DE1942762A1 - Verfahren zur Druckwasserversorgung hydrostatischer Radiallager in Kreiselpumpen vertikaler Bauart - Google Patents

Description

Klein, Schanzlin & Becker Aktiengesellschaft

Verfahren zur Druckwasserversorgung hydrostatischer Radiallager in Kreiselpumpen vertikaler Bauart

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherstellung der Druckwasserversorgung hydrostatischer Radiallager von heisses Wasser umwälzenden bzw.kaltes Wasser fördernden " Kreiselpumpen vertikaler Bauart, insbesondere Umwälzpumpen in Primärkreisläufen von Kernkraftwerken.

Bei vertikalen Pumpen grösserer Leistung der genannten Art ist der Abstand zwischen Laufrad und antriebsseitigem Wellenabdichtungsende sehr gross, was bedingt ist entweder durch die lange Bauart der Wellenabdichtung bei hohen Systemdrücken oder durch den konstruktiven Aufbau bei Anwendung von Propelleroder halbaxialen Pumpenstufen mit nachgeschaltetem axial verlaufendem Leitrad oder Diffusor.

Nach diesem Konstruktionsprinzip werden zylindrische Pumpengehäuse mit axialem Saugstutzen und radialem Druckstutzen oder radialem Saugstutzen und axial nach unten gerichtetem Druck stutzen gebaut. Das Leitrad oder der Diffusor kann dabei in das zylindrische Pumpengehäuse einmontiert oder ein Teil des Gehäuses selbst sein. Aus diesen Gründen kann das Laufrad, nicht mehr fliegend gelagert werden. Vielmehr ist ein von

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der Förderflüssigkeit geschmiertes Radiallager in unmittelbarer Laufradnähe erforderlich, weil sie sowohl nach dem hydrodynamischen als auch nach dem hydrostatischen Prinzip gebaut werden.

Bei Förderung von Heisswasaer und Anwendung von Propelleroder halbaxialen Pumpenstufen muss ein umfangreicher Kühlaufwand beim Einsatz eines hydrodynamischen, kaltwassergeschmierten Radiallagers getrieben werden, da das Lagertragrohr von Heisswasser umspült wird. Dabei ist bekannt, dass in das gekühlte Lagertragrohr die Wellenabdichtung in unmittelbarer Lagernähe untergebracht werden kann.

Bei Verwendung eines hydrostatischen Radiallagers kann auch heisses Fördermedium zur Druckwasserversorgung des Lagers benutzt werden, der Kühlaufwand entfällt.

Bei spezifisch sehneHäufigen Pumpenstufen ist die Entspannung des Lagerdruckwassers bei Versorgung durch die von der Pumpe erzeugten Druckdifferenz nicht so ohne weiteres möglich. Es besteht die Forderung nach einfacher Ausbaumöglichkeit des Lagers bei flüssigkeitsgefülltem, drucklosem Pumpengehäuse (z.B. bei Reaktorpumpen). Aus diesem Grund kann man bei axialem Saug-und radialem Druckstutzen am Pumpengehäuse das Lager nicht auf der Zulaufseite des Laufrades unterbringen, es muss zwischen Laufrad und Wellenabdichtung untergebracht werden. Dies erfordert eine besondere

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Anordnung der Strömungsführung am hydrostatischen Lager. Bei einer Lagerdruckwasserversorgung durch die Druckerhöhung der Hauptpumpe besteht die Gefahr, dass beim Überlastbetrieb der Pumpe mit abnehmender Pumpenförderhöhe die Tragkraft des Lagers zu gering wird. Die gleiche Gefahr besteht, wenn die Pumpe durch zu geringen Zulaufdruck mit Kavitation betrieben wird. Das hydrostatische Lager müsste dabei mit sehr grossen Abmessungen gebaut werden, wobei für Lagerinspektionen ein grösserer Demontageaufwand (Abbau des Gehäusedeckels) in Kauf genommen werden muss.

