CN107503947B - 液态金属输送用机械泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液态金属输送用机械泵，包括内部具有封闭空间的泵体、泵轴、叶轮、壳体、电机及加热装置。泵体设置有彼此间隔开的与封闭空间相通的液态金属流入口、液态金属流出口、惰性气体入口和惰性气体出口；泵轴的第一端从泵体的外部呈配合地穿入泵体并伸至封闭空间；叶轮位于封闭空间内并安装在泵轴的第一端上；壳体沿泵轴的轴向与泵体组装在一起；电机安装于壳体内并用于驱动泵轴；加热装置用于对封闭空间内的液态金属进行加热。本发明液态金属输送用机械泵借助惰性气体入口、惰性气体出口及加热装置，能避免输送的液态金属被氧化，能提高液态金属流动性，从而提高液态金属输送的稳定性，达到高效、稳定及经济的效果。

Description

液态金属输送用机械泵

技术领域

本发明涉及输送泵领域，尤其涉及一种液态金属输送用机械泵。

背景技术

目前，输送液态金属的泵多数为电磁泵，而电磁泵因漏磁和本体产热，导致电磁泵的能耗很高，运输效率非常低。同时，电磁泵在输送高温(＞300℃)液态金属过程中，电磁线圈有较大的高温损坏风险。再者，电磁泵于液态金属输送过程中，电磁泵的额定扬程和流量较低，电磁泵需要配置复杂的电气***而造成操作难度较大，电磁泵对被输送液态金属电导率有较高要求，电磁泵的启停过程均非常繁杂而造成操作难度高。

其中，对于铅基合金(如铅铋合金)来说，其是***铅基反应堆的冷却剂材料，但是，铅基合金具有高密度、腐蚀性及磨蚀性等特点，对循环泵有极高的要求。现有的液态金属电磁泵因效率低及应用经济性差等因素，无法满足此要求。

当然，对除了铅基合金外的其它液态金属的输送，尤其是液态重金属的输送，液态金属电磁泵也存在上述的问题。

因此，有必要设计一种高效、稳定及经济的液态金属输送用机械泵克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、稳定、经济的液态金属输送用机械泵。

为实现上述目的，本发明提供了一种液态金属输送用机械泵，包括：内部具有封闭空间的泵体、泵轴、叶轮、壳体、电机及加热装置；所述泵体设置有彼此间隔开的与所述封闭空间相通的液态金属流入口、液态金属流出口、惰性气体入口和惰性气体出口；所述泵轴的第一端从所述泵体的外部呈配合地穿入所述泵体并伸至所述封闭空间；所述叶轮位于所述封闭空间内并安装在所述泵轴的第一端上；所述壳体沿所述泵轴的轴向与所述泵体组装在一起，所述泵轴的第二端呈配合地穿置于所述壳体上；所述电机安装于所述壳体内并用于驱动所述泵轴去带动所述叶轮在所述封闭空间内转动；所述加热装置用于对所述封闭空间内的液态金属进行加热，所述加热装置呈环绕地安装在所述泵体外部的与所述封闭空间对应的位置处。

较佳地，所述液态金属流入口和所述液态金属流出口中的一者沿所述泵轴的轴向设置，所述液态金属流入口和所述液态金属流出口中的另一者沿所述泵轴的径向设置。

较佳地，本发明的液态金属输送用机械泵还包括位于所述封闭空间内的飞液屏蔽板，所述飞液屏蔽板安装在所述泵体的内壁或所述泵轴上，且所述飞液屏蔽板沿所述泵轴的轴向位于所述叶轮与所述壳体之间。

较佳地，所述泵体内壁上的飞液屏蔽板沿所述泵轴的径向伸至所述泵轴并与该泵轴隔开一预设距离；或者所述泵轴上的飞液屏蔽板沿所述泵轴的径向伸至所述泵体的内壁并与该内壁隔开一预设距离。

较佳地，本发明的液态金属输送用机械泵还包括位于所述封闭空间内的热屏蔽组件，所述热屏蔽组件安装在所述泵体的内壁或所述泵轴上，且所述热屏蔽组件沿所述泵轴的轴向位于所述叶轮与所述壳体之间。

