Устройство ввода газа в тяжелый жидкий металл
DEVICE FOR INTRODUCING GAS INTO HEAVY LIQUID METAL

Изобретение относится к системе поддержания качества тяжелого жидкого металла в прямоконтактных жидкометаллических аппаратах и других устройствах, работающих с жидкометаллической средой.
Известна ядерная энергетическая установка, снабженная устройством ввода газовой смеси, расположенным под свободным уровнем теплоносителя в тракте теплоносителя, в районе входа в активную зону, в парогенераторы и в средства циркуляции. На выходе устройства установлены одна или несколько труб с сопловыми насадками, подключенных к линии напора газового компрессора, линия всаса которого соединена с газовой полостью реактора, и к газовым баллонам с восстановительной смесью (Патент РФ №2192052, заявка от 12.02.2001 г.).
Недостатком этого решения является сложность доставки газовой смеси ко всем поверхностям контура из-за малой скорости ее вытекания из сопловых насадок.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является ядерная энергетическая установка, содержащая устройство для ввода защитного газа в установку, представляющее собой диспергатор, рабочая часть которого выполнена в виде нижнего подвижного, укрепленного на полом валу, и верхнего неподвижного, расположенного на заборной части устройства, дисков, установленных с зазором, при этом подвижный диск выполнен полым и снабжен осевыми отверстиями, сообщающимися с зазором между дисками и полостью нижнего диска (Патент РФ №2566661, заявка от 11.06.2014 г.).
Недостатком известного решения является формирование смеси тяжелого жидкого металла с газом с требуемой дисперсностью газовых пузырей в относительно небольшом объеме жидкого металла, что недостаточно для эффективного восстановления примесей на основе оксида свинца во всем объеме жидкого металла в условиях отсутствия циркуляции.
Задача изобретения состоит в исключении указанного недостатка, а именно в обеспечении взаимодействия подаваемого газа со всем объемом тяжелого жидкого металла.
Технический результат - обеспечение восстановления относительно большого объема тяжелого жидкого металла.
Для исключения указанного недостатка устройство ввода газа в тяжелый жидкий металл, состоящее из электродвигателя, установленного над уровнем тяжелого жидкого металла, вала, магнитной муфты, соединяющей электродвигатель с валом, заборной и рабочей частей устройства, расположенных соответственно над и под уровнем тяжелого жидкого металла, корпуса с отверстиями, нижнего вращающегося диска, укрепленного на валу, и верхнего неподвижного диска, расположенного на корпусе, причем нижний вращающийся и верхний неподвижный диски установлены с зазором относительно друг друга, предлагается дополнительно снабдить:
- кожухом, внутри которого с зазором установлены верхний неподвижный и нижний вращающийся диски;
- побудителем расхода тяжелого жидкого металла, расположенным с зазором внутри кожуха;
- укрепленным на нижней части вала, опорным узлом с, по меньшей мере, одним каналом, соединяющим между собой заборную и рабочую части устройства.
В частных случаях исполнения устройства ввода газа в тяжелый жидкий металл предлагается:
- побудитель расхода тяжелого жидкого металла выполнить в виде шнека;
- опорный узел выполнить в виде подшипника скольжения с каналами.
Сущность изобретения поясняется на фигуре, на которой представлено продольное осевое сечение одного из вариантов исполнения устройства ввода газа в тяжелый жидкий металл.
На фигуре приняты следующие позиционные обозначения: 1 - вал; 2 - вращающийся диск; 3 - канал; 4 - кожух; 5 - корпус; 6 - магнитная муфта; 7 - неподвижный диск; 8 - опорный узел вала; 9 - отверстие забора газа; 10 - побудитель расхода тяжелого жидкого металла; 11 - фланец; 12 - электродвигатель.
