RU73924U1

RU73924U1 - SUBMERSIBLE TYPE PUMP FOR LIQUID METAL TRANSFER

Info

Publication number: RU73924U1
Application number: RU2007149297/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Безносов; Ольга Олеговна Новожилова; Максим Александрович Антоненков; Сергей Юрьевич Савинов
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2007-12-29
Publication date: 2008-06-10

Abstract

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

Предложено в насосе погружного типа, включающем верхний подшипник качения и нижний подшипник скольжения, между которыми расположен вал с рабочим колесом, нижний подшипник скольжения выполнить в виде двух последовательно установленных втулок вала с криволинейными каналами на их цилиндрических поверхностях, направление закрутки каналов одной втулки совпадает с направлением вращения вала, а второй - противоположно ему, сопряженных с втулками подшипника с противоположным направлением закрутки каналов на их внутренней поверхности. Предложение позволяет увеличить ресурс работы насоса за счет уменьшения удельной нагрузки на подшипник, обеспечив жидкостную смазку за счет турбулентного трения жидкости в объеме между втулками вала и подшипника.It is proposed in a submersible pump including an upper rolling bearing and a lower sliding bearing, between which a shaft with an impeller is located, the lower sliding bearing is made in the form of two sequentially installed shaft bushings with curved channels on their cylindrical surfaces, the direction of twisting of the channels of one sleeve coincides with the direction rotation of the shaft, and the second opposite to it, conjugated with the bearing bushings with the opposite direction of the twist of the channels on their inner surface. The proposal allows to increase the service life of the pump by reducing the specific load on the bearing, providing liquid lubrication due to turbulent friction of the liquid in the volume between the shaft and bearing bushings.

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 (см. Главные циркуляционные насосы АЭС / Ф.М.Митенков, Э.Г.Новинский, В.М.Будов; Москва, Энергоатомиздат, 1989, с.217) - прототип.A well-known submersible type pump for pumping liquid metals, comprising a housing in which a shaft with an impeller 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 (see. Main circulation pumps NPP / 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 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, 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 clearance 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, повышение его надежности.The tasks solved by the invention is to increase the resource of the pump, increasing its reliability.

Технический результат - исключение износа тела втулки вала и втулки подшипника и исключение поступления дисперсных частиц в зазор между втулкой вала и втулкой подшипника.The technical result is the exclusion of wear of the body of the shaft sleeve and the bearing sleeve and the exclusion of dispersed particles in the gap between the shaft sleeve and the bearing sleeve.

Этот 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 скольжения, расположенном под уровнем жидкого металла, установлен вал с закрепленным на нем This result is achieved in that in a submersible pump for pumping liquid metals, comprising a housing in which a shaft with a shaft 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

рабочим колесом, нижний подшипник скольжения выполнен в виде двух последовательно установленных и разделенных камерой втулок вала с криволинейными каналами на их цилиндрических поверхностях, направление закрутки одной поверхности втулки вала совпадает с направлением вращения вала, а второй - противоположно ему, и сопряженных с втулками двух последовательно установленных и разделенных камерой втулок подшипника с криволинейными каналами на их внутренней цилиндрической поверхности с направлением закрутки, противоположным направлению закрутки каналов на сопряженных противолежащих поверхностях втулок вала и закрепленных в корпусе соосно с валом.with the impeller, the lower plain bearing is made in the form of two shaft bushings installed in series and separated by a camera with curved channels on their cylindrical surfaces, the twist direction of one surface of the shaft sleeve coincides with the direction of rotation of the shaft, and the second is opposite to it, and two serially installed coupled with the bushes and separated by a camera bearing bushings with curved channels on their inner cylindrical surface with a spin direction opposite to the direction spin channels on the mating opposing surfaces of the shaft bushings and fixed in the housing coaxially with the shaft.