较佳地，所述热屏蔽组件包括至少两层的低发射率高热反射率的金属板件及呈不规则地填充所述金属板件上的金属箔片。

较佳地，所述金属板件呈盘型结构，所述泵轴穿置于所述金属板件。

较佳地，本发明的液态金属输送用机械泵还包括位于所述封闭空间内并套设于所述泵轴的上的冷却部件，所述冷却部件沿所述泵轴的轴向位于所述叶轮与壳体之间，所述冷却部件还安装在所述泵体的内壁上并与该内壁相对应的部位围出一冷却空间，所述泵体开设有彼此间隔开的与所述冷却空间相通的冷却入口和冷却出口。

较佳地，所述冷却部件沿所述泵轴轴向具有至少两层彼此相隔开的分隔环，所有所述分隔环将所述冷却空间分隔出相应的冷却空间单元。

较佳地，本发明的液态金属输送用机械泵还包括金属保温层及安装在所述泵体上并对所述泵轴与所述泵体的穿入处进行密封的机械密封，所述金属保温层包围所述加热装置。

较佳地，所述壳体与所述泵轴的穿入配合处设置有轴承，所述轴承包括滑动轴承和滚动轴承，所述滑动轴承沿所述泵轴的轴向与所述滚动轴承错开设置。

与现有技术相比，借助本发明的惰性气体出口及惰性气体入口，实现先将泵体的封闭空间内的空气排净，再往封闭空间内持续注入惰性气体，确保封闭空间内为一个无氧环境，避免输送的液态金属被氧化，从而提高本发明的液态金属输送用机械泵的稳定性；同时，借助加热装置，使泵体的封闭空间处于指定温度，从而提高液态金属的流动性，达到高效的效果，还可以在本发明的液态金属输送用机械泵运行过程中平衡液态金属的热损，保持***稳定；另外，借助电机去驱动泵轴及叶轮，相对电磁泵来说，还具有成本低和经济的效果。

附图说明

图1是本发明的液态金属输送用机械泵被其泵轴的轴心线剖切后的内部结构示意图。

图2是图1所示的液态金属输送用机械泵A处的放大图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。

请参阅图1及图2，本发明的液态金属输送用机械泵100包括内部具有封闭空间15的泵体1、泵轴2、叶轮3、壳体6、电机4及加热装置5。泵体1设置有彼此间隔开的与封闭空间15相通的液态金属流入口11、液态金属流出口12、惰性气体入口13和惰性气体出口14；具体地，在本实施例中，液态金属流入口11沿泵轴2的轴向设置，液态金属流出口12沿泵轴2的径向设置，更利于液态金属输送；当然，在其它实施例中，可将液态金属流入口11沿泵轴2的径向设置，将液态金属流出口12沿泵轴2的轴向设置，故不以此为限。其中，在本发明的液态金属输送用机械泵100工作时，将惰性气体入口13与外界稳压器(图中未示)相接，由外界稳压器为惰性气封提供惰性气体，使惰性气体从惰性气体入口13进入，并保持封闭空间15内压力的稳定；而惰性气体出口14在液态金属输送用机械泵100启动前用于排出封闭空间15内空气，在液态金属输送用机械泵100启动后处于关闭状态，从而为泵体1内的液态金属提供惰性环境，避免高温氧化，还起到保持泵体1内压力平衡的作用。

