Обоснование проектных решений гидростатических подшипников главных циркуляционных насосов реакторов на быстрых нейтронах, охлаждаемых свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.11, кандидат технических наук Антоненков, Максим Александрович

• Антоненков, Максим Александрович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Антоненков, Максим Александрович

Содержание

Стр.

Перечень сокращений, условных обозначений_8

Введение_9

Глава 1. Аналитический обзор и методология исследований направленных на обоснование методов расчета и проектирования гидростатических подшипников, работающих в среде ТЖМТ_Г7

1.1 Основные различия физических характеристик традиционных теплоносителей ЯЭУ реакторов на быстрых нейтронах_17

1.1.1 Свинцовый теплоноситель_17

1.1.2 Эвтектика свинец-висмут_19

1.1.3 Металлический натрий_20

1.2 Принципы расчета и проектирования гидростатических подшипников для традиционных сред_22

1.2.1 Условный расчет подшипников скольжения_22

1.2.2 Расчет подшипников при жидкостной смазке_27

1.2.2.1 Определение несущей силы смазочного слоя_28

1.2.2.2 Сопротивление смазочного слоя вращению вала_33

1.2.2.3 Количество смазки, вытекающей из торцов подшипника_35

1.2.2.4 Теплообмен в подшипниках скольжения_36

1.3 Опыт создания и эксплуатации подшипников скольжения для ТЖМТ -гидродинамических, сухого трения, лабиринтно-винтовых и гидростатических_39

1.3.1 Особенности эксплуатации гидростатических подшипников циркуляционных насосов, работающих в тяжелых жидких металлах_40

1.3.2 Гидродинамические подшипники. Обоснование невозможности обеспечения условий работы в высокотемпературных расплавах тяжелых жидкометаллических теплоносителей_42

1.3.3 Экспериментальные исследования характеристик подшипников сухого трения в тяжелых жидкометаллических теплоносителях_44

1.3.4 Экспериментальные исследования характеристик гидростатодинамического (лабиринтно-винтового) подшипника в свинцовом теплоносителе_49

1.4 Методология экспериментальных исследований, направленных на обоснование методов расчета, проектирования и режимов эксплуатации ГСП в среде ТЖМТ_52

1.5 Постановка задач исследований_54

Глава 2. Сравнительное исследование гидравлических характеристик дросселей гидростатических подшипников насосов на воде и на свинцовом

теплоносителе и с результатами расчетов_56

2.1 Общие положения_56

2.1.1 Виды и роль дросселей в работе гидростатических подшипников

2.1.2 Методика расчета дросселя_58

2.2 Сравнительные экспериментальные исследования характеристик дросселей на воде и на свинцовом теплоносителе_60

2.2.1 Цели и задачи исследований_60

2.2.2 Описание экспериментальных стендов_62

2.2.2.1 Стенд на водяном теплоносителе_62

2.2.2.2 Стенд на свинцовом теплоносителе_63

2.2.2.3 Описание экспериментального участка_68

2.3 Программа-методика проведения экспериментов на воде и ТЖМТ

2.4 Обсуждение результатов экспериментов_71

2.4.1 Характеристика и последовательность этапов исследований_73

2.4.2 Сравнение гидравлических характеристик (АН ^ вариантов конструкций дросселей на свинцовом теплоносителе и

на воде_76

2.4.3 Зависимость гидравлических характеристик дросселей от давления

на выходе потока из них_82

2.4.4 Зависимость гидравлических характеристик дросселей от конструктивных параметров (/o/do)_89

2.4.5 Расчет давления в канале дросселя_90

2.4.6 Сравнение теоретического расчета перепада давления на дросселе с

результатами эксперимента_96

2.5 Выводы по главе 2_|_03

Глава 3. Сравнительное исследование гидравлических характеристик течения воды и ТЖМТ через дроссель и кольцевой зазор_\06

3.1 Общие положения_106

3.1.1 Ламинарное течение жидкости между соосными вращающимися цилиндрами_108

3.1.2 Основы гидродинамической теории цилиндрического подшипника скольжения_И2

3.2 Сравнительные экспериментальные исследования гидравлических характеристик течеиия воды и свинца через дроссель и кольцевой зазор

3.2.1 Дели и задачи исследований_Ш|

3.2.2 Описание экспериментальных стендов_120

3.2.2.1 Стенд на водяном теплоносителе_120

3.2.2.2 Стенд на свинцовом теплоносителе_121

3.2.2.3 Описание экспериментального участка_122

3.3 Программа-методика проведения экспериментов на воде и на ТЖМТ

3.4 Обсуждение результатов экспериментов_125

3.4.1 Характеристика и последовательность этапов исследований_125

3.4.2 Сравнение гидравлических характеристик (АР =/(Re), АН =XRe), 4 = ДЯе)) вариантов величин кольцевого зазора на свинцовом теплоносителе и на воде_127

3.4.3 Оценка сопротивления рабочей среды вращению вала_140

3.4.4 Оценка количества среды, подаваемой в подшипник_144

3.5 Выводы по главе

147

Глава 4. Комплексные испытания па высокотемпературном свинцовом теплоносителе варианта конструкции гидростатического подшипника с ограничителями расхода постоянного сечения (дросселями) и отводом жидкости через торцы подшипника_150

4.1 Общие положения_Г50

4.1.1 Принцип работы гидростатического подшипника_15J,

4.1.2 Принцип работы гидростатодинамического (лабиринтно-винтового) подшипника в свинцовом теплоносителе_156

4.2 Цели и задачи исследований_158

4.3 Описание экспериментальных стендов_160

4.3.1 Стенд на водяном теплоносителе_1_60

4.3.2 Стенд па свинцовом теплоносителе_161

4.3.3 Описание экспериментального участка_166

4.4 Программа-методика проведения экспериментов на воде и на ТЖМТ

4.5 Обсуждение результатов_171

4.5.1 Характеристика и последовательность этапов исследований_17J.

