НАСОС ПОГРУЖНОГО ТИПА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ

Решение относится к конструкции насосов и может быть использовано, например, в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением.
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, отличающийся тем, что нижний подшипник скольжения выполнен в виде винтового участка вала с криволинейными каналами на его цилиндрической поверхности, направление закрутки которых совпадает с направлением вращения вала, и втулки с криволинейными каналами на ее внутренней цилиндрической поверхности с направлением закрутки, противоположным направлению закрутки каналов на поверхности вала, закрепленной в корпусе насоса соосно с валом («НАСОС ПОГРУЖНОГО ТИПА ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ», RU 73758 U1, G21D 9/00, Заявка: 2007149307/22, 29.12.2007, Опубликовано: 27.05.2008).
Недостатком данного технического решения является возможность агломерации газовых пузырей, выделяющихся из объема жидкого металла в участках пониженного давления межлопаточных объемов и переход работы насоса в режим газовой кавитации с возможным «срывом» подачи насоса. Выделение растворенного газа и газа в виде микроскопических пузырьков, содержащихся в объеме жидкого металла, может происходить вследствие понижения давления в межлопаточных объемах, как правило, в потоке вблизи лопатки рабочего колеса, вблизи ее входной кромки. Давление в этой области достигает минимального значения в проточной части насоса. Выделяющийся газ, вследствие уменьшения давления укрупняется и интенсивно агломерирует, в том числе и под действием центробежных сил в потоке жидкого металла. В последнем случае пузыри газа концентрируются в межлопаточных объемах в центральной части рабочего колеса. Агломерация газовой фазы приводит к увеличению гидравлического сопротивления двухкомпонентного потока и к «срыву» подачи насоса вследствие газовой кавитации. Возможность «срыва» подачи насоса снижает его надежность. Повышенный износ стенок межлопаточного объема снижает ресурс работы насоса. Образование газовых пузырей и их агломерация в межлопаточных объемах уменьшает КПД насоса вследствие большего гидравлического сопротивления двухкомпонентного потока.
Задачи, решаемые полезной моделью - повышение КПД насоса, увеличение ресурса его работы, повышение надежности работы.
Технический результат - исключение износа поверхностей конструкционных материалов межлопаточных объемов проточной части насоса, исключение концентрации и агломерации газовой фазы в межлопаточных объемах рабочего колеса и, соответственно, уменьшение гидравлического сопротивления межлопаточных объемов колеса, исключение срыва подачи насоса.
Этот 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, в верхнем и нижнем дисках рабочего колеса, ограничивающих каждый межлопаточный объем, выполнены сквозные дроссельные отверстия.
Газ, выделяющийся из объема жидкого металла в межлопаточных пространствах насоса, и агломерирующий с образованием газовых каверн и полостей, отводится из межлопаточных объемов через дроссельные отверстия, в верхнем и нижнем дисках в области пониженного давления, находящейся снаружи дисков. Полость снаружи нижнего диска сообщается с входным участком (всасом) насоса. Полость снаружи верхнего диска сообщена с газовой полостью насоса через кольцевой зазор между валом насоса и нижним подшипником (скольжения). Тем самым исключается образование в межлопаточных объемах рабочего колеса насоса газовых каверн и полостей, приводящих к уменьшению и срыву подачи насоса, уменьшению его КПД и повышенному изнашиванию стенок межлопаточных объемов стенок рабочего колеса насоса.
На фиг.1 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 3, установлен вал 5, с закрепленным на нем рабочим колесом 6.
На фиг.2 представлен узел А на фиг.1. В верхнем диске 7 и нижнем диске 8 выполнены дроссельные отверстия 9, сообщающие каждый межлопаточный объем рабочего колеса 6, с щелевыми зазорами, образованными корпусом насоса 1 и нижним диском 8, а также днищем выемной части 10 и верхним диском 7.
Работа насоса осуществляется следующим образом: при вращении вала 5 насоса вращается рабочее колесо 6, передавая механическую энергию потоку перекачиваемого жидкого металла, обязательно содержащего как растворенный газ, так пузырьки нерастворенного газа. Объемное содержание последнего определяется:
- конструктивным выполнением циркуляционного контура и физическими свойствами жидкого металла;
- газа, находящегося над свободным уровнем жидкого металла в циркуляционном контуре;
- количеством и свойствами частиц примесей в жидком металле;
- другими признаками.
При поступлении жидкого металла в насос в районе входных кромок лопаток рабочего колеса давление в потоке в межлопаточных объемах значительно понижается. Пузыри газа, содержащиеся в этих участках, увеличиваются в объемах, агломерируют и могут образовывать полости (каверны). Часть газа в межлопаточных объемах вблизи верхнего диска всплывает в поле тяжести, и через дроссельные отверстия 9, с потоком жидкого металла, выносится в зазор между днищем выемной части 10 и нижним диском 8, откуда через зазор между втулкой подшипника и валом 5 выходят в объем теплоносителя со свободным уровнем 3 и далее в газовый объем над уровнем 3. Часть газа в межлопаточных объемах вблизи нижнего диска 8 захватывается потоком жидкого металла, и через дроссельные отверстия 9 поступает в щелевой зазор, образованный корпусом насоса 1 и нижним диском 9, откуда в составе двухкомпонентного потока жидкий металл-газ поступает на вход в рабочее колесо 6.
В результате изложенного:
- уменьшается содержание газа в областях межлопаточных объемов с понижением давления, из которых газ отводится через дроссельные отверстия и с основным потоком жидкого металла;
- исключается или уменьшается сепарация газа в центральных частях рабочего колеса в этих объемах и исключается срыв подачи насоса, вследствие увеличения гидравлического сопротивления проточной части и ухудшения передачи энергии от рабочего колеса потоку жидкого металла.
Применение предлагаемого технического решения позволяет увеличить КПД насоса для перекачки жидкого металла за счет исключения формирования двухкомпонентного потока в областях минимальных давлений рабочих колес, затрат энергии, связанных с осцилляцией газовых объемов в потоке тяжелых жидкометаллических теплоносителей, предотвратить уменьшение и срыв подачи насоса за счет газовой кавитации в межлопаточных объемах рабочего колеса и увеличить ресурс насоса за счет уменьшения и исключения повышенного изнашивания поверхностей конструкционных материалов, ограничивающих межлопаточные объемы рабочего колеса насоса.