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PATENTANSPRÜCH E
1. Wellenabdichtung für eine bei einem vor der Umgebungstemperatur abweichenden Temperaturniveau arbeitende Pumpe, insbesondere für eine Speisepumpe für den Arbeitsmittelkreislauf eines Kraftwerkes, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) Zwei durch eine die Welle (2) umgebende Ringkammer (12) getrennte, für einen Dauerbetrieb ausgelegte Drossel dichtungen(l4, 15), b) Mittel (18, 19) zur Einspritzung eines Kühl- oder Sperrmittels in die Ringkammer ( 12) während des Betriebes und im Stillstand, c) eine Gleitringdichtung (5) in der Ringkammer (12).
2. Wellenabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseldichtungen Labyrinthdichtungen sind.
3. Wellenabdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtungen (14, 15) als Fördergewinde ausgebildet sind.
Die Erfindung betrifft eine Wellenabdichtung für eine bei einem von der Umgebungstemperatur abweichenden Temperaturniveau arbeitende Pumpe, insbesondere für eine Speisepumpe für den Arbeitsmittelkreislauf eines Kraftwerks.
Für die Wellenabdichtung von Pumpen in dem genannten Einsatzbereich haben sich in der Praxis bis heute zwei unterschiedliche Konzeptionen durchgesetzt. Die eine Art der Wellenabdichtung besteht aus Labyrinthdichtungen, zwischen die während des Betriebes und im Stillstand als Sperrmittel relativ kaltes Wasser eingespritzt wird. Bei anderen Konstruktionen werden mechanische Dichtungen, vor allem Gleitringdichtungen, eingesetzt.
Beide Arten weisen Nachteile auf und führen im Langzeitbetrieb zu unbefriedigendem Ergebnis. So haben Labyrinthdichtungen mit Einspritzung den Nachteil einer dauernden, erheblichen Leckage, während mechanische Dichtungen stör anfällig sind - sogar schon im Stillstand -, zu thermischen Verformungen, beispielsweise beim Heissfüllen der Pumpe, neigen und bei ihrem Ausfall ein unbedingtes Stillsetzen der Pumpe erfordern. Dieses Stillsetzen hat dann ein Ausdampfen der Pumpe zur Folge, das zu Schmierölverunreinigungen führt.
Schliesslich ist ein Verfahren bekannt (DE-PS 28 03 578), bei dem über eine Gleitringdichtung während des Betriebes und im Stillstand ein Kühl- bzw. Sperrmittelstrom fliesst; ein Stillsetzen der Pumpe bei Ausfall der Gleitringdichtung kann auch mit diesem Verfahren nicht verhindert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Mängel bisheriger Wellenabdichtungen bei Pumpen für den genannten Einsatz zu beseitigen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die Kombination folgender Merkmale: a) Zwei durch eine die Welle umgebende Ringkammer getrennte, für einen Dauerbetrieb ausgelegte Drosseldichtungen, b) Mittel zur Einspritzung eines Kühl- und Sperrmittels in die Ringkammer während des Betriebes und im Stillstand, c) eine Gleitringdichtung in der Ringkammer.
Einerseits verhindert die Massnahme c die bei Labyrinthdichtungen vorhandenen, stetigen Leckagen; weiterhin werden durch die Einspritzung eines Kühl- oder Sperrmittels thermische Verformungen der mechanischen Dichtung ausgeschaltet; andererseits bewirken die für einen Dauerbetrieb ausgelegten Drosseldichtungen - beispielsweise eine Labyrinth- oder eine Schwimmringdichtung - vor allem, dass die Pumpe auch bei Ausfall der Gleitringdichtung in dem Masse, wie es bisher bei Pumpen mit Drosseldichtungen der Fall war - unter Inkaufnahme von Leckverlusten -, gegen die Umgebung abgedichtet ist, ein sofortiges Stillsetzen also nicht erfolgen muss. Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Störanfälligkeit der Gleitringdichtungen infolge der verminderten Gefahr von thermischen Verformungen erheblich verringert wird.
Als Kühl- oder Sperrmittel verwendet man mit Vorteil dem Kraftwerkskreislauf bei geeignetem Druckniveau entnommenes Kondensat mit Temperaturen von 40-90"C, durch das auch die Elastomere statischer Dichtungen nicht angegriffen werden.