4.5.2 Сравнение величины тока электродвигателя при испытаниях на свинце и на воде_177

4.5.3 Сравнение гидравлических характеристик (Q -Дп), АР =XRe), G =Дп)) макетного образца гидростатического подшипника с ограничителями расхода постоянного сечения (дросселями) и отводом жидкости через торцы подшипника при испытаниях на водяном и свинцовом теплоносителях_Г81.

4.5.4 Грузоподъемность подшипника_1_85

4.6 Выводы по главе 4_187

Глава 5. Комплексные испытания варианта конструкции гидростатического подшипника с ограничителем расхода переменного сопротивления

(гидростатический подшипник с двойным взаимообратным щелевым дросселированием)_189

5.1 Цели и задачи исследований_1_89

5.2 Принцип работы гидростатического подшипника с двойным взаимообратным щелевым дросселированием_190

5.3 Описание экспериментальных стендов_194

5.3.1 Стенд на водяном теплоносителе_195

5.3.2 Стенд на свинцовом теплоносителе_1_96

5.3.3 Описание экспериментального участка_198

5.4 Программа-методика проведения экспериментов на ТЖМТ_202

5.5 Обсуждение результатов экспериментов_203

5.5.1 Характеристика и последовательность этапов исследований_203

5.5.2 Результаты ревизии подшипника_208

5.5.3 Исследования шлифов продольного разреза имитатора вала ГЦН и поперечного разреза рабочей камеры ГСП_214

5.5.4 Сравнение нагрузки электродвигателя при испытаниях на свинце и

на воде_217

5.5.5 Сравнение гидравлических характеристик (Q =Дп), АР =_/(Re),

G =Хп)) макетного образца гидростатического подшипника с двойным

взаимообратным щелевым дросселированием при испытаниях на

водяном и свинцовом теплоносителях_222

5.5.6 Грузоподъемность подшипника_226

5.6 Выводы по главе 5_227

Глава 6. Экспериментально обоснованные рекомендации по оптимизации конструктивных решений гидростатических подшипников работающих в среде высокотемпературного ТЖМТ_230

6.1 Рекомендации по традиционному гидродинамическому расчету ГСП

6.2 Рекомендации по гидродинамическому расчету ГСП осевых ГЦН установок с реакторами на быстрых нейтронах, охлаждаемыми ТЖМТ

6.3 Рекомендации по обоснованным оптимальным конструктивным

решениям ГСП осевых ГЦН для РУ с ТЖМТ_242

6.4 Рекомендации к условиям эксплуатации_245

6.5 Выводы по главе 6_248

Заключение_250

Список использованных источников___

Перечень сокращений, условных обозначений

ГСП - гидростатический подшипник

ЭУ - экспериментальный участок

ТДАК - термодинамическая активность кислорода

ТЖМТ - тяжёлый жидкометаллический теплоноситель

ГЦН - главный циркуляционный насос

АЭС - атомная электрическая станция

РУ - реакторная установка

а - термодинамическая активность кислорода

/- коэффициент трения скольжения

Э - диаметр вала, м

Ь - полная длина подшипника, м

¡1 ~ осевая длина торцевых поясков, м

т - длина рабочих камер подшипника, м

50 - радиальный зазор, м

е - абсолютный эксцентриситет, м

с10 - диаметр дросселя, м

/0 - длина дросселя, м

N - число рабочих камер

п - число оборотов вала, об/мин

со - угловая скорость вращения, 1/с

Ар - статический перепад давления на подшипнике, кг/м2

в - грузоподъемность подшипника, кг

р - плотность жидкости, кг/м

/1 -динамическая вязкость, Пах

V - кинематическая вязкость, м /сек

Г2 - безразмерный параметр вращения

Яе - критерий Рейнольдса

Остальные обозначения поясняются в тексте

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование проектных решений гидростатических подшипников главных циркуляционных насосов реакторов на быстрых нейтронах, охлаждаемых свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями»

Введение

Федеральная целевая программа «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007 - 2010 годы и на перспективу до 20015 года», утвержденная постановлением правительства Российской Федерации от 6 октября 2006 г., наряду со строительством энергоблоков атомных электростанций на базе ВВЭР, предусматривает инновационные проекты в области атомной энергетики с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями. В них входят: создание головного опытно-промышленного энергоблока с реакторной установкой типа СВБР-100 со свинец-висмутовым теплоносителем, а также обоснование реакторной установки типа БРЕСТ со свинцовым теплоносителем.

Насосное оборудование составляет важную и существенную долю в составе контуров энергетических установок. Наша страна имеет уникальный опыт создания и эксплуатации главных циркуляционных насосов (ГЦН) атомных подводных лодок (АПЛ) с реакторами, охлаждаемыми свинец-висмутовым теплоносителем проектов 645, 705 и 705К. ГЦН реакторных установок (РУ) проектов 645 и 705К имели нижние гидростатические подшипники, работа которых обеспечивалась в том числе за счет работы вспомогательных насосов (насосов возврата протечек) реакторного контура. ГЦН атомных подводных лодок проекта 705 был выполнен с консольным расположением вала и нижнего подшипника скольжения не имел.

