DE2327542A1

DE2327542A1 - Pumpenaufbau

Info

Publication number: DE2327542A1
Application number: DE2327542A
Authority: DE
Inventors: Alan Stuart Lee
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1972-05-31
Filing date: 1973-05-30
Publication date: 1973-12-13
Also published as: FR2187034A5; NL7307561A; US3837762A; IT986393B

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm Reiche!'
Bipl-Ing. Wolfgang Beichel

6 Frankfurt a. M. 1
Parksiraße 13

7507

THE ENGLISH ELECTRIC COMPANY LIMITED, London, England

Pumpenaufbau

Die Erfindung betrifft Pumpenaufbauten.

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Pumpe zu schaffen, deren Ausläßanordnung einen kleineren Widerstand gegen normalen vorwärtsgerichteten Fluidfluß von der Pumpe als gegen Fluß in der entgegengesetzten Richtung aufweist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Pumpenaufbau eine Pumpe, eine Kammer, in die die Pumpe hineinpumpt, und wenigstens eine Auslaßleitung, die an ihrem einen Ende mit dem Inneren der Kammer in Kommunikation steht, und die Wand der Auslaßleitung bzw. die Wände der Auslaßleitungen besitzen an diesem Ende bzw. an diesen Enden Stromlinienform und ein Teil der Leitung oder der Leitungen, der von diesem jeweiligen Ende weggebogen ist, besitzt die Form eines Diffusere, dessen innerer Querschnitt allmählich mit wachsen-

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dem Abstand von dem Ende der Leitung anwächst.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Pumpe ein rotierendes Zentrifugalkreisel- oder -laufrad und einen ringförmigen axialen Diffusor oder Leitapparat, der an einem ersten Ende Fluid von dem Kreisel- oder Laufrad enthält und sich an einem zweiten Ende, das einen größeren ringförmigen Querschnittsbereich als das erste Ende besitzt* in die Kammer hinein öffnet.

Vorteilhafterweise bildet der Diffusor, dessen zweites Ende sich in die Kammer hinein öffnet, selbst einen Umfangswandabschnitt der Kammer„ in den Mnein sich sein zweites Ende peripherisch Öffnet, und die Auslaßleitung bzw. die Auslaßleitungen erstrecken sieh in der axialen Richtung des Diffusors in die Kammer hinein, wobei jeweils ihr eines Ende entgegengesetzt zu und wag von diesem zweiten Ende des Diffusors gerichtet ist, und.dabei fließt von der Pumpe abfließendes Fluid in einer axialen Richtung in dem Diffusor und in der Auslaßleitung bzw. Äüslaßleitungen, während es jedoch während des Fließens in der Kammer in der entgegengesetzten Richtung von dem Diffusor zu der Auslaßleitung bzw* den Auslaßleitungen fließt.

Eine Ausführungsform eines Pumpenaufbaus mit einer Auslaßanordnung gemäß der Erfindung wird nun zur Erläuterung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

In den Figuren zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht des Pumpenaufbaus teilweise im Schnitt und

Fig. 2 eine axiale Schnittansicht eines Teils des in Fig.1 gezeigten Pumpenaufbaus in einem vergrößerten Maßstab.

