DE2011852C3 - Hochtemperatur-Flüssigkeitsumwälzpumpe mit vertikaler Welle - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Hochtemperatur-Flüssigkeitsumwälzpumpe mit vertikaler Welle gemäß dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1.

Eine derartige Umwälzpumpe ist aus einem Aufsatz »Umwälzpumpen in Primärkreis von Kernkraftanlagen« von DieterBornin »KSB Technische Berichte 12«, Seiten 37 bis 46, bekannt, wobei es sich um eine Spiralgehäusepumpe in Blockausführung handelt. Bei der bekannten Pumpe ist das, das untere Wellenende lagernde flüssigkeitsgeschmierte Wellenlager in dem das Pumpengehäuse oben abschließenden Hauptflansch angeordnet. Unterhalb des Hauptflansches ist eine die Welle umschließende, die Kühlvorrichtung zum Schutz des Lagers und der Wellendichtung bildende Wärmesperre angeordnet, die durch einen von einem Kühlwasserkanal durchzogenen Block gebildet ist. Der zwischen der Wärmesperre und der Welle vorhandene Spalt bildet die Vordichtung. Die oberhalb des Wellenlagers befindliche Wellendichtung mit begrenzter Leckrate ist in einem von der Oberseite des Hauptflansches nach oben ragenden, die Welle umgreifenden Hals angeordnet.

Die bekannte Pumpe arbeitet mit Sperrwasser, welches das Auslecken der Umwälzflüssigkeit durch die Wellendichtung verhindert. Von dem Sperrwasser, das ständig mittels einer Einspritzpumpe eingespritzt wird, strömt ein Teil durch das flüssigkeitsgeschmierte Wellenlager in die Umwälzflüssigkeit ein, wobei es gleichzeilig das flüssigkeitsgeschmierte Wellenlager kühlt und schmiert, und ein Teil des Sperrwassers leckt durch die Wellendichtung hindurch nach außen.

Die Verwendung von Sperrwasser erfordert jedoch eine Sperrwassereinspritzpumpe, die das Sperrwasser auf einem höheren Druck als dem Umwälzflüssigkeitsdruck hält, damit die Umwälzflüssigkeit nicht auslecken kann. Hierdurch ergeben sich im Fall eines Ausfalls der Sperrwassereinspritzpumpe Schwierigkeiten, da dann die eine hohe Temperatur aufweisende Umwälzflüssigkeit zum Wellenlager und zur Wellendichtung durchlecken kann und eine ausreichende Kühlung dieser Bauteile nicht mehr gewährleistet ist. Es ist daher bei einer Pumpe der eingangs genannien Art erstrebenswert, die Pumpe so zu gestalten, daß auf die Verwendung einer Sperrflüssigkeit verzichtet werden kann.

Eine weitere Umwälzpumpe der eingangs dargelegten Art, die jedoch nicht mit einer Sperrflüssigkeit arbeitet, ist aus einem Aufsatz »Nuclear plant maintenance calls (or ingenuity, shows need for thorough testing« von S. D. S t r a u ß in der Zeitschrift »POWER«, September 1967, bekannt. Bei dieser !Pumpe besteht die Wellendichtung aus drei hintereinandergeschalteten mechanischen Dichtungen, die jeweils einen Teil des vollen Systemdruckes abdichten. Die Drücke in den einzelnen, den Dichtungen zugeordneten Dichtungskammern werden durch eine äußere Druckaufteilung vorgegeben, was durch Einleiten von aus dem Saugstutzen der Pumpe entnommener Umwälzflüssigkeit durch hintereinandergeschaltete Drosseln in die Dichtungskammern geschieht, wobei diese abgezweigte Umwälzflüssigkeit vorher durch äußere Kühler hindurchgeleitet wird. Zum Schutz des Wellenlagers vor der heißen Umwälzflüssigkeit wird die Leckströmung durch die Vordichtung hindurch vor dem Lager abgezweigt und durch einen außerhalb der Pumpe angeordneten Kühler hindurchgeleitet und tritt anschließend oberhalb des Lagers wieder in das Pumpengehäuse ein, wo es mittels eines Hilfspumpenrades in zur Leckströmungsrichtung entgegengesetzter Ftichtung durch das Lager hindurchgepumpt wird. Bei dieser bekannten Pumpe bildet also die durch den äußeren Kühler geleitete Lecksvrömungsflüssigkeit nach dem Wiedereinleiten in das Pumpengehäuse selbst eine Flüssigkeitssperre, welche den Zutritt der heißen Leckströmung zum Wellenlager verhindert.

