Verfahren zur Sicherstellung der Kühlung der Wellenabdichtung und mediumgeschmierter Radiallager von unter hohen Systemdrücken arbeitenden Umwälzpumpen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherstel lung der Kühlung der Wellenabdichtung und medium- geschmierter Radiallager von unter hohen Systemdrük- ken arbeitenden Umwälzpumpen insbesondere Reak torpumpen, bei Stillstand,
wobei die Kühlmittelzirkula- tion während des Betriebes durch eine auf der gleichen Welle sitzende Kühlpumpe erfolgt.
Es ist dabei bekannt, für Reaktorpumpen als Wel- lenabdichtungssystem entweder hydrodynamische Gleitringdichtungen oder hydrostatische Wellenabdich tungen vorzusehen. Wegen des hohen Systemdruckes dieser Umwälzpumpen sind die Wellenabdichtungen mit grossen Druckdifferenzen belastet, so dass aus Be- triebssicherheitsgründen, z.
B. bei hydrodynamischen Gleitringdichtungen, zwei bis drei Dichtungsstufen hin tereinander geschaltet werden, die über ein Druckauf- teilungssystem auf gleichen Differenzdrücken gehalten werden. Nachteiligerweise sind für die Funktion der Dichtungen und des in der Regel wassergeschmierten Radiallagers bisher zwei getrennte Kreisläufe notwen dig, und zwar ein Kühlkreislauf für Wellenabdichtun gen und Radiallager und ein Kreislauf für die Druck aufteilung an den einzelnen Dichtungsstufen.
Der Kühlkreislauf wird dabei von einer auf der Umwälz- pumpenwelle angeordneten Hilfspumpe betätigt. Bei Stillstand der Umwälzpumpe und heissem Reaktor kreislauf kann deshalb Heisswasser an das Radiallager und an die Wellenabdichtung gelangen und diese be schädigen. Durch die beiden Kreisläufe, Kühlung und Druckaufteilung, ergibt sich also, dass entweder die Druck- und Temperaturüberwachung nur unvollständig durchgeführt werden kann z.
B. interner Druckauftei- lungs- und Kühlkreislauf oder dass ein grosser Bauauf wand für Entlüftungs- und Entleerungseinrichtung für den externen Druckaufteilungs- und Kühlkreislauf in Kalif genommen werden muss.
Bei hydrostatischen Wellenabdichtungen und bei mehrstufiger Dichtungsanordnung erfolgt die Druck aufteilung durch die Dichtungsstufen selbsttätig. Für die Dichtungs- und Lagerkühlung ist dabei eine auf- wendige Kaltwasserversorgung notwendig, indem über getrennt angeordnete Hochdruckpumpen. kaltes Sperr wasser vor der Wellenabdichtung in das System einge setzt wird. Bei einem Ausfall der Sperrwasserversor- gung kann ebenfalls über einen Kühlkreislauf, der wie derum durch eine auf der Umwälzpumpenwelle ange ordnete Hilfspumpe in Funktion gehalten wird, die Dichtungs- und Lagertemperatur in zulässigen Grenzen gehalten werden.
Bei Umwälzpumpenstillstand und heissem Reaktorkreislauf kann bei Ausfall des Sperr wassers somit auch bei dieser Ausführung Heisswasser an das Radiallager und die Wellenabdichtungen gelan gen und dort Beschädigungen verursachen.
Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet die genannten Nachteile durch die Verbindung eines Kühl- ,reislaufes und eines Kreislaufes zur Druckaufteilung derart, dass für beide Kreisläufe ein gemeinsamer Küh ler vorhanden ist, und dass eine entsprechende Strö- mungsfühnng und entsprechende Anordnung des Küh lers gewährleistet,
dass bei Stillstand der Umwälz- pumpe und heissem Kreislauf die Kühlwasserzirkula- tion durch Dichtungen und Radiallager infolge Ther- mosiphonwirkung in der gleichen Strömungsrichtung wie während des Betriebes erfolgt.
Für einen zusätzlichen Sperrkreislauf gegen Ein dringen von Heisswasser aus dem Hauptkreislauf über die mit dem Kühlkreislauf bestehende Verbindung in den Radiallagerraum kann eine Kaltwasserkammer, Wärmedämmbleche und ein Wärmesperrekühler vorge sehen sein.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann man dabei den Kühlkreislauf und den Kreislauf zur Druck aufteilung, welche bei den bekannten Verfahren für sich getrennt waren, so miteinander verbinden, dass die Drosselmenge zur Druckaufteilung die Kühlung der Gleitringdichtungen mit übernimmt. Dieser Teilstrom ist dem Kühlstrom für die Radiallagerkühlung überla gert.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen darin, dass sich das Dichtungssystem selbst entlüften und dass die Druck- und Temperaturüberwa chung von Dichtung und Lager vollständig durchge führt werden kann. Da die Thermosiphonwirkung im Stillstand der Umwälzpumpe die Kühlung von Dich tung und Lager sicherstellt, kann auch auf eine Ein richtung zur Sperrwasserversorgung verzichtet werden, wie sie bisher bei hydrostatischen Wellendichtungen verwendet werden.