如图1所示，泵轴2的第一端从泵体1的外部呈配合地穿入泵体1并伸至封闭空间15，叶轮3位于封闭空间15内并安装在泵轴2的第一端上；举例而言，泵体1、叶轮3及泵轴2采用耐腐蚀材质，例如，材质为不锈钢，不锈钢型号为316、316L、317L或904L，但不以此举例为限。壳体6沿泵轴2的轴向与泵体1组装在一起，泵轴2的第二端呈配合地穿置于壳体6上，由壳体6对泵轴2提供支撑稳固作用。电机4安装于壳体6内并用于驱动泵轴2去带动叶轮3在封闭空间15内转动，实现对液态金属的输送。加热装置5用于对封闭空间15内的液态金属进行加热，加热装置5呈环绕地安装在泵体1外部的与封闭空间15对应的位置处，为封闭空间15提供热量；举例而言，在本实施例中，加热装置5选择为加热丝或加热管，以便于加热装置5环绕在泵体1的外部处，但不以此为限。其中，借助加热装置5，在启动本发明的液态金属输送用机械泵100前用于将泵体1的封闭空间15加热至指定温度，提高液态金属的流动性以达到高效的效果，并在液态金属输送用机械泵100运行过程中平衡液态金属的热损，保持***稳定；同时，在液态金属输送用机械泵100启动前和运行过程中，封闭空间15内的液态金属应淹没叶轮3，使得叶轮3更可靠地将实液态金属由液态金属流入口11输送入封闭空间15，再由液态金属流出口12排出。更具体地，如下：

如图1所示，本发明的液态金属输送用机械泵100还包含金属保温层20、安装在泵体1上并对泵轴2与泵体1的穿入处进行密封的机械密封10、位于封闭空间15内的飞液屏蔽板7、位于封闭空间15内的热屏蔽组件8、位于封闭空间15内并套设于泵轴2上的冷却部件9。飞液屏蔽板7安装泵轴2上，且飞液屏蔽板7沿泵轴2的轴向位于叶轮3与壳体6之间，以借助飞液屏蔽板7，可屏蔽由于飞溅而通过泵轴2与泵体1之间间隙的高温液态金属，避免飞溅的高温液态金属对液态金属输送用机械泵100的其它构件造成损害；当然，根据实际需要而将飞液屏蔽板7安装于泵体1的内壁，故不以此为限；举例而言，在本实施例中，泵轴2上的飞液屏蔽板7沿泵轴2的径向伸至泵体1的内壁并与该内壁隔开一预设距离，例如该预设距离为2至10毫米，一方面有效地屏蔽飞溅的高温液态金属，另一方面能避免飞液屏蔽板7随泵轴2转动时与泵体1的内壁发生碰撞，从而造成泵体1及飞液屏蔽板7损坏，进而影响液态金属输送用机械泵100工作。可理解的是，当飞液屏蔽板7安装于泵体1的内壁上时，此时的泵体1内壁上的飞液屏蔽板7沿泵轴2的径向伸至泵轴2并与该泵轴2隔开前述的预设距离，一样能避免泵轴2转动时与飞液屏蔽板7发生碰撞，从而造成泵轴2及飞液屏蔽板7损坏。

如图1所示，热屏蔽组件8安装在泵体1的内壁，且热屏蔽组件8沿泵轴2的轴向位于叶轮3与壳体6之间，以借助热屏蔽组件8去降低轴向热损，确保封闭空间15内温度损失速度；当然，根据实际需要而将热屏蔽组件8安装在泵轴2上，故不以此为限。具体地，在本实施例中，热屏蔽组件8沿泵轴2的轴向还位于飞液屏蔽板7与壳体6之间，这样设计的目的是先由飞液屏蔽板7对飞溅的液态金属进行屏蔽，防止飞溅的液态金属粘于热屏蔽组件8而影响到热屏蔽组件8热屏效果；较优的是，热屏蔽组件8包括至少两层的低发射率高热反射率的金属板件81及呈不规则地填充金属板件81上的金属箔片82，以使得热屏蔽组件8的热屏效果更好；举例而言，金属板件81呈盘型结构，泵轴2穿置于金属板件81，更能降低泵轴2的轴向热损，但不以此为限。