Bei dieser bekannten Pumpe hängt die Betriebssicherheit vom einwandfreien Arbeiten des Hilfspumpenrades ab, denn bei einem Ausfall desselben kann die heiße, durch die Vordichtung durchleckende Umwälzflüssigkeit ungehindert in das Wellenlager einströmen und zur Wellendichtung gelangen, wodurch die schnelle Zerstörung dieser Bauteile herbeigeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochtemperatur-Flüssigkeitsumwälzpumpe nach dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1 einfacher, kompakter und betriebssicherer als die bekannten Pumpen auszubilden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird die durch die Vordichtung hindurchleckende Umwälzflüssigkeit im Leckströmungskühler gekühlt und sodann zur Schmierung des flüssigkeiisgekühiten Lagers verwendet. Beim Erreichen des Wellenlagers und der Wellendichtung ist diese Leckströmung bereits so stark ab-

gekühlt worden, daß ihre Temperatur keine schädlichen Einwirkungen mehr auf diese Bauteile ausüben kann. Die Anordnung des Wellenlagers und der Wellendichtung in einem vom Hauptflansch abwärts in das Pumpengehäuse hineinragenden, von einem strömungsmittelgekühlten Wärmeschutzmantel umschlossenen Hals gestattet die Anordnung aller dieser Bauteile unterhalb des Hauptflansches im Pumpengehäuse und somit eine sehr kurze Baulänge der gesamten Pumpe.

Die Erfindung bringt also den technischen Fortschri't, daß, da die zur Schmierung des Wellenlagers herangezogene, zuvor gekühlte Leckströmung stets auf Grund des Systemdruckes aufrechterhalten wird und kein durch Sperrflüssigkeit oder gekühlte Leckflüssigkeit gebildeter, der Leckströmung entlang der Welle entgegengerichteter Gegenstrom zur Schmierung des Lagers und zum Abhalten heißer Leckflüssigkeit durch das Lager hindurchgepumpt zu werden braucht, die Notwendigkeit einer Hilfspumpeinrichtung nebst der dafür erforderlichen Antriebsenergie entfalten und eine einfachere und zugleich eine größere Betriebssicherheit aufweisende Anordnung erzielt wird und daß außerdem auf Grund der genannten räumlichen Anordnung der Pumpenbauteil eine kompaktere Konstruktion erzielt wird.

Gemäß der im vorstehenden Patentanspruch 2 beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des Wärmeschutzmantels bildet dieser gleichzeitig die Kühlmittelzu- und -ableitung für den Leckströmungskühler.

Das erste Teilmerkmal dieses vorstehenden Anspruchs 2, nämlich die Ausbildung des Wärmeschutzmantels aus konzentrischen, zwischen sich Ringräume bildenden Büchsen ist an sich bereits aus der US-PS 23 81 777 bekannt, wo eine durch derartige konzentrische Büchsen gebildete Kühlanordnung zum Schutz des Wellenlagers eines Gebläses für heißes Strömungsmittel beschrieben ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Umwälzpumpe nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den in dieser Pumpe enthaltenen Wärmeschutzmantel entiang der Linie H-II in F i g. !,und

F i g. 3 und 4 jeweils vereinfacht eine Draufsicht und eine Seitenansicht des Pumpengehäuses.

Die in Fig. 1 dargestellte Hochtemperatur-Flüssigkeitsumwälzpumpe 10 weist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 11 mit einem radialen Auslaßstutzen 12 nahe des oberen Gehäuseendes und mit einem Ansaugstutzen 13 am unteren Gehäuseende sowie einem das Gehäuse oben abschließenden Hauptflansch 14 auf. An diesem Hauptflansch ist ein zylindrischer, abwärts in das Gehäuseinnere hineinragender Hals 15 angeordnet, durch welchen die Pumpenwelle 16 hindurchverläuft. Am unteren Wellenende ist ein Laufrad 17 mittels einer Laufradmutter 18 und einer Schraube 19 befestigt.

Die Pumpenwelle wird von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben, der auf einem mittels Schrauben 22 auf dem Hauptflansch 14 befestigten Tragrahmen 21 angeordnet ist. Eine Kupplung 23 verbindet die Motorwelle mit der Pumpenwelle 16. Der ! iaupiflansch 14 ist mittels Schrauben 24 am oberen Ende des Gehäuses 11 befestigt. Innerhalb des Pumpengehäuses befinden sich ein das Laufrad 17 umschließender Ring 40, ein sich vom Laufrad aus nach oben erstreckender Diffusor 43 und ein diesen mit dem Auslaßstutzen 12 verbindender Diffusor 43.

