NL8403123A

NL8403123A - SUBMERSIBLE PUMP FOR SODIUM CIRCULATION IN A NUCLEAR FAST BREEDER REACTOR.

Info

Publication number: NL8403123A
Application number: NL8403123A
Authority: NL
Original assignee: Nira Spa
Priority date: 1983-11-09
Filing date: 1984-10-12
Publication date: 1985-06-03
Also published as: GB2149454A; GB2149454B; GB8425202D0; IT8312662A0; IT1171246B; IT8312662A1

Description

1 * « -1- 9 H AL/EW/5 NIRA S.p.A.1 * «-1- 9 H AL / EW / 5 NIRA S.p.A.

Ondergedompelde pomp voor natriumcirculafcie in een nucleaire snelle-kweekreactor.Immersed pump for sodium circulation in a nuclear fast culture reactor.

De uitvinding betreft een ondergedompelde pomp voor de circulatie van natrium in een nucleaire snelle-kweekreactor . Het is bekend dat het de huidige tendens is in de constructie van nucleaire fabrieken, in het bijzonder in 5 snelle-kweekreactoren, die vloeibaar natrium als primaire en secondaire vloeistof gebruiken, de afmeting van elke afzonderlijke component te verminderen, als gevolg van de eerste ervaringen bij prototypes, die betrekkelijk laag vermogen afgeven. Eén van de meest omvangrijke delen van de reactor is 10 de secondaire natriumpomp, die geïnstalleerd moet worden in verschillende modellen in het inwendige van het hoofd-reac-torgebouw. De op dit moment bekende natriumpompen zijn axiale pompen, waarvan de door een pomphuis omgeven waaiers de vloeistof innemen om te worden gepompt vanaf beneden. Normals liter zijn de bladen van de waaier langs de omtrek aangesloten op een verstijvende ring, waarvan het buitenvlak wordt gebruikt als een ronddraaiende component van een hydraulisch leger, waarvan de legerfunctie uitgevoerd wordt door de gepompte vloeistof. De aanwezigheid van een dergelijke ring 20 vermeerdert de roterende, in het spel zijnde massa's aanzienlijk, die in volgorde samengesteld zijn uits ten eerste de as van de waaier, dan de naaf van dezelfde, dan de bladen en ook de bovengenoemde ring, die niet alleen een aanzienlijke massa f heeft, bij voorbeeld vergeleken met de' massa van de bladen, 25 maar die bovendien, daar deze aan de buitenzijde ten opzichte van de bladen is geplaatst, een zelfs groter traagheidsmoment vertoont. Volgens de uitvinding wordt deze aansluitende ring van de buitenwaartse uitsteeksels van de waaierbladen geëlimineerd en het asleger van de waaier wordt aan de binnenzijde 30 van het vaste deel van de waaiernaaf geplaatst, wat zodoende resulteert in een aanzienlijke reductie van het gewicht en omvang van de pomp. De essentiële kenmerken van de uitvinding f' 340 31 23The invention relates to an immersed pump for the circulation of sodium in a nuclear rapid culture reactor. It is known that it is the current trend in the construction of nuclear plants, especially in 5 fast breeder reactors, which use liquid sodium as primary and secondary liquid, to reduce the size of each individual component, due to the first experiences for prototypes, which deliver relatively low power. One of the most bulky parts of the reactor is the secondary sodium pump, which must be installed in various models in the interior of the main reactor building. The currently known sodium pumps are axial pumps, whose impellers surrounded by a pump housing take the liquid to be pumped from below. Normally liters, the blades of the impeller are circumferentially connected to a stiffening ring, the outer surface of which is used as a rotating component of a hydraulic bearing, the bearing function of which is performed by the pumped liquid. The presence of such a ring 20 significantly increases the rotating masses in play, which are composed in sequence of firstly the shaft of the impeller, then the hub of the same, then the blades and also the above ring, which not only has a substantial mass f, for instance compared to the mass of the blades, but which, moreover, since it is placed on the outside with respect to the blades, exhibits an even greater moment of inertia. According to the invention, this connecting ring of the outward protrusions of the impeller blades is eliminated and the shaft bearing of the impeller is placed on the inside of the fixed part of the impeller hub, thus resulting in a significant reduction in the weight and size of the pump . The essential features of the invention f '340 31 23