如图1及图2所示，冷却部件9沿泵轴2的轴向位于叶轮3与壳体6之间，较优的是冷却部件9沿泵轴2的轴向位于热屏蔽组件8与壳体6之间，这样设计的目的是既达到控制泵轴2的温度的同时，还能降低封闭空间15的影响；冷却部件9还安装在泵体1的内壁上并与该内壁相对应的部位围出一冷却空间91，泵体1开设有彼此间隔开的与冷却空间91相同的冷却入口92和冷却出口93；故使用时，借助冷却入口92和冷却出口93而实现冷却水于冷却空间91内循环输送，从而更可靠地控制泵轴2的温度；举例而言，如图2所示，冷却部件9沿泵轴2的轴向具有至两层彼此相隔开的分隔环94，两层分隔环94将冷却空间91分隔出三层的冷却空间单元，三层的冷却空间单元在泵体1的内壁处相通，延长了冷却水由冷却入口92流至冷却出口93的时间，进一步地提高冷却效果；当然，根据实际需要而使冷却部件9沿泵轴2的轴向具有三层、四层或五层不等的分隔环94，对应所得到的冷却空间单元为四层、五层或六层，故不以此为限；较优的是，如图2所示，冷却入口92与冷却出口93呈异侧布置，更有效地延长冷却水由冷却入口92流至冷却出口93的时间。

如图1所示，金属保温层20包围加热装置5，以对加热装置5产生的热量进行保温，降低热量损失的速度；举例而言，金属保温层20为金属反射式保温层，用于为泵体1保温，具有保温效果好，便于拆卸，可循环反复利用等优点，而机械密封10为惰性气封、热屏蔽部件等提供封闭工作环境。

如图1所示，壳体6与泵轴2的穿入配合处设置有轴承30，轴承30用于固定泵轴2，并承载泵轴2径载荷，同时，保证泵轴2只能实现转动，并降低泵轴2转动过程中的摩擦系数。具体地，在本实施例中，轴承30包括滑动轴承301和滚动轴承302，滑动轴承301沿泵轴2的轴向与滚动轴承302错开设置，保证泵轴2在工作过程中能够平稳、无振动和噪声等现象。

值得注意的是，在其它实施例中，本发明的液态金属输送用机械泵10根据实际需要而包括金属保温层20、机械密封10、飞液屏蔽板7、热屏蔽组件8及冷却部件9五者中一者、二者、三者或四者，故不以上述的举例为限。

结合附图，对本发明的液态金属输送用机械泵的工作原理进行说明：以输送液态铅基合金为例，在本发明的液态金属输送用机械泵100首次使用前，应先将泵体1的封闭空间15内的空气排净；打开惰性气体出口14，用真空泵将泵体1的封闭空间15抽真空；然后通过惰性气体入口13，持续注入惰性气体，对泵体1的封闭空间15进行吹扫，具体吹扫时间根据个例确定；确定泵体1的封闭空间15内的空气基本排出后，利用加热装置5将泵体1及封闭空间15内的金属温度提升至熔点以上，并保持较长时间，目的是确定泵体1内部温度均达到要求，并使泵体1内无固态铅基合金，因而不会造成叶轮3的卡死。在加热过程中，通过调整进入冷却入口92的水量，控制泵轴2温度在合理的范围内，具体温度范围应根据实际选取润滑油耐温性能确定。在确定与液态金属输送用机械泵100相连的液态铅基合金回路畅通，回路中的铅基合金均为液态后，方可启液态金属输送用机械泵100。液态金属输送用机械泵100启动后，即可实现高密度液态铅基合金输送；在输送过程中，由于惰性气体入口13与外界稳压器相连，泵体1内液位会有较小正常波动。每次停止液态金属输送用机械泵100，应先停止电机4，然后将惰性气体入口13与增压泵相连，将泵体1内的液态金属压至***稳压器内，避免冷却过程中的应力损害叶轮3或其它部件。停机后，泵体1应缓慢降温至环境温度。值得注意者，本发明的液态金属输送用机械泵100在安装后，应保证泵体1内液态金属的液位与***稳压器(图中未示)的液位相近；本发明的液态金属输送用机械泵100在使用后，应做长期维护；具体为将惰性气体入口13与惰性气源连接，使泵体1内部长期保持惰性气体环境，避免氧化污染。