Реакторные установки, создаваемых в РФ энергоблоков со свинец-висмутовым и свинцовым теплоносителями имеют баковые или моноблочные компоновки, в отличие от компоновок РУ транспортных установок петлевого типа. Гидравлическое сопротивление таких контуров существенно меньше, чем у контуров транспортных установок. В составе реакторных контуров СВБР и БРЕСТ предусматриваются погружные ГЦН осевого типа и отсутствуют вспомогательные насосы. Одним из проблемных узлов ГЦН этих установок

являются нижние подшипники скольжения, работающие в перекачиваемой среде.

Это, в свою очередь, ставит задачу создания обоснованных конструкций гидростатических подшипников, работающих в среде высокотемпературных ТЖМТ при величинах напоров осевых насосов, учитывающих специфику тяжелых жидкометаллических теплоносителей с требованием большого ресурса и более жесткой моделью эксплуатации, чем подшипники транспортных установок. Опыт проектирования и эксплуатации таких подшипников в мире отсутствует.

Обоснование проектных решений гидростатических подшипников главных циркуляционных насосов реакторов на быстрых нейтронах, охлаждаемых свинцовым и свинец-висмутовым теплоносителями - актуальная тема для диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является уточнение методики расчета гидростатических подшипников с учетом специфических свойств свинцового и свинец-висмутового теплоносителей и разработка рекомендаций по оптимальным конструкциям таких подшипников.

Задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих научно-технических задач:

- предложить методологию исследования характеристик отдельных элементов гидростатических подшипников, и подшипников в целом с учетом специфики тяжелых жидкометаллических теплоносителей;

- выполнить анализ специфических свойств ТЖМТ и их влияния на процессы и характеристики, обуславливающие работоспособность ГСП;

- разработать экспериментальные стенды с водяным и тяжелым высокотемпературным жидкометаллическим теплоносителями и методики для проведения на них сравнительных гидродинамических и триботехнических исследований элементов гидростатических подшипников и ГСП в целом;

- провести сравнительные экспериментальные и расчетно-теоретические исследования элементов ГСП и подшипников в целом на воде и на

высокотемпературном жидкометаллическом теплоносителе и выявить зависимость их характеристик от рабочей среды и параметров ГСП;

- на основе проведенных исследований разработать уточненную методику расчета гидростатических подшипников, работающих в среде высокотемпературных тяжелых жидкометаллических теплоносителей инновационных реакторов на быстрых нейтронах;

- разработать рекомендации, обоснованные проведенными исследованиями, по оптимальным конструкциям гидростатических подшипников для ГЦН реакторных контуров с ТЖМТ.

Научная новизна работы заключается в следующем: 1) Предложен, разработай и реализован метод проведения сравнительных исследований элементов гидростатических подшипников и вариантов конструкций подшипников в целом, позволивший уточнить методику расчета ГСП и разработать обоснованные рекомендации для конструкций ГСП на ТЖМТ.

2) Получен массив экспериментальных данных гидравлических и трибологических характеристик отдельных элементов гидростатических подшипников: дросселей и последовательного сочетания дроссель плюс кольцевой зазор и обоснованных исследованиями двух вариантов конструкций ГСП в среде высокотемпературного (450 ^ 550 °С) свинцового теплоносителя.

3) Определены условия, при которых экспериментально определенные гидравлические характеристики каналов гидростатических подшипников на воде и на свинцовом теплоносителе существенно различаются. Предложена причина расхождения этих характеристик.

4) Проведен анализ и предложена модель оптимизации антифрикционных характеристик гидростатических подшипников в среде высокотемпературных ТЖМТ при пусках и остановках.

5) Предложена и обоснована методика расчета ГСП с учетом специфики высокотемпературных жидкометаллических теплоносителей реакторов на

быстрых нейтронах и разработаны рекомендации по оптимальным конструкциям таких подшипников.

Практическая значимость работы.

1) Впервые в отечественной и мировой практике предложены и обоснованы конструкции и режимы эксплуатации гидростатических подшипников, работающих в среде высокотемпературных тяжелых жидкометаллических теплоносителей погружных главных циркуляционных насосов осевого типа инновационных реакторов на быстрых нейтронах.

2) Разработанная уточненная методика расчета гидростатических подшипников ГЦН в среде ТЖМТ рекомендована к внедрению в инженерную практику.

3) Рекомендации по оптимальным обоснованным конструктивным решениям ГСП, работающих в среде ТЖМТ для ГЦН рекомендованы для внедрения в инженерную практику.

Личный вклад автора. Исследования, результаты которых приводятся в настоящей работе, проводились по оригинальным программам-методикам на экспериментальных установках и оборудовании предложенных и созданных на кафедре «Атомные, тепловые станции и медицинская инженерия» НГТУ автором лично или при его непосредственном участии. Автор принимал участие на всех этапах подготовки, проектирования, монтажа, отладки экспериментальных участков, оборудования и контура в целом, в проведении исследований, обработке и обсуждении результатов исследований. Подготовка диссертационной работы осуществлялась под научным руководством доктора технических наук, профессора Безносова Александра Викторовича.

В работе обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на кафедре «АТС и МИ» НГТУ автором лично и в соавторстве с д.т.н., проф. Безносовым A.B., к.т.н. Боковой Т.А., к.т.н. Савиновым С.Ю., инж. Серовым В.Е., асп. Ярмоновым М.В., асп. Маховым К.А., асп. Боковым П.А. (НГТУ).