Es ist bekannt, durch kleine, ausserhalb der Hauptpumpe angeordnete Pumpenaggregate die Lagerdruckwasserversorgung vorzunehmen. Aus Sicherheitsgründen (insbesondere bei Reaktorpumpen) muss dabei jedoch zu dem ohnehin grossen Aufwand zusätzlich eine Reservepumpe und ein Druckwassertank vorgesehen werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile und Sicherstellung eines Versorgungskreislaufes, der zumindest für den Datierbetrieb der Pumpe ohne externe Zusatzaggregate arbeiten kann. Dies wird erzielt durch ein Verfahren zur Sicherstellung der Druckwasserversorgung hydrostatischer Radial lager von heisses Wasser umwälzenden bzw.kaltes Wasser fördernden Kreiselpumpen vertikaler Bauart, insbesondere Umwälzpumpen in Primärkreisläufen von Kernkraftwerken, bei welchem das Lagerdruckwasser vom Pumpendruckstutzen über eine

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absperrbare Leitung in den von einem Lagertragrohr umgebenen Raum zwischen Lager und Wellenabdichtung eingeleitet wird, wobei eine entsprechend angeordnete Hilfsfördereinrichtung, bestehend aus an sich bekannten Fördergewindeschnecken, vom Pumpendruckstutzen die Hälfte der nötigen Lagerversorgungsstrommenge entnimmt und von oben nach unten fördert, die andere Hälfte der benötigten Lagerdruckwassermenge dem ψ oberen Ende des Lagers entnimmt und von unten nach oben fördert, derart, dass sich beide Hälften der benötigten Lagerdruckwassermenge zu einem Gesamtdruckwasserstrom vereinigen.

Durch das Verfahren nach der Erfindung wird erreicht, dass auf beiden Seiten (oben und unten) des hydrostatischen Lagers in etwa gleiche Druckverhältnisse herrschen, dass der Axialschub der Fördereinrichtung ausgeglichen ist und an der Wellenabdichtung kein grösserer Druck herrscht als der Systemdruck am Pumpendruckstutzen. Durch eine unterhalb des Lagers angeordnete Stillstandsdichtung und durch den Einbau eines Absperrorgans in der Leitung zwischen Pumpendruckstutzen und Fördereinrichtung kann durch Absenken der Pumpenwelle und Schliessen der Armatur erreicht werden, dass die Wellenabdichtung die Fördereinrichtung und das hydrostatische Lager bei gefülltem und annähernd drucklosem Pumpengehäuse demontiert werden kann.

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Die Abbildung veranschaulicht das Verfahren zur Sicherstellung der Lagerdruckwasserversorgung nach der Erfindung. Auf der Umwälzpumpenwelle 1 ist oberhalb des Laufrades 2 der rotierende Teil des hydrostatischen Radiallagers 3 und die untere und obere rotierende Fördergewindehälfte k und angeordnet. Die stehende Lagerhülse 6 und die stehenden Hälften 7 und 8 der Fördereinrichtung sind im Lagertragrohr untergebracht. Das Lagertragrohr ragt vom Gehäusedeckel 10, der durch Kühlkammern 11 in bekannter Weise als Wärmesperre ausgebildet ist, nach unten in das zylindrische Pumpengehäuse. Das Lagertragrohr ist von einem Mantelrohr 26 umgeben, das ebenfalls am Deckel 10 befestigt ist. Dadurch wird ein Zulaufspalt 12 von einer Ringkammer 13 zur oberen Saugseite der Fördereinrichtung gebildet, der über die Rohrleitung Ik mit dem Pumpendruckstutzen 15 in Verbindung steht.

Durch das Lagertragrohr und das Mantelrohr wird ein zweiter Strömungekanal 16 gebildet, in den der Gesamtstrom aus der unteren und oberen Fördereinrichtungshälfte fliesst. Das Lagerdruckwasser gelangt von den Fördereinrichtungshälften über den Ringspalt 17 und die Bohrungen 18 in den Strömungskanal l6.

Die untere Fördereinrichtung erhält die Umwälzmenge von der in der oberen Hälfte des hydrostatischen Lagers entspannten Druckwassermeng· über den Zwischenraum 19·

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Bei der gewählten Anordnung steht dem hydrostatischen Lager die volle Druckwassermenge zur Verfügung, sie wird von der Fördereinrichtung auf ein entsprechendes Druckniveau über dem Pumpenenddruck gebracht. Vom Hauptpumpenstrom braucht jedoch .nur die halbe Lagerdruckwassermenge abgezweigt werden, die dem Gesamtlagerstrom überlagert wird und zwischen dem Laufrad und dem Leitrad 20 dem Hauptpumpenstrom wieder zufliesst. Dadurch können die inneren Strömungsverluste der Hauptpumpe verkleinert werden.