i Ii I

t -2- worden samengevat en in schematische vorm getoond in de conclusies; de doeleinden en voordelen van deze uitvinding worden ook aangetoond in de opvolgende beschrijving, die betrekking heeft op slechts als voorbeelden gekozen uitvoeringsvor-5 men, met bijzondere referentie aan de bijgevoegde tekening waarin tonen; figuur 1 een gezamenlijke doorsnede van de pomp volgens de uitvinding; figuur 2 een vergroot detail van de voorgaande figuur, met 10 bijzondere referentie aan de waaier en het deel van het pomphuis, dat dit direct omgeeft; figuur 3 een doorsnede van de waaiernaaf op een nog grotere schaal en waarin het asleger van de pomp volgens de uitvinding in nog meer detail is geïllustreerd.t -2- are summarized and shown in schematic form in the claims; the objects and advantages of this invention are also demonstrated in the following description, which relates to exemplary embodiments selected only, with particular reference to the accompanying drawing, in which; figure 1 shows a joint cross-section of the pump according to the invention; figure 2 shows an enlarged detail of the previous figure, with special reference to the impeller and the part of the pump housing which directly surrounds it; figure 3 shows a cross section of the impeller hub on an even larger scale and in which the shaft bearing of the pump according to the invention is illustrated in even more detail.