Gemäß F i g. 1 ist am unteren Ende des Halses 15 s mittels Schrauben 26 ein das untere Ende der Welle 16 lagerndes Radiallager 23 befestigt. Dieses Lager besteht aus einer auf die Welle 16 aufgepreßten Büchse 27, einer Lagerschale 28 und einem diese umgreifenden Lagergehäuse 29.

ίο Oberhalb des Lagers 25 sind zwischen dem Hals 15 und der Welle 16 Druckabbauringe 31 angeordnet. Oberhalb dieser Druckabbauringe sind im Hauptflansch 14 Wellendichtungen mit gesteuerter Leckströmungsrate eingesetzt und werden von einem Dichtungsgehäuse 32 in ihrer Stellung gehalten, das mittels Schrauben 33 oben am Hauptflansch 14 befestigt ist. Am Dichtungsgehäuse 32 ist mittels Schrauben 35 ein Dampfdichtungsgehäuse 34 befestigt, welches einen mittels Schrauben 37 aufgeschraubten Deckel 36 aufweist. An dem Dichtungsgehäuse 32 ist zur Abführung der Leckströmung ein Rohrstutzen 39 mit einem Anschlußflansch 38 angeordnet. In gleicher Weise weist das Dampfdichtungsgehäuse 34 zur Leckströmungsabführung einen Rohrstutzen 42 mit einem Anschlußflansch 41 auf. Die ausgeleckte Umwälzflüssigkeit wird in an sich bekannter Weise wieder dem Umwälzflüssigkeitskreislauf zugeführt.

Zum Schutz des Lagers 25 und der Wellendichtungen vor der hohen Umwälzflüssigkeitstemperatur ist der Hals 15 mit dem Lager 25 von einem zylindrischen Wärmeschutzmantel 45 umschlossen und zwischen dem Laufrad 17 und dem Lager 25 ist ein Leckströmungskühler 46 angeordnet.

Der zylindrische Wärmeschutzmantel 45 weist eine seine Innenwand bildende Büchse 47 und eine dazu konzentrische, seine Außenwand bildende Büchse 48 auf, die mit ihren oberen Enden an einem Flansch 49 befestigt sind. Dieser Flansch 49 ist zwischen dem Hauptflansch 14 und dem Gehäuse il eingespannt. Das untere Ende der Büchse 47 ist durch eine Bodenplatte 51 abgeschlossen, durch welche die Welle 16 hindurch verläuft. In der Bodenplatte 51 ist eine die Welle 16 umschließende, als Vordichtung dienende Labyrinthdichtung 52 angeordnet. Die äußere Büchse 48 verläuft bis zu einem an der inneren Büchse gebildeten Flansch 53, an welchem der Diffusor 43 befestigt ist. Der Umlenkkrümmer 44 weist nach oben ragende Tragrippen 54 und 55 auf, die mittels Schrauben 56 am Flansch 49 befestigt sind.

Zum Hindurchleiten von Kühlflüssigkeit, beispielsweise Kühlwasser, durch den Wärmeschutzmantel 45 und den Leckströmungskühler 46 sind im Flansch 49 Strömungskanäle 57 und 58 gebildet, die mit in F i g. 2 sichtbaren, im Querschnitt halbzylindrischen Rohren 60 und 70 in Verbindung stehen. Diese Rohre 60, 70 verlaufen durch den Ringraum zwischen den Büchsen 47 und 48 des Wärmeschutzmantels hindurch und das Rohr 60 steht durch eine öffnung 76 im Flansch 53 mit einer Kammer 75 in Verbindung, während das Rohr 70 durch eine öffnung 78 im Flansch 53 mit einer Kammer 77 in Verbindung steht. Die Kammer 75 ist von einem Mantel 79 umschlossen, der mit dem Flansch 53 und der Bodenplatte 51 verschweißt ist, und die Kammer 77 ist in gleicher Weise von einem Mantel 81 umschlossen. In der Zeichnung nicht dargestellte Trennwände trennen die Kammern 75 und 77 voneinander.

Mit den Strömungskanälen 57 und 58 im Flansch 49 sind Kühlmittelzu- und -ableitungsrohre 59 und 61 ver-

bunden.

