一种全密封液态金属机械泵的制作方法

本发明属于泵体领域，具体是涉及一种全密封液态金属机械泵。

背景技术：

电力作为国民经济发展的基石，面临严峻的原料短缺和环境污染问题。近年来，核电以安全、高效、节能、环保等优势受到各国青睐。作为第四代核能系统推荐堆型，以液态金属(铅、铅铋)作为冷却剂的快堆发展迅速。

高温液态金属可以使用电磁泵、机械泵等多种形式的主泵实现液态金属在回路中的循环。相比于电磁泵，机械泵效率高，是未来大流量主泵的首选泵型。由于高温液态铅/铅铋对构成回路的金属管道具有很强的腐蚀性，通过将液态金属中的氧含量调整至合适的范围，可以有效缓解溶解腐蚀和氧化腐蚀的发生。因此，作为液态重金属回路技术预研平台的驱动装置，需要对回路管道进行抽真空处理后通入适当的气体调节液态金属中的氧含量。同时，为了保证系统的安全运行，需要根据液态金属的流量、温度等实际运行情况调节高温液态金属液面在泵腔室内合适的高度，不会将液态金属的高温传导至屏蔽电机，损坏电机。根据目前的调研结果，尚无合适的全封闭机械泵满足要求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种全密封液态金属机械泵。该机械泵可对液态金属所在回路进行抽真空处理以净化液态金属所在回路，同时可以通入保护气体实现高温液态金属的液面的控制。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种全密封液态金属机械泵，包括泵体、泵叶轮以及沿竖向布置且下端悬置的泵轴，所述泵叶轮固定在泵轴下端，所述泵叶轮背面设有固定在泵轴上且与泵叶轮螺旋方向相反、用于防止液态金属溢出泵体的减压螺旋泵轮；所述泵体外布置有套设在所述泵轴上的环状外套，所述外套与泵轴之间形成与所述泵体内部相通的腔室，所述外套内壁上安装有防止由泵体溢出并进入所述腔室内的液态金属形成浪涌的环状隔板，所述外套侧面设有向所述腔室内充气的增压口以及将所述腔室内气体排出的排放口。

进一步的技术方案：所述外套侧面设有与所述腔室相通并形成连通器的引液管，所述引液管上设有所述腔室连通以实现腔室内气压与引液管内气压保持平衡的引压管，所述引液管内安装有用于测量腔室内液体金属液面高度的液位计。

进一步的技术方案：所述腔室内设有位于所述隔板上方且与所述泵轴同轴布置的气体导流套以及气体隔离环，所述气体隔离环连接在所述气体导流套外侧面构成将所述腔室分为上腔室与下腔室的隔离组件，所述气体导流套内径由上向下逐渐增大并呈开口状，所述气体导流套侧面设有将上腔室与下腔室连通的气体导流孔，所述增压口开设在所述上腔室所在的外壳侧面，所述排放口开设在所述下腔室所在的外壳侧面。

进一步的技术方案：所述隔板有多个且沿所述泵轴长度方向间隔布置，所述隔板与泵轴之间设有间距。

进一步的技术方案：所述减压螺旋泵轮由环套构成，所述环套外侧面设有与泵叶轮螺旋方向相反的螺纹。

进一步的技术方案：所述泵轴上端安装有驱动泵轴转动的屏蔽电机，所述屏蔽电机包括外壳、安装在外壳内的屏蔽电机连轴转子、屏蔽电机定子以及用于隔离所述屏蔽电机连轴转子、屏蔽电机定子的隔离密封套，所述外壳本体上开设有对屏蔽电机降温的冷却水循环通道。

进一步的技术方案：所述外套、引液管的侧面分别设有多个热偶传感器接口。

进一步的技术方案：所述引压管上设有压力传感器接口。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明全密封液态金属机械泵接入液态金属回路中，可以通过腔室上的排放口对液态金属回路进行抽真空处理，并可以通过腔室上的增压口向液态金属回路中通入适量的保护气体以实现对液态金属回路进行清洗。

本发明全密封液态金属机械泵接入液态金属回路后，对液态金属储液罐中充入微正压保护气体将液态金属压入整个回路所述液态金属进入泵体后，所述减压螺旋泵轮随泵轴转动产生一定的压力可以防止液态金属由泵体进入腔室，当液态金属由泵体进入腔室后会压缩腔室内气体并形成一定的压力，当液态金属的压力大于腔室内的气压，可以通过所述增压口向腔室内自动充入保护气体，确保腔室内的气压与液态金属的压力达到平衡，从而实现控制液态金属液面在保护气体隔离环下方合适的高度。另外，所述腔室拉开了泵叶轮与屏蔽电机之间的距离，使高温液态金属液面与屏蔽电机之间产生一个降温过渡区，阻止热量传递给驱动装置，保证驱动装置的使用寿命。

本发明使用的泵轴下端悬置，即只要使用具有足够刚性的泵轴就可避免泵运行过程中的抖动，从而避免使用轴承类支撑元件，该结构完全避免轴承类支撑元件与液态金属接触，避免易损的轴承类支撑元件在高温液态金属中的腐蚀损坏。

本发明提供了一种全封闭机械泵，确保空气不会进入试验系统中，避免空气与液态金属发生反应产生氧化物杂质，该机械泵利于开展机械泵在液态重金属流体介质下的性能测试及筛选结构材料等研究。该机械泵不仅能用于化工行业，更重要的是为将来液态金属反应堆的核主泵研制奠定基础。