На защиту выносятся следующие положения:

1) Метод проведения сравнительных исследований элементов гидростатических подшипников и вариантов конструкций подшипников в целом, позволяющий уточнить методику расчета ГСП и обосновать оптимальные варианты конструкций ГСП для погружных осевых ГЦН реакторов на быстрых нейтронах.

2) Массив экспериментальных данных характеристик гидростатических подшипников ГЦН реакторов на быстрых нейтронах в среде высокотемпературного жидкометаллического теплоносителя.

3) Экспериментально определенные условия, при которых характеристики ГСП на свинцовом теплоносителе существенно отличаются от аналогичных характеристик на воде, включая модель антифрикционных характеристик ГСП в среде высокотемпературных ТЖМТ при пусках и остановах.

4) Уточненная методика расчета гидростатических подшипников ГЦН реакторов па быстрых нейтронах, охлаждаемых тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями.

5) Рекомендации по конструктивным решениям гидростатических подшипников с учетом специфических характеристик высокотемпературных тяжелых жидкометаллических теплоносителей.

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях. Основные положения диссертационной работы изложены в публикациях [5-8, 12, 14-16, 19-21,24-30,32,35-37,39].

Результаты работы докладывались и обсуждались на V курчатовской молодежной научной школе, г. Москва, 2007 г.; на VI курчатовской молодежной научной школе, г. Москва, 2008 г.; на VII международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», г. Н. Новгород, 2008 г.; на третьей межотраслевой научно-практической конференции «Тяжёлые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях (ТЖМТ-2008)», г. Обнинск, 2008 г.; на XIV Нижегородской сессии

молодых ученых (технические науки), г. Н.Новгород, 2009 г.; на VIII Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», г. Н.Новгород, 2009 г.; на всероссийской научной школе для молодежи Реакторы на быстрых нейтронах, г. Обнинск, 2009 г.; на VII курчатовской молодежной научной школе, г. Москва, 2009 г.; на XVI международном семинаре Технологические проблемы прочности, г. Подольск, 2009 г.; на IX международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической пауки», г. II. Новгород, 2010 г.; на 18th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-18), Xi'an, China, 2010 г.; на всероссийской научной школе для молодежи Теплофизика реакторов на быстрых нейтронах, г.Обнинск, 2010г.; на X международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», г.Н.Новгород, 2011г.; на IX курчатовской молодежной научной школе, г.Москва, 2011г.; на XI Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», г. Н.Новгород, 2012 г.

Ряд технических решений, предложенных с участием автора в процессе выполнения диссертационной работы, защищены патентами и авторскими свидетельствами [47-54].

Статьи с результатами исследований, выполненных автором лично или при его непосредственном участии, опубликованы в журналах «Вестник машиностроения», «Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика», «Информатизация и связь», «Атомная энергия», «Труды Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева», «Вопросы атомной науки и техники. Серия термоядерный синтез», «Проблемы машиностроения и надежности машин», «Трение и износ», «Вопросы атомной науки и техники. Серия физика ядерных реакторов» [5, 6, 14, 19-21,24, 25,32, 42-46].

Автор выражает глубокую признательность д.т.н., профессору A.B. Безносову осуществлявшему научное руководство этой работой и предоставившему автору все условия для научной деятельности.

Диссертация состоит из введения, шести глав, списка использованных источников. Объем работы составляет 260 страниц, 145 рисунков, 19 таблиц, список использованных источников из 54 наименований, в том числе 37 работ автора.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приведены результаты анализа влияния физических характеристик и свойств теплоносителей реакторных контуров на процессы, протекающие в гидростатическом подшипнике. Обобщен и изложен опыт создания и эксплуатации гидростатических подшипников скольжения главных циркуляционных насосов реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическими теплоносителями.

Во второй главе приведены результаты сравнительного исследования гидравлических характеристик дросселей гидростатических подшипников насосов на воде и на свинцовом теплоносителе и с результатами расчетов.

В третьей главе отражены результаты сравнительного исследования гидравлических характеристик течения воды и ТЖМТ через дроссель и кольцевой зазор.

В четвертой главе рассмотрены результаты комплексных испытаний на высокотемпературном свинцовом теплоносителе варианта конструкции гидростатического подшипника с ограничителями расхода постоянного сечения (дросселями) и отводом жидкости через торцы подшипника.

В пятой главе представлены результаты комплексных испытаний варианта конструкции гидростатического подшипника с ограничителем расхода переменного сопротивления (гидростатический подшипник с двойным взаимообратпым щелевым дросселированием).

В шестой главе отражены рекомендации автора по расчету гидростатических подшипников, работающих в высокотемпературном жидкометаллическом теплоносителе, разработанные на основе традиционной методики расчета ГСП с учетом специфики физических свойств ТЖМТ, опыта

создания и эксплуатации ГСП главных циркуляционных насосов реакторных контуров с натриевым теплоносителем, а также, прежде всего, на основе результатов экспериментальных и расчетно-теоретических исследований отраженных в предыдущих главах диссертации.

Заключение диссертации по теме «Атомное реакторостроение, машины, агрегаты и технология материалов атомной промышленности», Антоненков, Максим Александрович

6.5 Выводы по главе 6

1) Предложена откорректированная методика расчета ГСП для осевых ГЦН РУ с ТЖМТ, обоснованная экспериментальными и расчетно-теоретическими исследованиями.