Grundsätzlich kann die beschriebene Anordnung auch für lange Pumpenwellen mit zwei hydrostatischen Lagern angewendet werden. Die Fördereinrichtung ist dann zwischen den beiden Lagern untergebracht. Diese Anordnung wäre z.B . bei reaktor internen Pumpen möglich. Ein eigenes Pumpengehäuse ist hierbei nicht erforderlich.

Zwischen Lager und Laufrad ist die Stillstandsdichtung 21 angeordnet. Durch Absenken der Welle werden die Dichtflächen zum Kontakt gebracht. Durch Schliessen eines Absperrorgans 22 in der Rohrleitung zwischen Pumpen-Druckstutzen und der Ringkammer 13 wird die Verbindung mit der Dichtwirkung der Stillstandsdichtung der Innenraum des Lagertragrohres vom FlUssigkeitsvolumen des Pumpengehäuses abgetrennt. Eine Demontage von Lager, Fördergewinde und Wellenabdichtung ist möglich, ohne dass das Pumpengehäuse entleert werden muss*

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Zum Schutz der Wellenabdichtung gegen den heissen Lagerdruck wasüerstrom sind zwischen der Wellenabdichtung und der Ringkammer 13 Wärmedämmbleche 23 und die beschriebenen Kühlkammern 11 vorgesehen. Zwischen die Wellenabdichtung und die Kühlkammern wird kaltes Sperrwasser eingeleitet.

Zur zusätzlichen Sicherheit für den An-und Abfahrbetrieb» z.B. von Reaktorpumpen, kann in die Rohrleitung Ik ein Pumpenaggregat 2k eingesetzt werden, das bereits während des Hauptpumpenstillstandes die volle Lagerdruckwassermenge umwälzt. Für den Dauerbetriebsbereich der Hauptpumpe kann dieses Hilfsgerät ausser Betrieb gesetzt werden.

Bei verunreinigtem Hauptpumpenstrom kann in die Rohrleitung eine Reinigungseinrichtung 25 (z.B. Zyklonabscheider) eingebaut werden.

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Claims (2)

1. Ansprüche

   Verfahren zur Sicherstellung der Druckwasserversorgung für hydrostatische Radiallager von heisses Fasser umwälzenden bzw.kaltes Wasser fördernden Kreiselpumpen vertikaler Bauart, insbesondere Umwälzpumpen in Primärkreisläufen von Kernkraftwerken, dadurch gekennzeichnet, " dass das Lagerdruckwasser vom Pumpendruckstutzen über eine absperrbare Leitung in den von einem Lagertragrohr umgebenen Raum zwischen Lager und Wellenabdichtung eingeleitet wird, wobei eine entsprechend angeordnete Hilfsfördereinrichtung, bestehend aus an sich bekannten Fördergewindeschnecken, vom Pumpendruckstutzen die Hälfte der nötigen Lagerversorgungsstrommenge entnimmt und von oben nach unten fördert, die andere Hälfte der benötigten Lagerdruckwassermenge dem oberen Ende des Lagers entnimmt und von unten nach oben fördert, derart, dass sich beide Hälften, der benötigten Lagerdruckwassermenge zu einem Gesamtdruckwasserstrom vereinigen.

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2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Hilfsförderaggregat, bestehend aus zusammen mit einem Teil des hydrostatischen Radiallagers (3) mit^der Pumpenwelle (l) rotierenden Teilen (4,5) und zusammen mit einer Lagerhülse (6) in einem von einem Manteltragrohr (26) umgebenen Lagertragrohr (9) untergebrachten feststehenden Teilen (7»8), wobei Lagertragrohr und Mantelrohr an dem als Wärmesperre ausgebildeten Gehäusedeckel (lO) befestigt sind und sich nach unten in das
   zylindrische Pumpengehäuse erstrecken, derart, dass sich ein Zulaufspalt (l2) ergibt, der einerseits mit der oTjeren Saugseite des Hilfeförderaggregates und andererseits mit einer Ringkammer (13) und über diese und eine sperrbare
   Leitung (l4) mit dem Pumpendruckstutzen (15) in Verbindung steht, und des weiteren ein Strömungskanal (l6) gebildet wird, in den der Gesamtstrom aus den unteren und oberen Förderaggregatteilen über einen Ringspalt (17) und Bohrungen (l8) flieset.

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