НАСОС ПОГРУЖНОГО ТИПА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ

Решение относится к конструкциям насосов и может быть использовано, например, в качестве главных циркуляционных насосов реакторных установок с жидкометаллическими теплоносителями (свинцовым, эвтектикой свинец-висмут) в экспериментальных стендах с жидкометаллическими теплоносителями, в цветной металлургии.
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, в котором нижний подшипник скольжения выполнен в виде двух последовательно установленных и разделенных камерой втулок вала с криволинейными каналами на их цилиндрических поверхностях, направление закрутки каналов одной поверхности втулки вала совпадает с направлением вращения вала, а второй - противоположно ему и сопряженным, расположенным концентрично, с втулками вала двум последовательно установленным и разделенным камерой втулкам 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 (патент РФ №73924, F04D 1/00, F04D 3/00, опубликован 29.12.2007).
Недостатком данного технического решения является изнашивание поверхностей выступов сопряженных криволинейных каналов при динамических нагрузках на валу, возникающих при работе насоса, приводящих к непосредственному контакту трущихся пар указанных поверхностей.
Задачи, решаемые изобретением - увеличение ресурса насоса за счет обеспечения бесконтактного жидкостного трения в нижнем подшипнике скольжения, повышение его надежности.
Технический результат - уменьшение изнашивания элементов подшипников в средах жидкого металла, исключение забивания примесями (оксидами свинца, соединениями продуктов коррозии конструкционных материалов и др.) дросселирующих отверстий, удаление газов и примесей, всегда имеющих плотность меньше плотности жидкого металла, из каналов нижнего подшипника скольжения.
Этот технический результат достигается тем, что в насосе погружного типа для перекачки жидких металлов, содержащим корпус, в котором установлен вал на верхнем подшипнике качения и нижнем подшипнике скольжения, выполненном из сопряженных и расположенных концентрично втулки вала и втулки подшипника с криволинейными каналами на их цилиндрических поверхностях, имеющими различное направление закрутки; на внутренней и наружной поверхностях втулок вала и подшипника, соответственно, выполнена центральная проточка, сообщенная дросселирующими отверстиями с камерами, образованными поверхностью вала и втулки подшипника, не доходящими до ее верхнего и нижнего торцов в местах сопряжения втулок в нижней и верхней частях выполнены входные щели, сообщенные с объемом жидкого металла вне подшипника скольжения. Направление закрутки каналов одной из поверхностей втулки вала совпадает с направлением вращения вала, а второй - противоположно ему, а направление закрутки каналов втулки подшипника противоположно направлению закрутки каналов на сопряженных поверхностях втулки вала.
Применение предлагаемого технического решения увеличивает ресурс насоса за счет обеспечения безизносного жидкостного трения в нижнем подшипнике скольжения, исключает забивание дросселирующих отверстий и каналов подшипника примесями; в случае конструктивного исполнения насоса с осевым колесом, имеющим небольшой напор, обеспечивают циркуляцию жидкого металла по каналам подшипника скольжения за счет подачи его в подшипник напором, создаваемым за счет относительного движения разнонаправленных криволинейных каналов на внутренней поверхности втулки вала и на наружной поверхности втулки подшипника.
На фиг.1 представлена конструктивная схема предлагаемого насоса погружного типа для перекачки жидких металлов, применительно к реакторной установке БРЕСТ со свинцовым теплоносителем. На фиг.2 и фиг.3 представлены конструктивные схемы нижнего подшипника скольжения.
В корпусе 1 расположен уплотненный по газу в уплотнении 2 вал 3 с приводом 4. Выше уровня 5 жидкого металла вал 3 центрируется верхним подшипником качения 6. Под уровнем 5 жидкого металла вал 3 центрируется нижним подшипником скольжения 7, на нижнем конце вала 3 закреплено рабочее колесо 8. Снаружи подшипника скольжения 7 установлена втулка вала 9, внутренняя поверхность которой разделена проточкой 10 на две цилиндрические поверхности 11 и 12 с криволинейными каналами. Направление закрутки каналов поверхности 11 совпадает с направлением вращения вала 3, а направление закрутки каналов поверхности 12 противоположено ему. Соосно с валом 3 в корпусе 1 закреплена втулка подшипника 13 концентрично втулке 9. Наружная поверхность втулки подшипника 13 разделена проточкой 14 на две цилиндрические поверхности 15 и 16 с криволинейными каналами. Проточки 10 и 14 образуют одну центральную проточку. Направление закрутки каналов поверхностей 15 и 16 противоположено направлению закрутки каналов на сопряженных поверхностях 11 и 12 втулки вала 9.
Центральная проточка с помощью дросселирующих отверстий 17, сообщена с вертикально ориентированными камерами 18, не доходящими до верхнего 19 и нижнего 20 торцов втулки подшипника 13.
Верхняя входная щель 21 подшипника скольжения 7 образована сопряженными цилиндрическими поверхностями 11 и 15 с криволинейными каналами. Нижняя входная щель 22 подшипника скольжения 7 образована сопряженными цилиндрическими поверхностями 12 и 16 с криволинейными каналами. Верхняя входная щель 21 подшипника скольжения 7 сообщена отверстиями 23 с объемом перекачиваемого насосом жидкого металла вне подшипника скольжения 7. Насос имеет систему обогрева и теплоизоляцию (условно не показано).
Работа насоса осуществляется следующим образом. Вал 3 с нижним подшипником скольжения 7, рабочим колесом 8 и верхним подшипником качения 6 устанавливается в корпус 1 и соединяется с приводом 4. Корпус насоса разогревается системой обогрева до температуры, превышающий температуру кристаллизации жидкого металлами заполняется жидким металлом в составе циркуляционного контура жидкого металла.
При вводе в работу привода 4 вал 3 вращается в верхнем подшипнике качения 6 и нижнем подшипнике скольжения 7. Через входные щели 21 и 22, образованные соединенной с валом 3 вращающейся втулкой вала 9 и неподвижной втулкой подшипника 13, жидкий металл подается в камеру, образованную проточками 10 и 14 за счет турбулентной вязкости жидкого металла в противоположно закрученных сопряженных криволинейных каналах на наружных 15 и 16 и внутренних 11 и 12 поверхностях. В том случае, если в поступающем через вход теплоносителе содержатся частицы примесей, они разрушаются в верхней 21 и нижней 22 щелях до размеров существенно меньших размеров дросселирующих отверстий 17, что исключает возможность их забивания частицами примесей. Из камеры, образованной проточками 10 и 14, через дросселирующие отверстия жидкий металл поступает в шесть вертикально ориентированных камер 18. Камеры 18 обеспечивают центрирование вала 3 в подшипнике скольжения 7, обеспечивая жидкостную смазку в зазорах между втулкой подшипника 13 и валом 3 и безизносное трение этой пары.
При прекращении работы насоса останавливается привод 4 и циркуляция жидкого металла прекращается.
При неработающем приводе 4 через отверстия 23 обеспечивается удаление газа и частиц примесей из подшипника 7, которые могут содержаться в объеме теплоносителя в подшипнике.