Каждая пара втулка вала - втулка подшипника скольжения с криволинейными каналами, на сопряженных противолежащих поверхностях, направление закрутки которых противоположно, являются, по сути, рабочими органами лабиринтно-винтового насоса. Предлагаемый подшипник скольжения работает в жидкостном режиме трения, но в отличие от известных гидростатических подшипников не требует подачи в него рабочей среды со значительным избыточным давлением и системы разветвленных каналов с дросселями подачи рабочей среды в камеры гидростатического подшипника. Применение гидростатического подшипника в осевом или другом малонапорном насосе невозможно без дополнительного высоконапорного насоса.Each pair of shaft bushings is a plain bearing bush with curved channels on mating opposite surfaces, the direction of rotation of which is opposite, are, in fact, the working bodies of a labyrinth-screw pump. The proposed sliding bearing operates in a liquid friction mode, but unlike the known hydrostatic bearings, it does not require a working medium with significant overpressure and a branched channel system with throttles for supplying a working medium to the chambers of a hydrostatic bearing. The use of a hydrostatic bearing in an axial or other low-pressure pump is impossible without an additional high-pressure pump.

Создание гидродинамического подшипника, работающего на рабочей среде -жидком металле, например свинце, невозможно по следующим основным причинам: 1. На поверхности сталей в рабочих условиях насосов (T=400°-600°С) образуются оксидные покрытия, которые не смачиваются жидким металлом. При несмачивании жидкостью поверхностей втулки вала и втулки подшипника создание гидродинамического клина невозможно в принципе, т.к. силы трения на границе между твердой поверхностью и жидкостью минимальны; 2. Вязкость жидких металлов при указанных условиях мала (меньше вязкости воды) и величина зазоров между валом и подшипником, определяемые расчетом по методике расчета гидродинамических подшипников, настолько мала, что техническая реализация такой конструкции невозможна.The creation of a hydrodynamic bearing operating on a working medium — liquid metal, such as lead, is impossible for the following main reasons: 1. On the surface of steels under pump operating conditions (T = 400 ° –600 ° C), oxide coatings are formed that are not wetted by liquid metal. When the surfaces of the shaft sleeve and the bearing sleeve are not wetted by a liquid, creating a hydrodynamic wedge is impossible in principle, since friction forces at the boundary between a solid surface and a liquid are minimal; 2. The viscosity of liquid metals under these conditions is small (less than the viscosity of water) and the size of the gaps between the shaft and the bearing, determined by calculation by the method of calculating hydrodynamic bearings, is so small that the technical implementation of this design is impossible.

Предлагаемый подшипник работает как гидростатодинамический. Центрирование вала в подшипнике аналогично работе гидростатического подшипника, а создание давления рабочей среды между валом и втулкой подшипника достигается за счет турбулентной вязкости в потоке жидкости при вращении вала во втулке.The proposed bearing operates as a hydrostatodynamic. The centering of the shaft in the bearing is similar to the operation of a hydrostatic bearing, and the creation of pressure of the working medium between the shaft and the bearing sleeve is achieved due to the turbulent viscosity in the fluid flow during rotation of the shaft in the sleeve.

В предлагаемой конструкции насоса на валу насоса устанавливаются два таких подшипника, работающих по принципу лабиринтно-винтового насоса одновременно создающих одинаковые напоры в противоположных направлениях, создающие In the proposed design of the pump, two such bearings are installed on the pump shaft, working on the principle of a labyrinth-screw pump at the same time creating the same pressure in opposite directions, creating

повышенное давление в камере, установленной между ними. За счет этого минимизируется протечка рабочей среды через подшипниковый узел, и соответственно затраты мощности привода, и увеличивается его несущая способность.increased pressure in the chamber installed between them. Due to this, the leakage of the working medium through the bearing assembly is minimized, and, accordingly, the drive power costs, and its bearing capacity increases.

На фиг представлена схема предлагаемого насоса погружного типа для перекачки жидких металлов.On Fig presents a diagram of the proposed submersible pump for pumping liquid metals.