Der Leckströmungskühler 46 enthält mehrere Kühlschlangen 65, die zwischen der Bodenplatte 51 des Wärmeschutzmantels und einer Deckplatte 66, die mittels Schrauben 67 an der Bodenplatte 51 befestigt ist, um die Welle 16 herum verlaufen und mit den Kammern 75 und 77 in Strömungsverbindung stehen. Das Kühlmittel strömt also aus der Kammer 75 durch die Kühlschlangen 65 in die Kammer 77, von wo aus es durch die Rohre 70 und 61 abfließt.

Ein Teil der vom Laufrad 17 geförderten Umwälzflüssigkeit gelangt durch öffnungen 82 in der äußeren Büchse 48 des Wärmeschutzmantels 45 in diesen hinein. Der Wärmeschutzmantel ist folglich mit Umwälzflüssigkeit gefüllt, die durch die in den Rohren 60 und 70 fließende Kühlmittelströmung etwas gekühlt wird.

Zur Verbesserung der Wirkung des Wärmeschutzmantels 45 ist zwischen der inneren Büchse 47 und der äußeren Büchse 48 eine Mehrzahl konzentrischer Büchsen 62 angeordnet. Gemäß F i g. 2 werden diese Büchsen 62 mittels Distanzscheiben bzw. Muttern 63, die auf durch die äußere Büchse 48 hindurchragendet und in die innere Büchse 47 eingeschraubten Schrauber 64 angeordnet sind, in bestimmten Radialabstand von einander gehalten. Die Büchsen 62 unterteilen die sich innerhalb des Wärmeschutzmantels befindliche Flüssig keit in getrennte Radialschichten.

Gemäß F i g. 1 sind im Laufrad 17 verhältnismäßig kleine öffnungen 71 und 72 gebildet, durch welche Umwälzflüssigkeit in eine Kammer 73 oberhalb des Laufrades eintritt. Außerdem ist zwischen der Deckplatte 66 des Leckströmungskühlers und der Welle 16 ein Ringspalt 74 gebildet. Dadurch leckt eine geringe Menge der vom Laufrad 17 geförderten Umwälzflüssigkeit durch die Vordichtung 52 und den Leckströmungskühler 46 hindurch in die Umgebung des Lagers 25. Diese das Lager 25 erreichende Leckflüssigkeit ist beim Durchströmen des Leckströmungskühlers 46 abgekühlt worden und das Lager und die Wellendichtungen sind folglich vor der hohen Temperatur der durch die Pumpe hindurch geförderten Umwälzflüssigkeit geschützt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hochtemperatur-Flüssigkeitsumwälzpumpe mit vertikaler Welle und einem am unteren Wellen- _<> ende angeordneten Laufrad, weiter mit einem das Pumpengehäuse oben abschließenden Hauptflansch, einem den unteren Wellenteil lagernden flüssigkeitsgeschmierten Wellenlager und einer oberhalb des Wellenlagers angeordneten Wellendichtung mit begrenzter Leckrate, ferner mit einer unterhalb des Lagers angeordneten Vordichtung und einer Kühlvorrichtung zum Schuiz des Lagers und der Wellendichtung vor der hohen Umwälzflüssigkeitstemperatur, dadurch gekennzeichnet daß das Lager (25) in einem vom Hauptflansch (14) abwärts in das Pumpengehäuse hineinragenden, die Welle (16) und die Wellendichtung (31) umgreifenden Hals (15) angeordnet ist, und daß die Kühlvorrichtung einen den Hals und das Lager umgebenden, slrömungsmiltelgekühlten Wiirmeschutzmantel (45) und einen, den vom .Wärmeschutzmantel umschlossenen Raum nach unten abschließenden, die Welle zwischen dem von der Umwälzflüssigkeitsleckströmung geschmierten Wellenlager und der Vordichtung (52) unmittelbar umgebenden, aus mindestens einer Kühlschlange (65) gebildeten Leckströmungskühler (46) zur Kühlung der Umwälzflüssigkeitsleckströmung vor dem Erreichen des Lagers und der Wellendichtung aufweist.

2. Umwälzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeschutzmantel (45) durch mindestens drei konzentrische, zwischen sich Ringräume bildende Büchsen (47,48,62) gebildet ist und daß die Ringräume die Kühlmittelzu- und -ableitungskanal für den Leckströmungskühler (46) enthalten.