2) Величина зазоров должна обеспечивать циркуляцию раскисленного ТЖМТ или двухкомпонентного потока: ТЖМТ - восстановительная газовая смесь в режимах технологических обработок контура, что позволит обеспечивать доформирование защитных покрытий и удаление твердодисперсной фазы ТЖМТ из каналов, которая может накапливаться в процессе аварийных ситуаций.

3) Проведенный сравнительный анализ эффективности исследуемых вариантов гидростатического подшипника показал, что камерный ГСП с постоянными дросселями на входе и отводом жидкости металлического теплоносителя через торцы подшипника имеет лучшие характеристики. Однако, данная конструкция по сравнению с ГСП с двойным взаимообратным щелевым дросселированием, имеет ряд недостатков, относящихся к конструктивному исполнению:

- технологически сложнее изготавливать многозаходную винтовую нарезку;

- высокие требования к соосности вращающихся деталей потому, что необходимо выдержать зазор между валом ГЦН и винтом лабиринтного импеллера и зазор между винтом и втулкой лабиринтного импеллера;

- при уменьшении высоты нарезки (вследствие износа) нарушается жидкостный режим смазки подшипника.

4) Спроектированный по результатам расчетов по настоящей методике ГСП подлежит испытаниям в натурных условиях, в том числе и ресурсных, учитывая сложность протекающих процессов, и недостаточную разработанность триботехники таких подшипников.

Заключение

1) Предложена, обоснована и разработана методология исследований, направленных на создание гидростатических подшипников и режимов их эксплуатации для ГЦН с реакторами на быстрых нейтронах, охлаждаемых тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями (свинцовым и свинец-висмутовым). Для проведения экспериментальных работ предложены и реализованы метод и устройства измерения давления в рабочей камере гидростатического подшипника в свинцовом теплоносителе.

2) Испытания на высокотемпературном расплаве свинца показывают, что режим течения в дросселях (для условий ГСП) соответствует переходному режиму, в котором нарушается линейная зависимость =y(Re) в логарифмических координатах. Зафиксировано влияние противодавления на выходе потока из дросселя на величину коэффициента местного сопротивления.

3) Экспериментальные исследования гидравлических характеристик течения на сравниваемых жидкостях (вода и ТЖМТ) через комбинацию: дроссель и кольцевой зазор при испытаниях на свинцовом теплоносителе не выявили различий гидродинамики потока для вращающегося и невращающегося вала.

4) Конструкция ГСП с ограничителями расхода постоянного сечения (дросселями) и отводом рабочей среды через торцы подшипника совмещенный с лабиринтным импеллером обеспечивает необходимые характеристики гидростатического подшипника на высокотемпературном расплаве свинца (Т = 450 ^ 500 °С) при а =10° и при наличии частиц примесей в свинце при оборотах в диапазоне п = 300 1200 об/мин величина грузоподъемности одной камеры G = 0,41 0,96 кг.

ГСП с ограничителями расхода постоянного сечения (дросселями) и отводом рабочей среды через торцы подшипника совмещенный с лабиринтным импеллером в составе ЭУ эксплуатировался как самостоятельная единица (без элементов осевого насоса). Недостатком данной конструкции является сложность технологического исполнения и сложность использования в составе ГЦН (высокие требования к соосности вала ГЦН с корпусом подшипника, технически сложная установка в выемной части насоса)

Следы износа рабочих поверхностей подшипника после эксплуатации в свинцовом теплоносителе не зафиксированы. Подшипник работал в режиме жидкостного трения. Отсутствует забивание каналов подшипника частицами примесей, содержащихся в теплоносителе

5) Исследуемая конструкция ГСП с двойным взаимообратным щелевым дросселированием на высокотемпературном расплаве свинца (Т = 450 ^ 550°С) при а = 10° и при наличии частиц примесей в свинце при оборотах в диапазоне п = 300 1200 об/мин обеспечивает грузоподъемность одной камеры в = 0,07 + 0,16 кг. При тех же условиях при а=10"4-М0"3 величина грузоподъемности одной камеры существенно изменяется и составляет в = 0,65 1,29 кг. Вариант конструктивной схемы гидростатического подшипника с двойным взаимообратным щелевым дросселированием эксплуатировался совместно с элементами циркуляционного насоса (осевое колесо, спрямляющий аппарат) в условиях повышенной вибрации и больших температурных перепадах.

Подшипник работал в режиме жидкостного трения. Ревизия подшипника после испытаний на свинце при а = 10° показала отсутствие забивания каналов гидростатического подшипника частицами примесей, содержащихся в теплоносителе. После испытаний на свинце при а = 10"5 10"4 отложения примесей на поверхностях ГСП отсутствовали. Следы износа рабочих поверхностей подшипника после испытаний на свинце не зафиксированы. Поверхности были черного цвета.

6) В варианте конструктивной схемы гидростатического подшипника с ограничителями расхода постоянного сечения (дросселями) и отводом рабочей среды через торцы подшипника совмещенной с лабиринтным импеллером в случае аварийного забивания дросселирующих отверстий оксидами теплоносителя имеется гарантированная возможность их восстановления при технологических обработках контура двухкомпонентыми потоками потому, что через кольцевой зазор между валом и корпусом подшипника будет осуществляться гарантированная циркуляция теплоносителя с восстановительной газовой смесью.

В варианте конструктивной схемы гидростатического подшипника с двойным взаимообратным щелевым дросселированием в случае аварийного полного забивания винтовых каналов оксидами теплоносителя не может гарантироваться восстановление (очистка каналов) при технологических обработках контура двухкомпонентыми потоками потому, что через эти каналы будет отсутствовать циркуляция теплоносителя.