1515

Met bijzondere referentie aan figuur 1, waarin een ondergedompelde pomp volgens de uitvinding wordt getoond, verschaft het huis 10 van de pomp een eerste buitenschaal, die aan een plaat 20 van het reactorgebouw bij de oprichtingsfase van de 20 fabriek is vastgemaakt. Deze niet-beweegbare buitenschaal van het pomphuis omvat een cilindrisch deel 11, dat aan de bovenzijde is uitgerust met een flens 12, die is vastgezet onder een draagplaat 13, die op de plaat 20 is geplaatst van het reactorgebouw rondom een gat 14, dat in dat zelfde huis ge-25 boord is. De draagplaat 13 is vastgezet aan de plaat 20 van de reactor met schroefbouten 15. Het buisvormige cilindrische lichaam 11 omvat overstroomgaten 16 en aan de onderzijde wordt het wijder tot in het lichaam van het huis 10, dat voorzien is van een radiële opening 17 en van een aan de on-30 derzijde gelegen axiale opneemkegel 18. De pomp omvat dientengevolge steeds op een wijze die op zichzelf bekend is, een verticale as 40, waarvan het ondereinde is vastgespied aan Γ een grotendeels conische naaf 41, waaraan de bladen 42 zijn vastgezet, die gezamenlijk een waaier 43 vormen. Boven de 35 naaf 41 rondom de as 40 is van te voren een vastgezette kraag 44 aangebracht, die is aangesloten op de binnenwanden van het pomphuis 10. Deze vastgezette kraag 44 steunt de vaste bladen 45 van de diffusor 46. De diffusor 46 omvat een buisvormig < lichaam 41, dat het buiteneinde van de £ 840 3 1 2 3 t « % -3- bladen 45 afsluit en dat zodanig verlengd is naar de bodem toe om vanwege zijn grootte ingestoken ingestoken te worden tot in een cilindrische flens 47, die tot in het inwendige van het pomphuis 10 uitsteekt, rondom de inneemleiding 18. De 5 kraag 44 van de as 40 is in het inwendige van het buisvormige lichaam 11 verlengd, waarbij deze zelf ook de vorm van een buisvormig lichaam 48 heeft, dat eindigt aan het boveneinde met een flens 49, die tegen flens 12 rust en stevig vastgemaakt is daaraan door middel van bouten. In de nabijheid van 10 de ondervoet van het buisvormige lichaam 11 bevindt zich eveneens, zoals dit getoond is in detail in figuur 1, ook de voet van het buisvormige lichaam 48. In dit gebied tussen de twee buisvormige lichamen zijn centreermiddelen 50 aangebracht, op overeenkomstige wijze als waarop dit gebeurd is 15 tussen het uitwendige buisvormige lichaam 51 van de diffusor 46 en de cilindrische flens 47, door middel van dragende en centrerende middelen 52, die op zichzelf bekend zijn. Dientengevolge kan het geheel, dat samengesteld is uit de flens 49, het van een open ruimte voorziene buisvormige lichaam 48, 20 de diffusor 46 en de kraag 44, niet vérticaal naar boven geschroefd worden samen met de as 40, met de roterende bladen en de naaf 41. Dit type constructie is op zichzelf bekend en kenmerkend voor veel ondergedompelde pompen en in het bijzonder voor ondergedompelde pompen die gebruikt worden voor het 25 pompen van natrium in een nucleaire snelle kweekreactor. De kenmerken van de tot nu toe beschreven pomp zijn gebruikelijk voor de pomp volgens de uitvinding. In pompen van de bekende soort, waarvan het de taak is natrium in nucleaire snelle kweekreactoren te pompen, beoogt de waaier 43, dat de bladen 30 42 worden bevat, bij hun buiteneinde door een verstijvende ring, waarvarr het buitenoppervlak wordt gebruikt als een ro- i terend legeroppervlak van een hydraulisch leger. Het tweede krachtopnemende oppervlak van dit hydraulische leger, dat wil j; zeggen het vaststaande leger, is te vinden in de cilindrische 35 flens 47. Een arrangement van deze soort brengt enige onge- u makken met zich mee, die uiteindelijk een vergroting van de dimensies van de pomp vereisen. In feite brengt het plaatsen van een steunende ring, die extern de waaierbladen afsluit, een vermeerdering van de in het spel zijnde massa's en dien- ^ 840 31 23 t -4- 4 9 tengevolge grotere afmetingen voor de gehele pomp. Bovendien wordt het hydraulische leger, dat gesitueerd is tussen de externe ring van de waaier en de cilindrische flens 47, gevoed met de vloeistof, die gepompt moet worden bij inneem-druk: 5 dit betekent dat de werkdruk van het hydraulische leger relatief gematigd is en voor het compenseren van de in het spel zijnde krachten moet het legeroppervlak groter zijn, wat de neiging vertoont tot een verdere toeneming van afmeting, gewicht en omvang. Volgens de uitvinding zijn de bladen 42 van TO de waaier 43 vrij aan hun buiteneind, met andere woorden zij zijn niet aangesloten op, of gesteund door, wat voor ring dan ook. Er is dientengevolge een afneming van de in het spel zijnde massa's. Anderzijds is er op deze wijze geen roterend oppervlak voor een kracht opnemend hydraulisch leger aanwe-15 zig, noch is het doenlijk de as 40 te laten opereren als een console. Volgens de uitvinding is het hydraulische leger, dat noodzakelijk is voor het als een console laten werken van de as 40, in het inwendige van de kraag 44 aangebracht, die de as 40 omgeeft ter hoogte van de diffusor 46 en die we een-20 voudigweg de diffusornaaf kunnen noemen. Een oplossing van deze soort schijnt bepaalde nadelen met zich mee te brengen, die alles behalve verwaarloosbaar zijn in het licht van het feit dat de vaststaande en beweegbare legeroppervlakken van het hydraulische leger aanmerkelijk kleiner zijn dan die, die 25 toelaatbaar zijn bij een hydraulisch leger van de zojuist beschreven, gangbare soort, en die geplaatst zijn tussen de buitenring van de beweegbare bladen en de cilindrische flens 47. Deze nadelen zijn slechts ogenschijnlijk: in feite verschaft, zoals geverifiëerd is met behulp van de afmetings-30 berekeningen van de inrichting volgens de conclusies, de uitvinding niet