与现有技术相比，借助本发明的惰性气体出口14及惰性气体入口13，实现先将泵体1的封闭空间15内的空气排净，再往封闭空间15内持续注入惰性气体，确保封闭空间15内为一个无氧环境，避免输送的液态金属被氧化，从而提高本发明的液态金属输送用机械泵100的稳定性；同时，借助加热装置5，使泵体的封闭空间15处于指定温度，从而提高液态金属的流动性，达到高效的效果，还可以在本发明的液态金属输送用机械泵100运行过程中平衡液态金属的热损，保持***稳定；另外，借助电机4去驱动泵轴2及叶轮3，相对电磁泵来说，还具有成本低和经济的效果。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种液态金属输送用机械泵，其特征在于，包括：

内部具有封闭空间的泵体，所述泵体设置有彼此间隔开的与所述封闭空间相通的液态金属流入口、液态金属流出口、惰性气体入口和惰性气体出口；

泵轴，所述泵轴的第一端从所述泵体的外部呈配合地穿入所述泵体并伸至所述封闭空间；

叶轮，所述叶轮位于所述封闭空间内并安装在所述泵轴的第一端上；

壳体，所述壳体沿所述泵轴的轴向与所述泵体组装在一起，所述泵轴的第二端呈配合地穿置于所述壳体上；

电机，安装于所述壳体内并用于驱动所述泵轴去带动所述叶轮在所述封闭空间内转动；以及

用于对所述封闭空间内的液态金属进行加热的加热装置，所述加热装置呈环绕地安装在所述泵体外部的与所述封闭空间对应的位置处；

其中，所述液态金属输送用机械泵还包括位于所述封闭空间内的飞液屏蔽板、位于所述封闭空间内的热屏蔽组件及位于所述封闭空间内并套设于所述泵轴上的冷却部件，所述飞液屏蔽板安装在所述泵轴上，且所述飞液屏蔽板沿所述泵轴的轴向位于所述叶轮与所述壳体之间；所述热屏蔽组件安装在所述泵体的内壁或所述泵轴上，且所述热屏蔽组件沿所述泵轴的轴向位于所述叶轮与所述壳体之间，所述热屏蔽组件沿所述泵轴的轴向还位于所述飞液屏蔽板与所述壳体之间；所述冷却部件沿所述泵轴的轴向位于所述叶轮与壳体之间，所述冷却部件还沿所述泵轴的轴向位于所述热屏蔽组件与壳体之间；所述冷却部件还安装在所述泵体的内壁上并与该内壁相对应的部位围出一冷却空间，所述泵体开设有彼此间隔开的与所述冷却空间相通的冷却入口和冷却出口。

2.根据权利要求1所述的液态金属输送用机械泵，其特征在于，所述液态金属流入口和所述液态金属流出口中的一者沿所述泵轴的轴向设置，所述液态金属流入口和所述液态金属流出口中的另一者沿所述泵轴的径向设置。

3.根据权利要求1所述的液态金属输送用机械泵，其特征在于，所述泵轴上的飞液屏蔽板沿所述泵轴的径向伸至所述泵体的内壁并与该内壁隔开一预设距离。

4.根据权利要求1所述的液态金属输送用机械泵，其特征在于，所述热屏蔽组件包括至少两层的低发射率高热反射率的金属板件及呈不规则地填充所述金属板件上的金属箔片。

5.根据权利要求4所述的液态金属输送用机械泵，其特征在于，所述金属板件呈盘型结构，所述泵轴穿置于所述金属板件。

6.根据权利要求1所述的液态金属输送用机械泵，其特征在于，所述冷却部件沿所述泵轴轴向具有至少两层彼此相隔开的分隔环，所有所述分隔环将所述冷却空间分隔出相应的冷却空间单元。

7.根据权利要求1所述的液态金属输送用机械泵，其特征在于，还包括金属保温层及安装在所述泵体上并对所述泵轴与所述泵体的穿入处进行密封的机械密封，所述金属保温层包围所述加热装置。

8.根据权利要求1所述的液态金属输送用机械泵，其特征在于，所述壳体与所述泵轴的穿入配合处设置有轴承，所述轴承包括滑动轴承和滚动轴承，所述滑动轴承沿所述泵轴的轴向与所述滚动轴承错开设置。