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Der in den Zeichnungen dargestellte und allgemein durch das Bezugszeichen 11 bezeichnete Pumpenaufbau ist zur Verwendung in Umwälzkreisläufen für geschmolzenes Natrium als primäres Reaktorkühlmittel z.B. in einem schnellen Reaktor für zivile Zwecke bestimmt, und er ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, vertikal aufgestellt, wobei sein oberes Ende in einer Öffnung in einem Reaktorsicherheitsbehälter 13 befestigt und abgedichtet ist, und er taucht mit seinem unteren Ende unterhalb des Flüssigkeitsniveaus 14 in ein Reservoir aus geschmolzen nem Natrium 15 ein, das in dem Gefäß 13 enthalten ist. An seinem oberen Ende enthält der Pumpenaufbau 11 einen elektrischen Motor 16 zum drehenden Antreiben einer Welle 17» an deren unterem Ende ein Kreisel- oder Laufrad 18 mit F1Ü-geln 19 vorgesehen ist. Die Drehung der Welle 17 und des Kreisel- oder Laufrades 18 treibt das geschmolzene Natrium vorwärts in einer ringförmigen Leitung 20, die durch feste Teile des Pumpenaufbaus bestimmt und mit festen Flügelblättern 21 und 22 versehen ist, zentrifugal nach außen an den Flügelblättern 22 vorbei. Die Leitung 20 liegt unterhalb des Flüssigkeitsniveaus 14 des Natriums 15 und wird so mit Natrium gefüllVgehalten, das in sie an den Flügelblättern 21 vorbei einströmt. Die Welle 17 wird nahe ihres unteren Endes durch ein Lager 23 gehalten, das mittels Verstrebungen 24 angebracht ist. Das Lager 23 kann, wie es gezeigt ist, ein hydrostatisches Lager sein, und in diesem Fall kann es, wie es gezeigt ist, mit geschmolzenem Natrium unter Druck durch eine Leitung 25 versorgt werden, durch die ein kleiner Anteil des Natriums in der Leitung 20 nahe der Flügelblät- · ter 22 abgezweigt und durch eine der Verstrebungen 24 an das Lager 23 geführt wird. Das Natrium fließt dann von dem Lager in den Raum 26, der das Lager und die Welle 17 umgibt, und dieser Raum ist in jedem Falle mit Natrium bis zu dem Flüssigkeitsniveau 14 aufgefüllt, da er durch die öffnungen 27 zu dem Natriumvorrat 15 offen ist. Das an den ^lügelblättern 22 vorbeigetriebene Natrium (abgesehen von dem für das Lager 23 abgezweigten Nebenstrom, der gerade beschrieben wor-

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den ist) strömt dann durch einen ringförmigen axialen Diffusor oder Leitapparat, der am äußeren Ende innere Wände 28 und 29 und feste Flügelblätter 30 aufweist, und das Natrium strömt in diesen Diffusor an einem ersten, oberen Ende desselben ein und wird von diesem an einem zweiten, tiefergelegenen. Ende, das einen größeren ringförmigen Querschnittsbereich aufweist, aus diesem entnommen.

Die in dem vorhergehenden Absatz beschriebene Pumpenanordnung ist bekannt, jedoch ist sie gemäß der Erfindung, wie unten beschrieben wird, mit. einer Kammer, in die sie hineinpumpt, und mit einer oder mehreren (wie es in den Zeichnungen dargestellt ist) Auslaßleitungen versehen, die mit dem Inneren der Kammer kommunizieren.

Diese Kammer, die durch das Bezugszeichen 31 bezeichnet ist, wird teilweise durch den Diffusor gebildet, der seinerseits selbst einen Umfangswandabschnitt derselben bildet, und sie ist an ihrem oberen Ende durch feste Teile des Pumpenaufbaus nahe des Kreisel- oder Laufrades 18 desselben geschlossen. An ihrem unteren Ende ist die Kammer 31 durch eine telle'r- oder schüsseiförmige Platte 32 geschlossen, die abgedichtet, z.B. durch Schweißen, an dem unteren Ende der äußeren Wand des Diffusors befestigt ist. Die Platte 32 besitzt Öffnungen, um abgedichtet gegen sie vier Auslaßleitungen 33 aufzunehmen, die sich in der axialen Richtung erstrecken und in die Kammer 31 nach oben ragen, wobei jeweils ein Ende 34 jeder Auslaßleitung mit dem Inneren der Kammer in Kommunikation steht. Die Wand, jeder dieser Auslaßleitungen besitzt an deren Ende Stromlinienform, so daß, wenn das Natrium von der Kammer 31 in die Leitungen 33 strömt, wenig oder gar keine Trennung des Fluidflusses von den Leiturigswänden auftritt. Ein Teil 35 jeder Leitung 33, der sich von dem Ende 34 derselben wegerstreckt, besitzt die Form eines Diffusors, der einen mit wachsendem Abstand von dem Ende 34 allmählich anwachsenden inneren Querschnittsbereich aufweist, wodurch wenig oder gar keine Turbulenz in das Natrium eingebracht wird, wenn es von dem

