber and the receiving pipe of the pump, to increase the reliability of the pump by eliminating the possibility of clogging with dispersed particles of the channels connecting the pressure chamber of the pump with the working gap of the hydrostatic bearing, to increase service life of the pump due to the exclusion of wear on the surfaces of the sleeve of the inlet pipe of the pump and the inlet pipe of the pump wheel, and improve the design of the pump by eliminating the cantilever portion of the shaft and pump wheel.

Claims

A submersible type pump for pumping liquid metals, comprising a housing in which a shaft with an impeller mounted on it with an inlet pipe mounted on it is mounted 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 the lower sliding bearing is made in the form of a screw section of the inlet pipe of the impeller with curved channels on its outer cylindrical surface, and a sleeve in which the screw section is placed in a running pipe of the impeller, with curved channels on its inner cylindrical surface with a spin direction opposite to the direction of spin of channels on the surface of the inlet pipe of the impeller.