7) Величина зазоров в каналах ГСП должна обеспечивать гарантированную циркуляцию раскисленного ТЖМТ или двухкомпонентного потока: ТЖМТ - восстановительная газовая смесь в режимах технологических обработок контура, что позволит обеспечивать очистку каналов от твердой фазы оксидов, которая может накапливаться в процессе аварийных ситуаций.

8) Разработана и рекомендована к использованию в инженерной практике откорректированная методика расчета ГСП для осевых ГЦН РУ с ТЖМТ, обоснованная экспериментальными и расчетно-теоретическими исследованиями и разработаны рекомендации по конструктивным решениям ГСП с учетом специфических высокотемпературных тяжелых жидкометаллических теплоносителей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Антоненков, Максим Александрович, 2013 год

Список использованных источников

1) Кириллов, П.Л. Теплофизические свойства материалов ядерной техники: Учебное справочное пособие для студентов специальностей: 14.03.05 - Ядерные реакторы и энергетические установки, 14.04.04 - Атомные электрические станции и энергетические установки / П.Л. Кириллов, М.И. Терентьева, Н.Б. Денискина ; под общ. ред. П.Л. Кириллова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : ИздАт, 2007. - 200 с. - ISBN 978-5-86656-207-7 (в пер.).

2) Чиркин, B.C. Теплофизические свойства материалов ядерной энергетики: справочник / B.C. Чиркин. - М. : Атомиздат, 1968. - 484 с.

3) Ситтинг, М. Натрий, его производство, свойства и применение / Маршалл Ситтинг. - М. : Госатомиздат, 1961. - 440 с. : ил.

4) Чернавский, С.А. Подшипники скольжения / С.А. Чернавский. - М. : Машгиз, 1963. - 243 с. : ил.

5) Безносов, A.B. Особенности подшипников скольжения в тяжелых жидкометаллических теплоносителях ядерных установок / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, О.О. Новожилова [и др.] // Вестник машиностроения. - М., 2009. -№3.- С. 37-41.

6) Дроздов, Ю.Н. Узлы трения в жидкометаллических теплоносителях / Ю.Н. Дроздов, A.B. Безносов, М.А. Антоненков [и др.] // Информатизация и связь. - М., 2009. - №4. - С. 65 - 78.

7) Экспериментальное исследование контактного взаимодействия поверхностей конструкций в среде ТЖМТ / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, A.B. Назаров, А.Г. Мелузов // Жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях (ТЖМТ-2008) : Тез. докл. Третьей межотрасл. научно-практич. конф. - Обнинск, 2008. - С. 42.

8.) Экспериментальное определение изнашивания контактных поверхностей вала и втулки гидростатического подшипника в среде ТЖМТ / М.А. Антоненков, О.О. Новожилова, С.Ю. Савинов, М.Д. Зефиров // XIV

Нижегородская сессия молодых ученых, технические науки. - Н.Новгород, 2009,-С. 75.

9) Голубев, А.И. Лабиринтно-винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред / А.И. Голубев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1981 - 112 с. : ил.

10) Проектирование гидростатических подшипников / под ред. Гарри Риппела ; пер. с англ. Г.А.Андреева. - М. : Машиностроение, 1967. -136 с. : ил.

11) Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. - 3-е изд. перераб. - М. : Машиностроение , 1992. - 672 с. : ил.

12) Peculiarities of hydrodynamics of lead and lead-bismuth coolant flows of reactor loops / A.V. Besnosov, M.A. Antonenkov, P.A. Bokov [et al.] // Proceedings of 18th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 18). - Xi'an, China, 2010. - Paper № 29173. - 6 p.

13) Безносов, A.B. Тяжелые жидкометаллические теплоносители в атомной энергетике / A.B. Безносов, Ю.Г. Драгунов, В.И. Рачков. - М.: ИздАТ, 2006.-370 е.: ил.

14) Антоненков, М.А. Экспериментальное исследование гидродинамики дросселей в потоке свинцового теплоносителя и воды / М.А. Антоненков, A.B. Безносов, Т.А. Бокова [и др.] // Известия ВУЗов. Ядерная энергетика. -Обнинск, 2011,-№2.-С. 104-112.

15) Исследование специфики гидродинамики потоков ТЖМТ / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, П.А. Боков, М.С. Кустов // Теплофизика реакторов на быстрых нейтронах : Тез. докл. всероссийской научной школы для молодежи. - Обнинск, 2010. - С. 5.

16) Экспериментальное исследование гидродинамики потока высокотемпературного свинцового теплоносителя через дроссель / М.А. Антоненков, A.B. Безносов, М.В. Ярмонов [и др.] // Будущее технической науки : Тез. докл. X Междупар. молодеж. научно-техн. конф. ; НГТУ им. P.E. Алексеева. - Н. Новгород, 2011. - С. 253.

17) Преображенский, В.П. Теплотехнические измерения и приборы / В.П. Преображенский. - 3-е изд. перераб. - М. : Энергия, 1978. - 704с. : ил.

18) Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Руднев. - М. : Машиностроение, 1982. -423 с. : ил.

19) Безносов, A.B. Проблемы трибологии трущихся пар в высокотемпературных тяжелых жидкометаллических теплоносителях / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, Т.А. Бокова [и др.] // Информатизация и связь. - М., 2009. - №4. - С. 59 - 64.