Die für eine Sperrmittel-Einspritzung im Stillstand benötigte Wassermenge kann dabei verringert werden, wenn die Labyrinthdichtungen als Fördergewinde ausgebildet sind; denn ein Teil des im Betrieb aufzubringenden Abdichtdruckes, der höher ist als derjenige für den Stillstand, kann dann durch das Fördergewinde erzeugt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt in einem Schnitt schematisch eine Wellenabdichtung an einer Wellendurchführung durch ein Pumpengehäuse.
In einem nur bruchstückhaft gezeigten Pumpengehäuse 1 einer, beispielsweise in einem Kraftwerk als Speisepumpe eingesetzten, Zentrifugalpumpe wird der Durchtritt einer Welle 2, an die auf der linken Seite der Darstellung ein nicht gezeigter Antrieb angeschlossen werden kann, mit Hilfe der erfindungsgemässen Kombination abgedichtet; die Welle 2 setzt sich auf der rechten Seite durch den Saugraum der Pumpe hindurch zu ebenfalls nicht gezeigten Laufrädern fort.
In die Wellenöffnung des Gehäuses list von aussen ein Einspritzgehäuse 4 eingeschoben und über einen Gehäusedeckel 3 mittels nicht gezeigter Schrauben im Gehäuse 1 befestigt.
Nach innen ist das Einspritzgehäuse 4 durch eine Wellenhülse 6, an der ein umlaufender Gegenring 8 einer Gleitringdichtung 5 über einen Trägerring 8 befestigt ist, abgeschlossen, Mit dem Gegenring 7 wirkt ein stationärer Gleitring 9 zusammen, der in einem Gehäusering 10 gehalten ist; dieser wiederum stützt sich über Federelemente 11 im Gehäusedeckel 3 ab.
Die Gleitringdichtung 5 ist in einer Ringkammer 12 angeordnet, von der erfindungsgemäss je eine Labyrinthdichtung 14 bzw. 15, als für einen Dauerbetrieb ausgelegte, Drosseldichtung ausgeht; die Dichtungen 14 und 15 führen ins Freie bzw. in den Pumpenraum. Weiterhin mündet in die Ringkammer 12 über eine Bohrung 18 des Einspritzgehäuses 4 eine Einspritzleitung 19, durch die in die Wellenabdichtung als Kühl- und Sperrmittel Kondensat aus dem Kraftwerkkreislauf eingespritzt werden kann. Dieses wird dabei dem Kreislauf an einer Stelle geeigneten Druckniveaus entnommen; um eine Kühlung und Schonung von Dichtringen
13 aus Elastomerwerkstoffen, die statische Abdichtungen gegen das Gehäuse 1 und die Wellenhülse 6 bilden, zu erreichen, hat dieses Kondensat vorzugsweise eine Tempe ratur unter 800C.
Das Druckniveau in der Ringkammer 12 wird für alle Betriebszustände der Pumpe, d.h. abhängig vom Druckniveau im Saugraum der Pumpe, auf einem über diesem Druckniveau liegenden Wert gehalten, der einen ausreichenden Fluss des Sperrmittels von der Ringkammer 12 in den Saugraum der Pumpe sicherstellt.
Die Einspritzung des Sperrmittels erfolgt sowohl im Betrieb als auch im Stillstand der Pumpe, wofür gegebenen falls entsprechende, nicht dargestellte Hilfspumpen vorgesehen sind.
Werden die Labyrinthe 14 und 15, was nicht dargestellt ist, als Fördergewinde ausgebildet, so kann ein Teil des notwendigen Abdicht- oder Einspritzdruckes während des Betriebes von diesen Gewinden aufgebracht werden: dadurch sind im Stillstand geringere Einspritzdrücke und damit kleinere Sperrwassermengen erforderlich.
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PATENT CLAIM E
1. Shaft seal for a pump operating at a temperature level that deviates from the ambient temperature, in particular for a feed pump for the working fluid circuit of a power plant, characterized by the combination of the following features: a) Two annular chambers (12) separated by a shaft (2) surrounding for throttle seals designed for continuous operation (14, 15), b) means (18, 19) for injecting a coolant or blocking agent into the annular chamber (12) during operation and at standstill, c) a mechanical seal (5) in the annular chamber ( 12).
2. Shaft seal according to claim 1, characterized in that the throttle seals are labyrinth seals.
3. Shaft seal according to claim 2, characterized in that the labyrinth seals (14, 15) are designed as a conveying thread.
The invention relates to a shaft seal for a pump operating at a temperature level deviating from the ambient temperature, in particular for a feed pump for the working fluid circuit of a power plant.