slechts aan de kleinere, in het spel zijnde massa's, verminderingen in de afmetingen van het hydraulische leger, maar bovendien kunnen de afmetingen van het leger ook worden verminderd vanwege het feit, dat het léger wordt ge-35 voed door de door de waaier 43 gepompte vloeistof. Dientengevolge verschaft op paradoxiale wijze de vermindering van de afmetingen van het hydraulischen leger, in het licht van zijn positie, werkingscondities die zelfs veiliger zijn dan bij een leger van de gangbare soort, dat in het algemeen een veel 840 31 23 -5- » * grotere afmeting vertoont. Zoals gezien kan worden in detail in figuren 2 en 3 voorziet het hydraulische leger van de pomp volgens de uitvinding, dat in het inwendige van de diffusor-naaf er een eerste legeroppervlak is, dat is vastgezet, en 5 dat cilindrisch en concaaf is (60), omvattende het binnenvlak van een ring 61, die gesteund wordt door het binnenvlak van de diffusornaaf, door middel van armen of spaken 62. Het inwendige en roterende aslegeroppervlak van het leger bestaat uit het buitenoppervlak 64 van een ring 63, dat gespied is 10 tot op de as 40. Deze ring 63 vormt een initiële ringvormige holte 65, die open is naar beneden toe en in verbinding staat door middel van een axiale tussenruimte 66, met het afschei-' dingsgebied tussen de bladen 42 van de waaier 43 en de bladen 45 van de diffusor: deze ringvormige tussenruimte 65 is dien-15 tengevolge gevoed met door de bij de aan de uitgang van de waaier aanwezige druk gepompte vloeistof. Deze druk wordt verder vermeerderd door hulpbladen 67, die bevat zijn bij de ingang van de ringvormige holte 65, die naar beneden toe open is. De roterende ring 63, samen met de as 40, omvat een 20 tweede ringvormige holte 68, die dë functie heeft van een gevulde kamer en die is aangesloten op de eerste holte 65, door middel van doorgangsgaten 69, die langs de omtrek op regelmatige wijze verdeeld zijn. Verdere doorgangsgaten 70 van kleinere diameter, die ook op een regelmatige wijze langs de om-25 trek verdeeld zijn, verbinden de gevulde kamer met de ringvormige tussenruimte 71, die gevonden wordt tussen het roterende aslegeroppervlak 64 en het vaste aslegeroppervlak 60. Verticale groeven 81, die voorheen aan het oppervlak 64 zijn aangebracht, verschaffen de hoogteverdeling van de onder druk 30 staande vloeistof, die uit de gaten 70 komt. De vloeistof, die uit het boveneinde van de tussenruimte 71 komt, vloeit vanzelf tot in het gebied, dat door het op passende wijze geboorde buisvormige lichaam 48 (zie figuur 1) begrensd is, opdat het zich kan mengen met de in het hoofdreservoir van de 35 reactor bevatte vloeistof door middel van gaten 16. Aan de onderzijde kan de onder druk staande vloeistof, die uit het kanaal 71 komt, naar de bovenzijde terug stromen langs de tussenruimte 82, die zich tussen de vaste ring 61 en de binnenzijde van de naaf van de diffusor bevindt, zoals is aange- 840 31 23 -6- % Μ · geven door de pijlen F. Voor het onderbreken van de directe verbinding vanaf de bodem tot aan de bovenzijde, van de door de waaier 43 naar de tussenruimte 82 toe gepompte vloeistof, wordt het ondereinde 72 van de wand van de diffusornaaf afge-5 sloten door een ring 73, waarvan de binnenzijde nauwelijks contact maakt met het buitenvlak van het ondereinde van de roterende ring 63. Passende contra-groeven 74 vormen een hechte afdichting voor het labyrinth.With particular reference to Figure 1, showing a submerged pump according to the invention, the pump housing 10 provides a first outer shell, which is attached to a plate 20 of the reactor building at the plant's founding phase. This non-movable outer shell of the pump housing comprises a cylindrical part 11, which is fitted at the top with a flange 12, which is fixed under a support plate 13, which is placed on the plate 20 of the reactor building around a hole 14, which that same house has been boarded. The support plate 13 is secured to the plate 20 of the reactor with screw bolts 15. The tubular cylindrical body 11 includes overflow holes 16 and at the bottom it widens into the body of the housing 10, which is provided with a radial opening 17 and an underside axial receiving cone 18. The pump consequently always comprises, in a manner known per se, a vertical shaft 40, the lower end of which is keyed to a largely conical hub 41, to which the blades 42 are fixed , which together form a fan 43. Above the hub 41 around the shaft 40, a secured collar 44 is previously arranged, which is connected to the inner walls of the pump housing 10. This secured collar 44 supports the fixed blades 45 of the diffuser 46. The diffuser 46 comprises a tubular body 41, which seals the outer end of the blades 840 3 1 2 3% -3- blades 45 and which is extended towards the bottom to be inserted because of its size into a cylindrical flange 47, which protrudes into the interior of the pump housing 10, around the intake pipe 18. The collar 44 of the shaft 40 is elongated in the interior of the tubular body 11, it itself also having the shape of a tubular body 48, which ends at the upper end with a flange 49 which rests against flange 12 and is securely attached thereto by bolts. Also in the vicinity of the lower foot of the tubular body 11, as shown in detail in figure 1, is also the foot of the tubular body 48. Centering means 50 are arranged in this area between the two tubular bodies, at corresponding manner as in which this has been done between the outer tubular body 51 of the diffuser 46 and the cylindrical flange 47, by means of bearing and centering means 52, which are known per se. As a result, the assembly composed of the flange 49, the open-space tubular body 48, the diffuser 