Die Abbildung veranschaulicht die Strömungsfüh rung und die Anordnung der Kühleinrichtungen sowie die @#@'irkungsweise des Verfahrens.
Auf der Umwälzpumpenwelle 1 sind die Gleitring- dichtungen 2 und die Hilfspumpe 3 montiert. Die Welle ist ausser in aussenliegenden ölgeschmierten Lagern noch in einem wassergeschmierten Radiallager 4 geführt.
Der Kühlkreislauf wird bei sich drehender Um wälzpumpe durch die Hilfspumpe in der angegebenen Richtung in Bewegung gehalten. Das gekühlte Wasser verlässt den ausserhalb der Pumpe angeordneten Hochdruckkühler 5 an der Stelle 6 und wird der Um wälzpumpe an der Stelle 7, zwischen innerer Gleitring- dichtung 2 und Hilfspumpe 3, zugeführt, fliesst sodann über die Hilfspumpe durch das Radiallager 4 und ver- lässt die Urmvälzpumpe an der Stelle 9. Von hier fliesst das Kühlkreislaufwasser dem Hochdruckkühler 5 an der Stelle 10 wieder zu.
An der Stelle 8 wird von der Kühlkreislaufmenge die Menge für die Druckauf wilung an den Dichtungsstufen, die gleichzeitig die Dichtungskühlung übernimmt, abgezweigt. Diese Menge, die dem Kreislauf verlorengeht, wird an der Stelle 11 als Heisswasser dem Kühlkreislauf wieder zu geführt. Durch die Wirkungsrichtung der Hilfspumpe 3 '%vird dem Heisswasser der Weg von 11 über 9 zum Kühlereintritt 10 aufgezwungen, so dass Dichtung und Radiallager nur von Kaltwasser durchflossen werden kann.
Für die Druckaufteilung werden Drosselstrecken 12 so angeordnet, dass die Durchflussmenge durch die Drosseln an den Dichtungen vorbeifliesst und ihre Rei bungswärme abführt. Durch die Unterbringung der Drosseln in den oberen Dichtungsräumen und der Strömungsführung von unten nach oben werden die Dichtungskammern bei der Inbetriebnahme der Um wälzpumpe selbst entlüftet.
Zusätzlich kann die Drossel-Durchflussmenge bei mehrstufiger Dichtungsanordnung noch in einem Hilfs kühler 13 zwischengekühlt werden. Auch hierbei wird durch die Strömungsführung von unten nach oben eine Selbstentlüftung erreicht.
Im Stillstand der Umwälzpumpe wird durch die Kühleranordnung und die Kreislaufführung erreicht, dass ein Thermosiphonkreislauf mit der gleichen Strö- mungsrichtung wie die des Kühlkreislaufes im Normal betrieb in Funktion tritt. Dadurch wird verhindert, dass Heisswasser durch das Radiallager in den Dich tungsraum gelangt.
Die gesamte Thermosiphon- Umlaufmenge ist so ausgelegt, dass sie wesentlich grös- ser als die durch das Druckaufteilungssystem abströ mende Leckmenge ist.
Diese überschüssige Kaltwasser menge fliesst entlang der Welle durch das Radiallager 4 nach unten und mischt sich wie beim Normalbetrieb bei<B>11</B> mit dem zufliessenden Heisswasser, um über 9 dem Hochdruckkühler 5 bis 10 wieder zuzufliessen. Zur Unterstützung des Thermosiphonkreislaufes ist im Bereich der inneren Wellenabdichtung ein Hilfskühler 14 untergebracht.
Um Mischströmungen von Heiss- und Kaltwasser entlang der Welle im Bereich zwischen Laufrad und Radiallager zu vermeiden, ist an der druckseitigen Laufradnabe eine Kammer 15 angeordnet, die durch einen Zirkulationskreislauf 16 ständig mit gekühltem Wasser versorgt wird. Gekühlt und in Bewegung gehal ten wird der Kreislauf 16 durch den Wärmesperreküh- ler 17, der über den Wärmedämmblechen 18 angeord net ist.
Durch die ständige Auffüllung der Kammer 15 mit gekühltem Wasser wird das Eindringen von Heiss- wasser in den Radiallagerraum zusätzlich verhindert.
Method for ensuring the cooling of the shaft seal and medium-lubricated radial bearings of circulating pumps working under high system pressures
the coolant is circulated during operation by a cooling pump on the same shaft.
It is known to provide either hydrodynamic mechanical seals or hydrostatic shaft seals as shaft sealing systems for reactor pumps. Because of the high system pressure of these circulating pumps, the shaft seals are loaded with large pressure differences, so that for reasons of operational safety, e.g.
B. in hydrodynamic mechanical seals, two to three sealing stages can be switched one behind the other, which are kept at the same differential pressures via a pressure distribution system. Disadvantageously, two separate circuits are neces sary for the function of the seals and the usually water-lubricated radial bearing, namely a cooling circuit for shaft seals and radial bearings and a circuit for the pressure distribution at the individual sealing stages.