To date, two different concepts have prevailed in practice for the shaft sealing of pumps in the field of application mentioned. One type of shaft seal consists of labyrinth seals, between which relatively cold water is injected during operation and at a standstill as a blocking agent. In other designs, mechanical seals, especially mechanical seals, are used.
Both types have disadvantages and lead to unsatisfactory results in long-term operation. Labyrinth seals with injection have the disadvantage of permanent, considerable leakage, while mechanical seals are susceptible to malfunction - even at a standstill -, tend to thermal deformations, for example when the pump is hot filled, and require the pump to be stopped if they fail. This shutdown then causes the pump to evaporate, which leads to contamination of the lubricating oil.
Finally, a method is known (DE-PS 28 03 578), in which a coolant or blocking agent flow flows through a mechanical seal during operation and at a standstill; This method cannot prevent the pump from being stopped if the mechanical seal fails.
The object of the invention is to eliminate the shortcomings of previous shaft seals in pumps for the use mentioned. This object is achieved according to the invention by the combination of the following features: a) two throttle seals separated by a ring chamber surrounding the shaft and designed for continuous operation, b) means for injecting a coolant and blocking agent into the ring chamber during operation and at standstill, c) a mechanical seal in the annular chamber.
On the one hand, measure c prevents the constant leaks present in labyrinth seals; furthermore, thermal deformations of the mechanical seal are eliminated by the injection of a coolant or blocking agent; on the other hand, the throttle seals designed for continuous operation - for example a labyrinth or a floating ring seal - primarily have the effect that, even if the mechanical seal fails, to the extent that was previously the case with pumps with throttle seals - taking into account leakage losses the environment is sealed, so it does not have to be stopped immediately. It is expressly pointed out that the susceptibility to mechanical seals is considerably reduced due to the reduced risk of thermal deformation.
As a coolant or blocking agent, it is advantageous to use condensate at temperatures of 40-90 "C taken from the power plant circuit at a suitable pressure level, which also does not attack the elastomers of static seals.
The amount of water required for a blocking agent injection at a standstill can be reduced if the labyrinth seals are designed as delivery threads; because part of the sealing pressure to be applied during operation, which is higher than that for standstill, can then be generated by the delivery thread.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing.
The single figure schematically shows in a section a shaft seal on a shaft bushing through a pump housing.
The passage of a shaft 2, to which a drive (not shown) can be connected on the left-hand side of the illustration, is sealed in a pump housing 1 of a centrifugal pump, which is used, for example, as a feed pump in a power plant, using the combination according to the invention; the shaft 2 continues on the right side through the suction chamber of the pump to also not shown impellers.
An injection housing 4 is inserted from the outside into the shaft opening of the housing and fastened in the housing 1 by means of screws (not shown) via a housing cover 3.
The injection housing 4 is closed off on the inside by a shaft sleeve 6, to which a circumferential counter ring 8 of a mechanical seal 5 is fastened via a carrier ring 8. A stationary slide ring 9, which is held in a housing ring 10, interacts with the counter ring 7; this in turn is supported by spring elements 11 in the housing cover 3.
The mechanical seal 5 is arranged in an annular chamber 12, from each of which, according to the invention, a labyrinth seal 14 or 15, designed as a throttle seal designed for continuous operation; the seals 14 and 15 lead outside or into the pump chamber. Furthermore, an injection line 19 opens into the annular chamber 12 via a bore 18 in the injection housing 4, through which condensate can be injected into the shaft seal as a coolant and blocking agent from the power plant circuit. This is taken from the circuit at a suitable pressure level; for cooling and protecting sealing rings
To achieve 13 made of elastomer materials, which form static seals against the housing 1 and the shaft sleeve 6, this condensate preferably has a temperature below 800C.
The pressure level in the annular chamber 12 is for all operating states of the pump, i.e. depending on the pressure level in the suction chamber of the pump, kept at a value above this pressure level, which ensures a sufficient flow of the blocking agent from the annular chamber 12 into the suction chamber of the pump.
The blocking agent is injected both during operation and when the pump is at a standstill, for which purpose corresponding auxiliary pumps, not shown, are provided, if appropriate.
If the labyrinths 14 and 15, which is not shown, are designed as a delivery thread, part of the necessary sealing or injection pressure can be applied by these threads during operation: this means that lower injection pressures and thus smaller amounts of sealing water are required when the machine is idle.