46 and the collar 44 cannot be screwed up vertically together with the shaft 40, the rotating blades and the hub 41. This type of construction is known per se and is characteristic of many submerged pumps and in particular submersible pumps used for pumping sodium in a nuclear fast culture reactor. The characteristics of the pump described so far are common for the pump according to the invention. In pumps of the known type, the task of which is to pump sodium into nuclear fast breeder reactors, the impeller 43 containing the blades 30 aims at their outer end by a stiffening ring, the outer surface of which is used as a rotor. Earning army surface of a hydraulic army. The second force-absorbing surface of this hydraulic bearing, that is, j; the stationary bearing, is found in the cylindrical flange 47. An arrangement of this type involves some inconveniences, which ultimately require an increase in the dimensions of the pump. In fact, placing a support ring that externally seals the impeller blades increases the masses in play and consequently larger dimensions for the entire pump. In addition, the hydraulic bearing located between the external ring of the impeller and the cylindrical flange 47 is supplied with the liquid to be pumped at intake pressure: this means that the working pressure of the hydraulic bearing is relatively moderate and in order to compensate for the forces in play, the bearing surface must be larger, which tends to further increase in size, weight and size. According to the invention, blades 42 of TO impeller 43 are free at their outer end, in other words they are not connected to, or supported by, any ring. As a result, there is a decrease in the masses in play. On the other hand, in this manner there is no rotating surface for a force-absorbing hydraulic bearing, nor is it feasible to make shaft 40 operate as a console. According to the invention, the hydraulic bearing necessary for operating the shaft 40 as a console is arranged in the interior of the collar 44, which surrounds the shaft 40 at the level of the diffuser 46 and which we simply the diffuser hub. A solution of this kind seems to have certain drawbacks, which are anything but negligible in view of the fact that the fixed and movable bearing surfaces of the hydraulic bearing are considerably smaller than those which are permissible with a hydraulic bearing of the common type just described, and which are interposed between the outer ring of the movable blades and the cylindrical flange 47. These drawbacks are only apparent: in fact provided, as verified by the size calculations of the device according to the claims, the invention not only to the smaller masses in play, reductions in the dimensions of the hydraulic bearing, but moreover the dimensions of the bearing can also be reduced due to the fact that the bearing is fed by the liquid pumped through impeller 43. As a result, paradoxically, the reduction in the size of the hydraulic bearing, in view of its position, provides operating conditions that are even safer than with an army of the conventional type, which in general has a much 840 31 23 -5- * * larger size. As can be seen in detail in Figures 2 and 3, the hydraulic bearing of the pump according to the invention provides that in the interior of the diffuser hub there is a first bearing surface that is fixed and 5 which is cylindrical and concave (60 ), comprising the inner surface of a ring 61, which is supported by the inner surface of the diffuser hub, by means of arms or spokes 62. The inner and rotating shaft bearing surface of the bearing consists of the outer surface 64 of a ring 63, which is keyed up to the shaft 40. This ring 63 forms an initial annular cavity 65, which is open downwardly and communicates by means of an axial spacing 66, with the separation area between the blades 42 of the impeller 43 and the blades 45 of the diffuser: this annular spacing 65 is consequently fed with liquid pumped at the pressure present at the outlet of the impeller. This pressure is further increased by auxiliary blades 67 contained at the entrance of the annular cavity 65, which opens downward. The rotating ring 63, together with the shaft 40, comprises a second annular cavity 68, which has the function of a filled chamber and which is connected to the first cavity 65, through passage holes 69, which run along the circumference in a regular manner. be divided. Further smaller diameter through-holes 70, which are also distributed evenly along the circumference, connect the filled chamber to the annular gap 71, which is found between the rotary shaft bearing surface 64 and the fixed shaft bearing surface 60. Vertical grooves 81, previously applied to the surface 64 provide the height distribution of the pressurized liquid exiting the holes 70. The liquid exiting from the upper end of the intermediate space 71 flows naturally into the area delimited by the appropriately drilled tubular body 48 (see Figure 1) so that it can mix with the one in the main reservoir of the The reactor contained liquid through holes 16. At the bottom, the pressurized liquid exiting from the channel 71 can flow back upward along the gap 82, which is between the fixed ring 61 and the inside of the hub of the diffuser, as indicated 840 31 23 -6-% geven · indicated by arrows F. To interrupt the direct connection from the bottom to the top, from the impeller 43 to the gap 82 pumped liquid, the lower end 72 of the wall of the diffuser hub is closed by a ring 73, the inner side of which hardly contacts the outer surface of the lower end of the rotating ring 63. Matching counter-grooves 74 form a tight seal for the labyrinth.