Устройство ввода газа в тяжелый жидкий металл состоит из электродвигателя 12, магнитной муфты 6, вала 1, заборной и рабочей частей устройства, корпуса 5 с отверстиями 9, нижнего вращающегося 2 и верхнего неподвижного 7 диска, кожуха 4, побудителя расхода тяжелого жидкого металла 10, опорного узла вала 8 с, по меньшей мере, одним каналом 3.
Электродвигатель 12 установлен над уровнем тяжелого жидкого металла, закреплен на фланце 11 и соединен с валом 1 посредством магнитной муфты 6.
Заборная и рабочая части устройства расположены соответственно над и под уровнем тяжелого жидкого металла.
Часть корпуса 5, соответствующая заборной части устройства, имеет отверстия 9.
Рабочая часть устройства состоит из укрепленного на валу 1 нижнего вращающегося диска 2 и расположенного на корпусе 5 неподвижного диска 7.
Внутри кожуха 4 с зазором установлены верхний неподвижный 7 и нижний вращающийся 2 диски.
Побудитель расхода тяжелого жидкого металла 10 расположен с зазором внутри кожуха 4 и укреплен на нижней части вала 1.
Опорный узел 8 имеет, по меньшей мере, один канал 3.
Устройство работает следующим образом.
2
2
Электродвигатель 12 посредством магнитной муфты 6 вращает вал 1 с закрепленным на нем диском 2. При этом в зазоре, образуемом вращающимся 2 и неподвижным 7 дисками, образуется зона пониженного давления, благодаря которому происходит подача газа через отверстия 9 заборной части устройства, корпус 5 и канал 3 опорного узла 8 в рабочую часть устройства. За счет вращения диска 2 происходит дробление пузырьков вводимого газа. Побудитель расхода тяжелого жидкого металла 10 создает внутри кожуха 4 вертикально направленный поток жидкого металла, создавая дополнительную эжекцию газа в зоне подачи его в рабочую часть устройства. За счет этого увеличивается объем подачи газа и формируется стабильный поток смеси тяжелого жидкого металла и мелкодисперсного газа на выходе из устройства. Этот поток способен распространять мелкодисперсные газовые пузыри и интенсифицировать физико-химические процессы восстановления тяжелого жидкого металла в относительно большом объеме. Восстановление происходит за счет взаимодействия растворенного и связанного свинцом кислорода с подаваемым водородсодержащим газом по реакции: PbO+H→HO+Pb.
Конкретный вариант исполнения устройства ввода газа в тяжелый жидкий металл содержит электродвигатель АИР-100L2 мощностью 5,5 кВт и магнитную муфту ММ 01-010.
Габаритные размеры составных частей:
- диаметр вала - 28 мм;
- внутренний диаметр кожуха - 100 мм;
- диаметр нижнего вращающегося диска - 80 мм, толщина 10 - мм;
- диаметр верхнего неподвижного диска - 80 мм;
- диски установлены с зазором 1,5 мм относительно друг друга;
- зазор между кожухом и дисками - 10 мм;
- шнек, выполняющий роль побудителя расхода тяжелого жидкого металла, имеет 2 витка с шагом 70 мм и диаметром 94 мм;
- зазор между шнеком и кожухом - 3 мм;
- каналы в количестве четырех шт. выполнены в виде проточек на внешней обойме подшипника скольжения шириной 3 мм и глубиной 3 мм.
3
Условия проведения испытаний устройства ввода газа в тяжелый жидкий металл: скорость вращения электродвигателя - 2750 об/мин; тяжелый жидкий металл - эвтектический сплав 44,5% Pb - 55,5% Bi; температура тяжелого жидкого металла - 430°C; объемный расход газа, подаваемого под уровень тяжелого жидкого металла - 1,5 м/ч.
Преимущества по сравнению с прототипом при прочих равных условиях испытаний: объем восстановленного тяжелого жидкого металла увеличился в 12 раз, а объемный расход газа, подаваемого под уровень тяжелого жидкого металла, увеличился в 5 раз.