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Ende 34 einer Leitung 33 zu dem Teil mit größerem Durchmesser derselben unterhalb des Teiles 33 fließt.

Wie bereits beschrieben worden ist, ist der dargestellte Pumpenaufbau in einem Kernreaktor montiert dargestellt; und die Auslaßleitungen 33 würden das gepumpte flüssige Natrium von der Pumpe zu einer Spaltzone des Reaktors fördern, wo es an die Kernbrennelemente innerhalb der Spaltzone verteilt würde. Vier Leitungen 33 sind aus Sicherheitsgründen mit dem Pumpenaufbau verbunden, so daß im Falle eines Versagens oder Fehlers in einer der Leitungen ein verringerter, jedoch noch ausreichender Anteil des Ausflusses aus der Pumpe weiter die Brennstoffelemente erreicht. Es ist verständlich, daß bei anderen Anwendungen, bei denen derartige Sicherheitsbetrachtungen nicht angewendet werden müssen, ein Pumpenaufbau gemäß der Erfindung mit weniger Auslaßleitungen_s und vielleicht nur mit einer, vergehen werden kann.

Ein weiterer Gesichtspunkt ist, daß, wenn (wie im Falle eines Kernreaktors) eine Vielzahl von Pumpen in einem Fluidflußsystem parallel arbeiten, es dann gewöhnlich wünschenswert oder wesentlich ist, daß sogar ein völliges Versagen von einer der Pumpen nicht dazu führen sollte, daß das System als Ganzes einer so ernsten Verminderung unterworfen wird, daß die verbleibenden Pumpen daran gehindert werden, eine reduzierte, wenn auch noch ausreichende Versorgung für die beabsichtigte Bestimmung des gepumpten Fluids aufrechtzuerhalten; und die Auslaßvorrichtungen der Pumpe gemäß der Erfindung ermöglichen, daß dieses gewünschte Ziel erreicht wird, wie nun im folgenden erklärt wird. Beim normalen Betrieb des dargestellten Pumpenaufbaus tritt das durch das Kreiseloder Laufrad 18 geförderte Natrium in den Diffusor mit einer relativ hohen Geschwindigkeit ein und seine Geschwindigkeit wird verringert und ein Teil seiner kinetischen Energie wird, und zwar fast ohne Verluste, in Druckenergie umgewandelt, wenn es von dem oberen Ende des Diffusors zu dem unteren Ende