'J* ?* 840 31 23'J *? * 840 31 23

Claims

1. Immersed sodium circulating pump in nuclear fast breeder reactor circuits, characterized in that the impeller blades are free at their outer end and the shaft bearing is located inside the diffuser hub, above the impeller; and that the hydraulic fluid bearing fluid is supplied by the impeller blades.

Submersible pump according to the preceding claim, characterized in that the fixed bearing surface of the hydraulic bearing comprises the inner side of a fixed ring, which is arranged in the interior of the diffuser hub at a distance from the inner surface of the wall thereof. by means of suitable spokes, such that an annular backflow compartment for the liquid exiting the lower end of the hydraulic bearing is formed.

Immersed pump according to claim 1, characterized in that the rotating bearing surface of the hydraulic bearing is formed by the outer surface of a fin-mounted ring on the impeller shaft; that the ring is equipped with an annular chamber, which is open downwards, which is fed via the axial space between the diffuser hub and the impeller, with the liquid pumped through the impeller.

Submersible pump according to claim 3, characterized in that this annular cavity, which is open downwards, and is also known as the first cavity, is connected by means of the number of passages adapted to the circumstances, with the channel, located between the fixed bearing surface and the mobile bearing surface of the hydraulic bearing. i

Submersible pump according to claims 3 and 4, characterized in that the ring, which is formed integrally with the impeller shaft, on the outside of the above-mentioned first annular cavity, which is open downwards, a second annular cavity communicating internally with the above-mentioned first cavity by means of a first series of bored holes distributed circumferentially 840 31 23 # -8-4, and externally interposed between the solid and movable bearing surface of the hydraulic bearing channel by means of a second series of a series of 5 holes evenly distributed circumferentially? wherein appropriate vertical grooves are provided along the movable bearing surface of the hydraulic bearing, in accordance with the second series of holes already mentioned.

Submersible pump, according to the preceding claims, characterized in that between the bottom end of the diffuser hub and the base of the ring fixedly connected to the impeller shaft, outside the annular chamber, which opens downwards, labyrinth army. i 840 3123 s%