20) Безносов, A.B. Виды изнашивания контактных поверхностей в высокотемпературных свинцовом и свинцово-висмутовом теплоносителях / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, Т.А. Бокова [и др.] // Атомная энергия. - М., 2010. - Т. 107, вып. 5. - С.252 - 258.

21) Безносов, A.B. Проблемы трибологии трущихся пар в высокотемпературных тяжелых жидкометаллических теплоносителях / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, Т.А. Бокова [и др.] // Известия ВУЗов. Ядерная энергетика. - Обнинск, 2010. -№2- С. 125 - 133.

22) Воскресенский, В.А. Расчет и проектирование опор скольжения (жидкостная смазка) / В.А. Воскресенский, В.И. Дьяков. - М. : Машиностроение, 1980. -224с.: ил.

23) Емцев, Б.Т. Техническая гидромеханика / Б.Т. Емцев. - М. : Машиностроение, 1987. -440с. : ил.

24) Безносов, A.B. Исследование особенностей трения и изнашивания контактных поверхностей в высокотемпературных свинцовом и свинец-висмутовом теплоносителях реакторных контуров / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, Т.А. Бокова [и др.] // Труды Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева. - Н.Новгород, 2010.-№1(80).- С. 109-120.

25) Безносов, A.B. Экспериментальное исследование гидродинамики течения свинцового теплоносителя и воды через экспериментальный участок

«дроссель - кольцевой зазор» / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, Т.А. Бокова [и др.] // Известия ВУЗов. Ядерная энергетика. - Обнинск, 2012. - №1.- С. 80 - 90.

26) Исследование особенностей гидродинамики течения тяжелых жидкометаллических теплоносителей в щелях / М.А. Антоненков, Дин И // Будущее технической науки : Тез. докл. X Междунар. молодеж. научно-техн. конф. ; НГТУ им. P.E. Алексеева. - Н. Новгород, 2010. - С. 261 - 262.

27) Исследование гидродинамики течения свинцового и свинец-висмутового теплоносителей в несмачивающих щелевых каналах применительно к подшипникам насосов РУ / М.А. Антоненков, A.B. Безносов, Д.В. Кузнецов [и др.] // Реакторы на быстрых нейтронах : Тез. докл. всеросс. науч. школы для молодежи. - Обнинск, 2009.

28) Особенности гидродинамики потока ТЖМТ в каналах сложной геометрии / М.А. Антоненков, Е.С. Головко, A.B. Львов [и др.] // Девятая курчатовская молодежная научная школа : Тез. докл. ; РГЩ "Курчатовский институт". - Москва, 2011. - С. 75.

29) Исследование гидродинамики в каналах сложной геометрии в потоке свинцового теплоносителя и воды / М.А. Антоненков, Е.С. Головко, П.А. Боков, М.В. Ярмонов // Будущее технической науки: Тез. докл. XI Междунар. молодеж. научно-техн. конф. ; НГТУ им. P.E. Алексеева. -Н. Новгород, 2012. - С. 249

30) Экспериментальное исследование гидродинамики течения ТЖМТ в щелевых каналах применительно к подшипникам насосов РУ / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, П.А. Боков, Д.В. Кузнецов // Седьмая курчатовская молодежная научная школа : Тез. докл. ; РНЦ "Курчатовский институт". -Москва, 2009. - С. 8.

31) Безносов, A.B. Оборудование, компоновка и режимы эксплуатации контуров с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями в атомной энергетике / A.B. Безносов, Т.А. Бокова; Нижегород. гос. техн. ун-т им. P.E. Алексеева. - Нижний Новгород, 2011. - 536 с. : ил.

32) Безносов, A.B. Виды изнашивания трущихся поверхностей в высокотемпературных свинцовом и свинцово-висмутовом теплоносителях / A.B. Безносов, Ю.Н. Дроздов, М.А. Антоненков [и др.] // Вестник машиностроения. - М., 2010. - №2. - С. 34 - 39.

33) Будов, В.М. Насосы АЭС / В.М. Будов. - М.: Энергоатомиздат. 1986 -408 с. : ил.

34) Синев, Н.М. Бессальниковые водяные насосы / Н.М. Синев, П.М. Удовиченко. -М. : Атомиздат, 1972 - 494 с. : ил.

35) Экспериментальные исследования работоспособности высокотемпературного свинец-висмутового лабиринтно-винтового насоса / A.B. Безносов, A.B. Назаров, М.А. Антоненков // Пятая курчатовская молодежная научная школа : Тез. докл. ; РНЦ "Курчатовский институт". -Москва, 2007.-С. 12.

36) Экспериментальные исследования характеристик работоспособности высокотемпературного лабиринтно-винтового насоса на эвтектическом сплаве свинец-висмут / М.А. Антоненков, A.B. Назаров // Будущее технической науки: Тез. докл. VII Междунар. молодеж. научно-техн. конф.; НГТУ им. P.E. Алексеева. - Н. Новгород, 2008. - С. 197.

37) Подшипники скольжения в ТЖМТ / М.А. Антоненков, С.Ю. Савинов, О.О. Новожилова // Будущее технической науки: Тез. докл. VIII Междунар. молодеж. научно-техн. конф.; НГТУ им. P.E. Алексеева. - Н. Новгород, 2009. -С. 251.

38) Черноусов, Н.П. Гидростатические подшипники / Н.П. Черноусов. -Л. : ЛДНТП. 1963 -48 с.: ил.