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desselben, das einen größeren ringförmigen Querschnittsbereich aufweist, strömt. Natrium in der Kammer 31 unter dem relativ hohen Druck, den es dort erhält, fließt in die Enden 34 der Auslaßleitungen 33» und wegen des relativ kleinen gesamten inneren Querschnittsbereichs der Leitungen 33 an ihren Enden 34 im Vergleich zu dem der Kammer 31, in der das Natrium zu diesen Enden hin fließt, ist die Durchflußgeschwindigkeit des Natriums in den Enden 34 der Leitungen re-. lativ hoch. Die Stromlinienform der Leitungswände an ihren Enden 34 stellt jedoch sicher, daß der Fluß im wesentlichen nicht turbulent wird und daß die Konversion der Druckenergie in kinetische Energie unter geringem Energieverlust durchgeführt wird. Die Tatsache, daß die Leitungsabschnitte 35 in •Form von Diffusoren vorliegen, sorgt dann für einen weichen Übergang wiederum unter vernachlässigbaren Energieverlusten von den Enden 34 zu den Hauptabschnitten der Leitungen 33, die weitere lichte Querschnitte besitzen, und in denen die kinetische Energie des fließenden Natriums wieder entsprechend kleiner ist. Im Falle des Versagens von einer der verschiedenen Pumpen 11, die parallel wirken, (oder gleichermaßen im Falle, daß die mit einer von verschiedenen derartigen Pumpen verbundene Kammer 31 Brüche oder Risse bekommt, so daß der Ausgangsstrom von der Pumpe durch Leck verloren geht) wird jedoch der Strom des Natriums in den Leitungen 33 : die mit dieser Pumpe und mit dieser Kammer 31 verbunden sind, aufgrund des Druckes von den Ausgangsleitungen der anderen Pumpen umgekehrt; und es 3,st aus Sicherheitsgründen wichtig, daß dieser umgekehrte Fluß minimalisiert werden sollte, so daß sich kein ernsthaftes Leck der Ausgangsströme von den anderen Pumpen bilden sollte. Zufriedenstellende Minimalisierung eines derartigen umgekehrten Flusses wird in der Tat durch die obenbeschriebene Anordnung erreicht, da sich die in die Kammer 31 hinein öffnenden Diffusorabschnitte 35 und Enden 34 der Leitungen 33 einen viel größeren Widerstand gegen Fluß in der umgekehrten Richtung darstellen als gegen den Fluß in der Vorwärtsrichtung. Das ist der Fall, weil sich die

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Enden 34 der Leitungen 33 für Fluß in der umgekehrten Richtung plötzlich in den viel größeren Querschnittsbereich der Kammer '31 öffnen und der umgekehrte Fluß turbulent wird und hohe Energiedissipation, d.h. Energieverlust, aufweist. Auf diese Weise werden hohe Durchflußgeschwindigkeiten in der umgekehrten Richtung verhindert, und die mögliche Umleitung aufgrund von Leckage der Ausgangsströme von den anderen Pumpen wird beschränkt. Der beschriebene Aufbau wirkt in der Tat wie eine Fluid-Diode.

Das Vorsehen der Kammer 31 zwischen der Pumpe und den Leitungen 33 liefert einen weiteren Vorteil verschiedener Art. Es ist gut bekannt, daß akustische Wellen mit geringer Dämpfung entlang eines Fluids in einer Leitung mit konstantem oder nur leicht variierendem Querschnitt durchgelassen werden, und dies kann in einem Reaktorkühlsystem zu einem Geräusch führen (einschließlich Hochfrequenzgeräuschen), das in einer Pumpe des Systems erzeugt wird und in anderen Teilen des Reaktors Schwingungen erzeugt, die gefährlich sein könnten oder die Bedienungsgeräte des Reaktors beeinträchtigen könnten. Z.B. wird ein Verfahren zum Nachweis fehlerhafter Brennstoffelemente mittels Hydrophonen, d.h. Unterwasser-Horchgeräten, in den Brennstoffkanälen durchgeführt, die das Geräusch vom Kochen des Natriumkühlmittels in der Nachbarschaft eines gebrochenen Brennstoffelementbehälters nachweisen. Ein derartiges Kochen erzeugt bekannterweise ein Geräusch, das bei hohen Frequenzen in der Größenordnung von 100 kHz am stärksten wirkt, und Geräusche mit ähnlichen Frequenzen können ebenfalls durch Hohlraum- oder Blasenbildung in einer Pumpe erzeugt werden. Es ist daher* wichtig, daß derartige Hochfrequenzgeräusche, die in der Pumpeneinheit 11 erzeugt werden, gedämpft werden, bevor sie die Brennstoffkanäle erreichen, zu denen sie andererseits durch die Leitungen 33 übertragen werden würden. In dem dargestellten Aufbau bewirken die Kammer 31 mit ihrem größeren Querschnitt als dem des Diffusors, der durch die Wände 28 und 29 gebildet wird, und