The cooling circuit is actuated by an auxiliary pump arranged on the circulating pump shaft. When the circulating pump is at a standstill and the reactor circuit is hot, hot water can therefore reach the radial bearing and the shaft seal and damage them. Due to the two circuits, cooling and pressure distribution, it follows that either the pressure and temperature monitoring can only be carried out incompletely z.
B. internal pressure distribution and cooling circuit or that a large construction cost for venting and draining device for the external pressure distribution and cooling circuit must be taken in Kalif.
In the case of hydrostatic shaft seals and multi-stage sealing arrangements, the pressure is split automatically through the sealing stages. An elaborate cold water supply is necessary for the seal and bearing cooling by using separately arranged high-pressure pumps. cold sealing water is used in the system before the shaft seal. If the sealing water supply fails, the seal and bearing temperature can also be kept within permissible limits by means of a cooling circuit, which in turn is kept functioning by an auxiliary pump arranged on the circulating pump shaft.
When the circulation pump is at a standstill and the reactor circuit is hot, if the sealing water fails, hot water can reach the radial bearing and the shaft seals and cause damage there.
The method according to the invention avoids the disadvantages mentioned by connecting a cooling circuit, a circulation system and a circuit for pressure distribution in such a way that a common cooler is available for both circuits and that a corresponding flow guide and corresponding arrangement of the cooler ensure
that when the circulation pump is at a standstill and the circuit is hot, the cooling water is circulated through seals and radial bearings due to the thermosiphon effect in the same direction of flow as during operation.
For an additional barrier circuit against a penetration of hot water from the main circuit via the existing connection with the cooling circuit in the radial storage room, a cold water chamber, thermal insulation sheets and a thermal barrier cooler can be easily seen.
In the method according to the invention, the cooling circuit and the pressure distribution circuit, which were separate in the known methods, can be connected to one another in such a way that the throttle amount for pressure distribution also takes over the cooling of the mechanical seals. This partial flow is superimposed on the cooling flow for the radial bearing cooling.
The advantages of the method according to the invention are that the sealing system is self-venting and that the pressure and temperature monitoring of the seal and bearing can be completely carried out. Since the thermosiphon effect when the circulation pump is at a standstill ensures the cooling of you device and bearing, a device for sealing water supply can be dispensed with, as was previously used with hydrostatic shaft seals.
The figure illustrates the flow management and the arrangement of the cooling devices as well as the @ # @ 'mode of operation of the process.
The mechanical seals 2 and the auxiliary pump 3 are mounted on the circulation pump shaft 1. In addition to external oil-lubricated bearings, the shaft is also guided in a water-lubricated radial bearing 4.
The cooling circuit is kept in motion in the specified direction by the auxiliary pump while the circulation pump is rotating. The cooled water leaves the high-pressure cooler 5 arranged outside the pump at point 6 and is fed to the circulating pump at point 7, between the inner mechanical seal 2 and auxiliary pump 3, then flows via the auxiliary pump through the radial bearing 4 and leaves the Urmvälz pump at the point 9. From here the cooling circuit water flows to the high-pressure cooler 5 at the point 10 again.
At the point 8, the amount for the Druckauf wilung on the sealing stages, which also takes over the seal cooling, is branched off from the cooling circuit quantity. This amount, which is lost from the circuit, is fed back to the cooling circuit at point 11 as hot water. The direction of action of the auxiliary pump 3% means that the path from 11 via 9 to the cooler inlet 10 is forced on the hot water, so that only cold water can flow through the seal and radial bearing.
For the pressure distribution, throttle sections 12 are arranged in such a way that the flow rate through the throttles flows past the seals and dissipates their frictional heat. By accommodating the throttles in the upper sealing chambers and the flow guidance from bottom to top, the sealing chambers are vented when the circulation pump is started up.
In addition, in the case of a multi-stage sealing arrangement, the throttle flow rate can also be cooled in an auxiliary cooler 13. Here, too, self-venting is achieved through the flow guidance from bottom to top.
When the circulation pump is at a standstill, the cooler arrangement and the circulation system ensure that a thermosiphon circuit comes into operation with the same flow direction as that of the cooling circuit in normal operation. This prevents hot water from entering the sealing area through the radial bearing.
The entire thermosiphon circulating volume is designed in such a way that it is significantly larger than the amount of leakage flowing out through the pressure distribution system.
This excess amount of cold water flows down the shaft through the radial bearing 4 and mixes with the inflowing hot water as in normal operation at 11 in order to flow back into the high-pressure cooler 5 to 10 via 9. To support the thermosiphon circuit, an auxiliary cooler 14 is housed in the area of the inner shaft seal.
In order to avoid mixed flows of hot and cold water along the shaft in the area between the impeller and radial bearing, a chamber 15 is arranged on the pressure-side impeller hub, which is constantly supplied with cooled water by a circulation circuit 16. The circuit 16 is cooled and kept moving by the thermal barrier cooler 17, which is arranged over the thermal insulation sheets 18.
As a result of the constant filling of the chamber 15 with cooled water, the penetration of hot water into the radial bearing space is additionally prevented.