Насос погружного типа для перекачки тяжелых жидкометаллических теплоносителей

Предлагаемая полезная модель относится к конструкции насоса и может быть использована, например, в главных циркуляционных насосах реакторов на быстрых нейтронах, охлаждаемых свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителями.
Известна полезная модель к патенту РФ RU146141U1 (опубликовано 10.10.2014 г. МПК F04D 1/00, F04D 3/00, Бюл. №28), которая является прототипом данной полезной модели. Насос погружного типа для перекачки тяжелых жидкометаллических теплоносителей ядерных реакторов, 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 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 выточки, а выше выходной кольцевой камеры выполнена несущая камера, также сообщенная с выходной кольцевой камерой и продольной камерой, а на контактные поверхности подшипника нанесено антифрикционное покрытие.
Недостатком данного технического решения является отсутствие теплоотвода с нижнего подшипника скольжения при полном забивании всех его каналов и зазора между валом и подшипником, в результате чего нижний подшипник скольжения переходит в режим контактного (сухого) трения с интенсивным выделением тепла.
Технический результат - поддержание гарантированного теплоотвода в любых режимах работы нижнего подшипника скольжения.
Технический результат достигается тем, что в насосе погружного типа для перекачки тяжелых жидкометаллических теплоносителей ядерных реакторов, содержащем корпус, в котором на верхнем подшипнике качения, расположенным выше уровня жидкого металла, и нижнем подшипнике скольжения, расположенным 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 выходной и в нижней части с входной кольцевыми камерами, на выходе из которых расположены кольцевые выточки, а выше входной кольцевой камеры выполнена несущая камера, также сообщена с выходной кольцевой камерой и продольной камерой с антифрикционным покрытием на контактных поверхности подшипника, выходная камера через сквозные радиальные отверстия в корпусе подшипника и радиальные отверстия в вале сообщены с центральным каналом в вале, который через радиальные каналы и осевые каналы на поверхности вала сообщен с выходной торцевой камерой, через радиальные каналы сообщенный с участком подвода теплоносителя к рабочему колесу насоса, которые сообщены осевыми пазами на поверхности вала с напором рабочего колеса.
На фигуре 1 представлена схема нижнего, входного участка насоса погружного типа для перекачки тяжелых жидкометаллических теплоносителей с гидростатическим подшипником, установленном на валу насоса.
В корпусе 1 на верхнем подшипнике качения, расположенном выше уровня жидкого металла, и нижнем подшипнике скольжения 2, расположенный под уровнем жидкого металла, установлен вал 3, с закрепленным на нём рабочим колесом 4 осевого типа. Непосредственно сразу за рабочим колесом 4 по ходу потока установлен выпрямляющий аппарат 5.
Камера 6 с давлением P1 сообщена с кольцевой проточкой 7 в обойме гидростатического подшипника через отверстия 8, имеющие незначительное гидравлическое сопротивление. Выточка 9 в корпусе подшипника и соответствующий участок поверхности вала образует камеру, сообщенную через щелевой зазор между валом и обоймой и через винтовой канал с несущей камерой 10, сообщенной через щелевой зазор между валом и обоймой с кольцевыми проточками 11 и 12. Кольцевая проточка 11 сообщена через кольцевой зазор с кольцевой проточкой 7 и через осевые отверстия 13 с кольцевой проточкой 12. Вал через радиальные сверления 14 и осевой канал 15 сообщает с всасом осевого колеса кольцевую выточку 12. Напор рабочего колеса сообщен непосредственно в радиальными сверлениями 14 осевыми пазами 16 на валу.
Работа насоса осуществляется следующим образом. При вращении вала 3 насоса в мощностных режимах реакторной установки и соответствующим им скоростях вращения, нижний подшипник 2 работает в режиме гидростатического подшипника. Это обеспечивается тем, что при смещении вала 3 под действием радиальной нагрузки с несущей камерой 10 гидравлическое сопротивление входного кольцевого зазора резко уменьшается, а сопротивление выходного щелевого зазора увеличивается. Давление в несущей камере 10 приближается к давлению P1. В противоположенной по диаметру несущей камере происходит обратный процесс - сопротивление входа увеличивается, а сопротивление выхода - уменьшается и давление в несущей камере 10 приближается к значению P2. В результате перепада давлений нагрузка уравновешивается. За счет центробежных сил, воздействующих на поток среды в радиальных каналах обтекателя рабочего колеса 4, при вращении вала 3, происходит уменьшение давления в осевом канале 15 и в радиальных отверстиях 14, уменьшая давление P и увеличивая перепад давлений на гидростатическом подшипнике 2 равный P1 - P2.
В режимах пуска и остановки насоса, а также при работе на пониженных скоростях вращения вала, перепад давления P1 - P2, соответственно, уменьшается и приближается к нулю. При этом внешняя нагрузка на вал не уравновешивается, происходит сближение и контакт поверхностей вала и корпуса подшипника. За счет формируемых и доформируемых при эксплуатации антифрикционных оксидных покрытий исключается контакт незащищенных покрытиями («голых») стальных поверхностей с возможными негативными покрытиями. Антифрикционные оксидные покрытия уменьшают напряженно-деформированное состояние при поверхностном слоем контактирующих элементов подшипника в режимах пуск и остановки насоса. Тепло, выделяющееся в подшипнике в режимах пуска и остановки насоса, а также при работе на пониженных скоростях вращения вала в результате контактного трения элементов подшипника, эффективно отводится жидкометаллическим теплоносителем, в среде которого находится подшипник. Так же режим контактного трения возникает при полном забивании всех каналов подшипника оксидами теплоносителя. При этом прекращается циркуляция теплоносителя через подшипник и, соответственно, теплоотвод. В таком случае циркуляция и теплоотвод продолжаются преимущественно в каналах 16, которые за счет центробежных сил вращения вала не забиваются оксидами теплоносителя.
Применение предлагаемого технического решения позволяет увеличить расход жидкометаллического теплоносителя через соответствующие каналы подшипника и гарантировать циркуляцию и теплоотвод через подшипник даже при полном забивании всех его каналов оксидами теплоносителя. Это, в свою очередь, позволяет увеличить срок работоспособности подшипника и насоса в целом.