НАСОС ПОГРУЖНОГО ТИПА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ТЯЖЕЛЫХ ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

Предполагаемое изобретение относится к конструкции насосов и может быть использовано, например, в главных циркуляционных насосах реакторов на быстрых нейтронах, охлаждаемых свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителями.
Известна полезная модель по патенту РФ №73924 (опубликовано 10.06.2008 г., МПК F04D 1/00, F04D 3/00, Бюл. №16), которая является прототипом данной полезной модели. 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.
Недостатком данного технического решения является повышенный износ контактных поверхностей гидростатического подшипника скольжения при пусках и остановках вала насоса, а также при работе на пониженных скоростях вращения вала насоса.
Решаемая задача - увеличение ресурса насоса и повышение надежности его работы.
Технический результат - исключение или снижение до минимума износа контактных поверхностей втулки вала и корпуса подшипника, в режимах пуска и остановки насоса, а также при работе на пониженных оборотах насоса.
Этот технический результат достигается тем, что в насосе погружного типа для перекачки тяжелых жидкометаллических теплоносителей ядерных реакторов, 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, в корпусе нижнего подшипника скольжения выполнена прилегающая к валу продольная камера, сообщенная посредством каналов в верхней части с входной и в нижней части с выходной кольцевыми камерами, на выходе из которых расположены кольцевые вытачки, а выше выходной кольцевой камеры выполнена несущая камера так же сообщенная с выходной кольцевой камерой и продольной камерой, а на контактные поверхности подшипника нанесено антифрикционное покрытие.
На фигуре 1 представлена схема предлагаемого насоса погружного типа для перекачки тяжелых жидкометаллических теплоносителей (свинца, эвтектики свинец-висмут и др.), а также на фигуре 2 - общий вид корпуса гидростатического подшипника.
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 осевого типа. Непосредственно сразу за рабочим колесом 6 по ходу потока установлен выпрямляющий аппарат 7.
Нижний подшипник скольжения 4 содержит камеру 8 с давлением P1, сообщенную с кольцевой выточкой 9 каналами 10, имеющими незначительное гидравлическое сопротивление. Кольцевая выточка 9 сообщается через входной кольцевой зазор 11 с камерой 12, расположенной между валом 5 и корпусом подшипника 13. Камеры 12 через винтовой канал в корпусе подшипника 13 сообщена с несущей камерой 14. Последняя через кольцевой щелевой зазор 15 между валом и корпусом сообщена с камерой 16 с пониженным давлением P2 через отверстия 17 в вале 5 сообщенной с участком входа потока в рабочее колесо. Кольцевые выточки камеры 8 сообщены между собой кольцевым щелевым зазором между валом 5 и корпусом подшипника 13, и через канал 18 с камерой 16 с пониженным давлением P2.
На контактных поверхностях вала 5 и корпуса подшипника 13 сформировано (нанесено) оксидное антифрикционное покрытие и доформируется (наносится) за счет ввода в перекачиваемый теплоноситель примеси кислорода.
Работа насоса осуществляется следующим образом. При вращении вала 5 насоса с номинальной скоростью вращения вала нижний подшипник скольжения 4 работает в режиме гидростатического подшипника. Это обеспечивается тем, что при смещении вала 5 под действием радиальной нагрузки с несущей камерой 14 гидравлическое сопротивление входного кольцевого зазора 11 резко уменьшается, а сопротивление выходного кольцевого щелевой зазора 15 увеличивается. Давление в несущей камере 14 приближается к давлению P1. В противоположной по диаметру камере происходит обратный процесс - сопротивление входа увеличивается, а сопротивление выхода - уменьшается и давление в несущей камере 14 приближается к давлению P2. В результате перепада давления уравновешивают нагрузку.
В режимах пуска и остановки насоса, а также при работе на пониженной скорости вращения вала перепад давлений P1-P2 приближается к нулю или соответственно уменьшается и внешняя нагрузка на вал не уравновешивается. Происходит сближение и контакт поверхностей вала и корпуса подшипника. За счет отверстий малого диаметра в корпусе подшипника осуществляется дробление пузырьков кислорода, тем самым интенсифицируя скорость окисления теплоносителя и формирование или доформирование антифрикционных оксидных покрытий на поверхностях подшипника. Сформированные на контактных поверхностях антифрикционные оксидные покрытия исключают контакт «голыми» поверхностями сталей с возможными негативными последствиями. При возможных в процессе эксплуатации износе или локальных разрушениях антифрикционных покрытий производится их доформирование путем ввода в перекачиваемый теплоноситель примеси кислорода. Антифрикционные оксидные покрытия уменьшают напряженно-деформированное состояние приповерхностных слоев контактирующих элементов подшипника в режимах остановки и пуска. Тепло, выделяющееся в режимах пуска и остановки насоса, а также при работе на пониженной скорости вращения вала в результате контактного трения (взаимодействия) элементов подшипника, эффективно отводится жидкометаллическим теплоносителем, в среде которого находится подшипник.
Испытание гидростатического подшипника, согласно предлагаемому решению, в свинцовом теплоносителе в составе модели главного циркуляционного насоса отечественной реакторной установки БРЕСТ-ОД-300 на стенде ФТ-4 НГТУ после более чем 200 циклов «пуск-остановка» в среде свинцового теплоносителя при температуре 450°-500°C, кратковременно 550° показали удовлетворительное состояние его рабочих поверхностей и возможность дальнейшей эксплуатации гидростатического подшипника в составе электронасоса контура свинцового теплоносителя стенда ФТ-4 НГТУ.
Применение предлагаемого технического решения позволяет повысить ресурсную работоспособность насоса и повысить надежность его работы при пусках и остановках, а также при пониженных скоростях вращения вала насоса за счет исключения или существенного уменьшения износа вала и втулки подшипника.