В корпусе 1 на верхнем подшипнике качения 2, расположенном выше уровня жидкого металла 3, и нижнем подшипнике скольжения 4, расположенном под уровнем жидкого металла 3, установлен вал 5 с закрепленным на нем рабочим колесом 6. Нижний подшипник скольжения 4 выполнен в виде двух последовательно установленных втулок вала - верхней 7 и нижней 8. Между ними установлена напорная камера 9, сообщенная с криволинейными каналами втулок 7 и 8 вала, на их цилиндрических поверхностях направление закрутки каналов одной поверхности втулки совпадает с направлением вращения вала 5, а второй - противоположно ему. С втулками 7 и 8 вала сопряженно установлены втулки подшипника размещенные последовательно - верхняя 10 и нижняя 11, разделенные напорной камерой 9. Камера 9 сообщена с криволинейными каналами втулок 10 и 11 подшипника. Направление закрутки каналов на цилиндрических поверхностях каждой из втулок 10 и 11 подшипника противоположно направлению закрутки каналов на цилиндрических поверхностях каждой из сопряженных втулок 7 и 8 вала соответственно. Втулки 10 и 11 подшипника закреплены в корпусе соосно с валом 5.In the housing 1, on the upper rolling bearing 2, located above the level of the liquid metal 3, and the lower sliding bearing 4, located below the level of the liquid metal 3, a shaft 5 is mounted with an impeller 6 mounted on it. The lower sliding bearing 4 is made in the form of two sequentially mounted the shaft bushings - upper 7 and lower 8. A pressure chamber 9 is installed between them, connected with the curved channels of the shaft bushings 7 and 8, on their cylindrical surfaces the direction of twist of the channels of one surface of the sleeve coincides with the direction rotation of the shaft 5, and the second - opposite to it. Bearing bushings are mounted in conjunction with shaft bushings 7 and 8, arranged in series — upper 10 and lower 11, separated by pressure chamber 9. Chamber 9 is in communication with curved channels of bearing bushings 10 and 11. The direction of the twist of the channels on the cylindrical surfaces of each of the bearing bushings 10 and 11 is opposite to the direction of the twist of the channels on the cylindrical surfaces of each of the associated shaft bushings 7 and 8, respectively. The bearing bushings 10 and 11 are fixed in the housing coaxially with the shaft 5.

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

При вращении вала 5 с номинальной частотой верхняя и нижняя части подшипника скольжения, разделенные напорной камерой 9, работают в режиме гидростатического подшипника. Это достигается тем, что при смещении вала 5 в радиальном направлении на стороне смещения уменьшается радиальный зазор между нижними цилиндрическими поверхностями выступов между канавками втулок 7 и 8 вала и внутренними цилиндрическими поверхностями выступов между канавками втулок 10 и 11 подшипника. В то же время, на стороне, противоположной смещению вала 5, увеличивается радиальный зазор между внешними цилиндрическими поверхностями, выступов между канавками втулок 7 и 8 вала и внутренними цилиндрическими поверхностями выступов между канавками втулок 10 и 11 подшипника. Таким образом, возникает разность давлений, и, соответственно, сила, действующая на вал 5 в направлении, противоположном направлению смещения, возвращающая вал в положение соосное втулкам подшипника.When the shaft 5 is rotated with a nominal frequency, the upper and lower parts of the sliding bearing, separated by the pressure chamber 9, operate in the hydrostatic bearing mode. This is achieved by the fact that when the shaft 5 is displaced in the radial direction on the displacement side, the radial clearance between the lower cylindrical surfaces of the protrusions between the grooves of the sleeve bushings 7 and 8 and the inner cylindrical surfaces of the protrusions between the grooves of the bearing bushings 10 and 11 are reduced. At the same time, on the side opposite to the displacement of the shaft 5, the radial clearance between the outer cylindrical surfaces of the protrusions between the grooves of the shaft bushings 7 and 8 and the inner cylindrical surfaces of the protrusions between the grooves of the bearing bushings 10 and 11 increases. Thus, a pressure difference occurs, and, accordingly, a force acting on the shaft 5 in the direction opposite to the direction of displacement, returning the shaft to the position coaxial with the bearing bushings.