39) Экспериментальные исследования изнашивания контактных пар в ТЖМТ / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, К.А. Махов, Д.В. Кузнецов // Реакторы на быстрых нейтронах: Всеросс научная школа для молодежи. -Обнинск, 2009.

40) Экспериментальное исследование характеристик вариантов конструкций гидростатических подшипников и их элементов /

М.А. Антоненков, К.А. Махов, A.B. Львов, М.В. Ярмонов // Будущее технической науки : Тез. докл. XI Междунар. молодеж. научно-техн. конф. ; НГТУ им. P.E. Алексеева. - Н. Новгород, 2012. - С. 241 - 242.

41) Безносов, A.B. Экспериментальные исследования характеристик пристенной области «тяжелый жидкометаллический теплоноситель-конструкционный материал» методом «экспресс-замораживания» / A.B. Безносов, Т.А. Бокова, К.А. Махов [и др.] // Известия ВУЗов. Ядерная энергетика. - Обнинск, 2010. - №4. - С. 216-226.

42) Безносов, A.B. Экспериментальное исследование поля скоростей в потоке свинец-висмутового теплоносителя в поперечном магнитном поле при варьируемом содержании в нём кислорода / A.B. Безносов, С.Ю. Савинов, М.А. Антоненков [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия термоядерный синтез. - М., 2008. - вып. 4. - С. 56-61.

43) Дроздов, Ю.Н. Износ пары «труба - дистанционная решетка» парогенератора в свинцовом теплоносителе / Ю.Н. Дроздов, A.B. Безносов, М.А. Антоненков [и др.] // Проблемы машиностроения и надежности машин. -М., 2009.-№5.-С. 61-66.

44) Дроздов, Ю.Н. Исследование узлов трения ядерных установок, работающих в среде высокотемпературных жидкометаллических теплоносителей. Часть 2. Экспериментальные исследования / Ю.Н. Дроздов, A.B. Безносов, М.А. Антоненков [и др.] // Трение и износ. - Гомель, 2009. - Т. 30, №6.-С. 540-549.

45) Дроздов, Ю.Н. Виброизнос материалов пары «труба -дистанционирующая решетка» парогенератора со свинцовым теплоносителем / Ю.Н. Дроздов, В.Н. Пучков, М.А. Антоненков [и др.] // Вестник машиностроения. - М., 2009. - №12. - С. 38 - 42.

46) Безносов, A.B. Экспериментальное исследование полей температур и скоростей в высокотемпературном потоке тяжелого жидкометаллического теплоносителя / A.B. Безносов, С.Ю. Савинов, М.А. Антоненков [и др.] //

Вопросы атомной науки и техники. Серия физика ядерных реакторов. - М., 2010. - вып. 3.-С. 90-98.

47) Пат. 72303 Российская Федерация, МПК F 22 В 1/02, F 22 D 5/28 Парогенератор со свинцовым теплоносителем или его сплавами / A.B. Безносов, Т.А. Бокова, М.А. Антоненков [и др.] ; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет. - №2007139395/22 ; заявл. 23.10.2007 ; опубл. 10.04.2008, Бюл. № 10-2 с.: ил.

48) Пат. 73757 Российская Федерация, МПК G 21 С 9/00 Ядерная энергетическая установка / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, Т.А. Бокова [и др.] ; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет. - №2007149306/22 ; заявл. 29.12.2007 ; опубл. 27.05.2008, Бюл. № 15 -2 с. : ил.

49) Пат. 73758 Российская Федерация, МПК G 21 D 9/00 Насос погружного типа для перекачки жидких металлов / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, О.О. Новожилова [и др.] ; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет. -№ 2007149307/22 ; заявл. 29.12.2007 ; опубл. 27.05.2008, Бюл. № 15 -2 с. : ил.

50) Пат. 73924 Российская Федерация, МПК F 04 D 1/00, F 04 D 3/00 Насос погружного типа для перекачки жидких металлов / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, С.Ю. Савинов [и др.] ; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет. -№ 2007149297/22 ; заявл. 29.12.2007 ; опубл. 10.06.2008, Бюл. № 16 - 2 с.: ил.

51) Пат. 78001 Российская Федерация, МПК G 21 С 9/00 Ядерная энергетическая установка / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, П.А. Боков [и др.]; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет. - №2008119976/22 ; заявл. 20.05.2008 ; опубл. 10.11.2008, Бюл. № 31 - 2 с.: ил.

52) Пат. 83588 Российская Федерация, МПК F 22 В 1/02, F 22 D 5/28 Парогенератор со свинцовым теплоносителем или его сплавами / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, М.Д. Зефиров [и др.] ; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет. - №2008143808/22 ; заявл. 05.11.2008 ; опубл. 10.06.2009, Бюл. №6-2 е.: ил.

53) Пат. 93121 Российская Федерация, МПК F 01 D 3/02, G 21 D 9/00 Насос погружного типа для перекачки жидких металлов / A.B. Безносов, М.А. Антоненков, Т.А. Бокова [и др.] ; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет. -№ 2009142228/22 ; заявл. 16.11.2009 ; опубл. 20.04.2010, Бюл. № И - 2 с. : ил.

54) Пат. 93159 Российская Федерация, МПК G 01 Р 5/02 Устройство для измерения локальной скорости жидкого металла / A.B. Безносов, С.Ю. Савинов, М.А. Антоненков [и др.] ; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет. -№ 2009143430/22; заявл. 23.11.2009 ; опубл. 20.04.2010, Бюл. № 11 - 2 с. : ил.