(2)本发明所述引液管便于液位计的安装以及及时对腔室内的高温液态金属的液位进行观察，从而利于根据液位情况对保护气体压力做出调整，确保腔室内气压与液态金属的压力达到平衡，实现控制液态金属液面在保护气体隔离环下方合适高度的目的。所述引压管使得引液管内的气压与腔室内的气压保持平衡，确保引液管内的液位与腔室内的液位保持相同。

(3)本发明所述的气体导流套，其结构特点为内径由上向下逐渐增大并呈开口状，并开有小孔。本发明所述的气体隔离环，其结构特点是连接在气体导流套外侧面，将泵腔室分为上腔室与下腔室，将气体增压口和气体排放口分隔。二者的协同作用是当需要控制液态金属液面时，通过气体增压口将保护气体通入泵腔室，气体导流套引导保护气体从泵轴和导流套之间的缝隙进入泵腔室，将运行过程中产生的污染物从排放口带出，防止污染物进入电机轴承产生污染，造成停泵。

(4)本发明所述隔板具有防止液态金属在腔室内产生浪涌现象，即所述隔板可以对液态金属的流动起到阻碍作用，防止液态金属进一步向腔室上方涌动。多个隔板可以大幅减少所述浪涌现象，利于快速将液态金属控制在设定的液位高度，从而确保相应的液态金属流体介质性能研究可以正常进行。

(5)本发明所述热偶传感接口、压力传感接口分别将热偶传感探头和压力传感探头接入泵的不同部位，以监测温度和压力。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

附图中标记的含义如下：

1-泵体；2-密封垫；3-泵体上法兰；4-第一热偶传感器接口；5-外套；6-隔板；7-第二热偶传感器接口；8-气体隔离环；9-泵体固定盘；10-密封圈；11-屏蔽电机座；12-水冷出口；13-第一轴承；14-线圈；15-屏蔽电机外壳；16-屏蔽电机上盖；17-轴承卡簧；18-第二轴承；19-屏蔽电机连轴转子；20-隔离密封套；21-屏蔽电机定子；22-水冷进口；23-压力传感接口；24-轴承盖；25-气体导流套；26-液位计活动法兰；27-液位计固定法兰；28-第三热偶传感器接口；29-液位计陶瓷管；30-液位探针；31-引液管；32-泵盖紧固螺钉；33-减压螺旋泵轮；34-泵叶防滑垫；35-泵叶轮；36-叶轮固定螺栓；37-第四热偶传感器接口；38-第一引压管；39-第二引压管；40-液态金属储罐；41-第一阀门；42-第二阀门；43-保护气体储罐；44-第一电磁阀；45-第二电磁阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：

如图1所示：本发明包括泵体1、泵叶轮35以及沿竖向布置且下端悬置的泵轴，所述泵叶轮35固定在泵轴下端，所述泵叶轮35背面设有固定在泵轴上且与泵叶轮35螺旋方向相反、用于防止液态金属溢出泵体1的减压螺旋泵轮33；所述泵体1外布置有套设在所述泵轴上的环状外套5，所述外套5与泵轴之间形成与所述泵体1内部相通的腔室，所述外套5内壁上安装有防止由泵体1溢出并进入所述腔室内的液态金属形成浪涌的环状隔板6，所述隔板6有多个且沿所述泵轴长度方向间隔布置，所述隔板6与泵轴之间设有间距，所述外套5侧面设有向所述腔室内充气的增压口以及将所述腔室内气体排出的排放口。

所述外套5侧面设有与所述腔室相通并形成连通器的引液管31，所述引液管31上设有所述腔室连通以实现腔室内气压与引液管31内气压保持平衡的引压管，所述引液管31内安装有用于测量腔室内液体金属液面高度的液位计。本发明所述液位计由液位计陶瓷管29以及位于液位计陶瓷管29内的液位探针30构成，当腔室内的液态金属液面与所述液位探针30接触即可将所述液位计所在的电路导通并产生相应的电流信号实现液位测量。

所述腔室内设有位于所述隔板6上方且与所述泵轴同轴布置的气体导流套25以及气体隔离环8，所述气体隔离环8连接在所述气体导流套25外侧面构成将所述腔室分为上腔室与下腔室的隔离组件，所述气体导流套25内径由上向下逐渐增大并呈开口状，所述气体导流套25侧面设有将上腔室与下腔室连通的气体导流孔，所述增压口开设在所述上腔室所在的外壳5侧面，所述排放口开设在所述下腔室所在的外壳5侧面。

所述减压螺旋泵轮33由环套构成，所述环套外侧面设有与泵叶轮35螺旋方向相反的螺纹。所述减压螺旋泵轮33位于泵轴与泵体上法兰3之间，所述减压螺旋泵轮33本身起到一定的密封作用，当随泵轴转动的时候，由于螺纹与泵叶轮35螺旋方向相反，所以会产生一定的反向气流，由此可以进一步防止金属液体由泵轴与泵体上法兰3之间的间隙进入腔室。

所述泵轴上端安装有驱动泵轴转动的屏蔽电机，所述屏蔽电机包括外壳15、安装在外壳15内的屏蔽电机连轴转子19、屏蔽电机定子21以及用于隔离所述屏蔽电机连轴转子19、屏蔽电机定子21的隔离密封套20，所述外壳15本体上开设有对屏蔽电机降温的冷却水循环通道。所述泵轴可以通过联轴器与屏蔽电机驱动轴连接，或者泵轴由加长型的屏蔽电机驱动轴构成。

所述外套5、引液管31的侧面分别设有多个热偶传感器接口，比如，本实施例中所述外套5上设有第一热偶传感器接口4以及第二热偶传感器接口7，所述引液管31上设有第三热偶传感器接口28以及第四热偶传感器接口37。所述引压管上设有压力传感器接口23。