Наличие двух установленных последовательно на валу подшипников скольжения, работающих в режиме либиринтно-винтового насоса и создающих напор и направление The presence of two bearings mounted in series on the shaft, operating in the mode of a labyrinth-screw pump and creating a pressure and direction

движения жидкости противоположного знака, увеличивает давление в напорной камере 9 и минимизирует расход жидкометаллического теплоносителя через подшипник скольжения. Минимизация расхода жидкого металла уменьшает затраты мощности привода насоса на прокачку жидкого металла через подшипник.the movement of liquid of the opposite sign, increases the pressure in the pressure chamber 9 and minimizes the flow of liquid metal coolant through the sliding bearing. Minimizing the flow of molten metal reduces the power consumption of the pump drive for pumping molten metal through the bearing.

Наряду с этим наличие двух участков подшипника скольжения, работающих на общую напорную камеру 9, увеличивает несущую способность подшипника и уменьшает величину удельной нагрузки на подшипник.Along with this, the presence of two sections of the sliding bearing, working on a common pressure chamber 9, increases the bearing capacity of the bearing and reduces the specific load on the bearing.

Надежность работы нижнего подшипника скольжения 4 обеспечивается отсутствием каналов сложной формы малого сечения, присутствующими в гидростатических подшипниках, которые могут забиваться дисперсными частицами примесей, присутствующими в теплоносителе.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 of impurities present in the coolant.

При наличии несоосности между осями расположения верхних подшипников качения 2 и нижнего подшипника скольжения 4 возможен только незначительный износ винтовых поверхностей между каналами втулок вала и подшипника, а тело втулки вала и втулки подшипника изнашиваться не будет.If there is a misalignment between the axes of arrangement of the upper rolling bearings 2 and the lower sliding bearing 4, only slight wear of the screw surfaces between the channels of the shaft bushings and the bearing is possible, and the body of the shaft bush and the bearing bush will not wear out.

Применение предлагаемого технического решения позволяет увеличить ресурс работы насоса и его надежность за счет уменьшения удельной нагрузки на подшипник скольжения, обеспечения жидкостной смазки подшипника за счет турбулентного трения жидкости в объеме между втулками вала и подшипника, увеличить надежность работы насоса путем исключения забивания дисперсными частицами каналов подшипника скольжения, увеличить КПД насоса за счет уменьшения мощности его привода, а также увеличить ресурс насоса за счет исключения износа тела втулок вала и подшипника.The application of the proposed technical solution allows to increase the service life of the pump and its reliability by reducing the specific load on the sliding bearing, providing liquid lubrication of the bearing due to turbulent friction of the liquid in the volume between the shaft and bearing bushings, and increasing the reliability of the pump by eliminating clogged particles of sliding bearing channels , to increase the efficiency of the pump by reducing the power of its drive, and also to increase the resource of the pump by eliminating the wear of the body of the bushings in Ala and bearing.

Claims

A submersible type pump for pumping liquid metals, comprising a housing in which a shaft with an impeller 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 bearing the slide is made in the form of two sequentially installed and separated by a camera shaft bushings with curved channels on their cylindrical surfaces, the direction of twist of the channels of one surface of the shaft sleeve and it coincides with the direction of rotation of the shaft, and the second - opposite to it and coupled to the shaft bushings, two successively mounted and divided by the camera bearing bushings with curved channels on their inner cylindrical surface with a spin direction opposite to the direction of the channel spin on the mating opposite surfaces of the shaft bushings, and fixed in the housing coaxially with the shaft.