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dem der Leitungsenden 34- und die Tatsache, daß die Leitungsenden 34 von dem Ende der Diffusoröffnung weggerichtet und
in die Kammer 31 hxneingerichtet sind, daß akustische Wellen in dem Natrium nur nach mehrfacher Reflektion, bei der Dämpfung eintritt, an die Leitungen 33 übertragen werden können. Auch die beschränkten Querschnitte der Leitungsenden 33
schränken das Eintreten von über Natrium übertragene akustische Wellen in das Natrium in den Leitungen 33 stark ein. Auf diese Weise findet eine Dämpfung des über Natrium übertragenen Geräusches, einschließlich des Hochfrequenzgeräusches, zwischen der Pumpe und den Leitungen 33 statt.

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Claims

Patentansprüche

My Pumpenaufbau,

dadurch gekennzeichnet, daß er eine Kammer (31)» in die eine Pumpe (11) hinein pumpt, und wenigstens eine Auslaßleitung (33)- enthält, die an ihrem einen Ende bzw. Enden (34) mit dem Inneren der Kammer (31) in Kommunikation steht, und daß die Wand der Auslaßleitung bzw. die Wände der Auslaßleitungen (33) an diesem Ende bzw. an diesen Enden (34·) Stromlinienform besitzen und daß ein Teil der Leitung bzw. der Leitungen, der von diesem Ende weggebogen ist, die Form eines Diffusors besitzt, dessen innerer Querschnitt allmählich mit wachsendem Abstand von dem Ende (34) der Leitung anwächst.
2. Pumpenaufbau nach Anspruch 1,
dadurch geke. η η zeichnet, daß die Pumpe (11) ein rotierendes Zentrifugalkreiseloder -laufrad (18) und einen ringförmigen axialen Diffusor oder Leitapparat enthält, der an einem ersten Ende Fluid von dem Kreisel- oder Laufrad erhält und sich an einem zweiten Ende, das einen größeren ringförmigen Querschnittsbereich als das erste Ende besitzt, in die Kammer (31) hinein öffnet.
3. Pumpenaufbau, nach Anspruch 2,
dadu.rch gekennzeichnet, daß von der Pumpe (11) abfließendes Fluid in einer axialen Richtung in dem Diffusor und in der Auslaßleitung bzw. Auslaßleitungen fließt, jedoch während des Fließens in der Kammer (31) in der entgegengesetzten Richtung von dem Diffusor zu der Auslaßleitung bzw. den Auslaßleitungen (33) fließt. .

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4. Pumpenaufbau nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende des ringförmigen Diffusors einen Umfangswandabschnitt der Kammer (31) bildet, in den hinein sich sein zweites Ende peripherisch öffnet, und daß sich die Auslaßleitung bzw. die Auslaßleitungen (33) in die Kammer (31) hinein in der axialen Richtung des Diffusors erstrecken, wobei jeweils ihr eines Ende (34) entgegengesetzt zu und weg von diesem zweiten Ende des Diffusors gerichtet ist.
5. Pumpenaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (11) über der Kammer (31) angeordnet ist und daß sich die Auslaßleitung bzw. die Auslaßleitungen (33) von der lammer (31) nach unten erstrecken und daß sich das eine Ende (34) nach oben in die Kammer (31) hinein erstreckt.
6. Pumpenaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ' daß vier Aus laß leitungen (33) mit dem Inneren der Kammer (31) in Kommunikation stehen.
7. Pumpenaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte innere Querschnittsbereich der Auslaßleitungen (33) im Vergleich zu dem inneren Querschnittsbereich der Kammer (31) klein ist und daß sich das eine Ende (34) der einen bzw. der Auslaßleitungen (33) plötzlich in den viel größeren Querschnittsbereich der Kammer (31) öffnet, so daß die Anordnung der Auslaßleitungen und der Kammer als eine Fluid-Diode wirkt.

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