НАСОС ПОГРУЖНОГО ТИПА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ

Решение относится к конструкции насосов и может быть использовано, например, в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением или в цветной металлургии.
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.
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.
Задачи, решаемые изобретением - увеличение ресурса насоса, увеличение его КПД и повышение надежности его работы.
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.
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
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.
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 оптимальной
На фиг. представлена схема предлагаемого насоса погружного типа для перекачки жидких металлов.
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.
Работа насоса осуществляется следующим образом.
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.
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.
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.
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.
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
втулки 9 с криволинейными каналами с изнашиванием гребней между каналами, а тело вала и втулки изнашиваться не будет.
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.