DE2600505B2

DE2600505B2 - Hydrostatische Wellenabdichtung

Info

Publication number: DE2600505B2
Application number: DE2600505A
Authority: DE
Inventors: Karl 6711 Hessheim Gaffal
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1976-01-08
Filing date: 1976-01-08
Publication date: 1980-06-26
Also published as: GB1538981A; DE2600505C3; DE2600505A1; US4146238A; AT349279B; BR7700135A; ATA967276A; IN145981B

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung für Reaktorkühlmittelpumpen mit einem mit der vertikalen Pumpenwelle in einem Dichtraum rotierenden, axial unverschieblich auf der Welle angeordneten Gleitring, mit einem am Pumpengehäuse drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordneten Gegenlaufring, zwischen deren Dichtflächen sich ein Leckflüssigkeitsspalt ergibt, mit einem von dem abzudichtenden Medium abgezweigten Zusatzkreislauf, iur den eine Hilfsfördereinrichtung vorgesehen ist, die Oaf. Medium von der Seite des wellenfesten Gleitringes her in ι jien die Dichtung umgebenden Dichtraum drückt, von wo es über eine Drossel, die vom axial verschieblichen Gegenlaufring und einem diesen umgebenden Teil gebildet ist, in einen Raum hinter dem axial verschiebbaren Gegenring und von diesem Raum zur HUfsfördereinrichtung zurückgeführt wird.

Bei einer solchen Gleitringdichtung wird die Entlastung dadurch bewirkt, daß infolge der Hilfsfördereinrichtung und der Drossel im Dichtraum und damit im Dichtspalt ein höherer Druck ansteht als der auf die Rückseite des axial verschieblichen Gleitringes wirkende Systemdruck. Die zur Erzielung dieser Wirkung nötigen Merkmale entsprechen denen bei Gleitringdichtungen nach der DE-OS 24 09 954, wonach in der Gleitfläche des mit der Welle umlaufenden Gleitringes Nuten angeordnet sind, wie sie bei hydrostatischen Gleitringdichtungen üblich sind und die eine zusätzliche Kühleinrichtung bzw. einen Kühlkreislauf besitzen.

Nachteiligerweise besitzen diese Ausführungen des Problem einer .zu starken Belastung der Gleitringdichtung bei niederem Systemdruck, unabhängig davon, ob die Gleitringe unter Mischreibung oder Bildung eines hydrostatisch gebildeten Gleitflächenspaltes arbeiten, wobei eine recht aufwendige Einrichtung zur Druckentlastung vorgesehen ist in Form eines auf eine Leitapparatur wirkenden Differenzdruckes und damit einer durch diese Leitapparatur gebildeten Drossel.

Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung dieses Nachteils und daher die Schaffung einer Druckentlastung der Gleitringdichtung bei konstruktiver Vereinfachung, wobei die Lösung bei einer Gleitringdichtung der eingangs genannten Art darin besteht, daß die Drossel von einem den Gleitring mit geringem Abstand umgebenden gehäusefesten Teil gebildet ist

In bezug auf die Druckentlastung der Gleitringdichtung nach der DE-OS 24 09 954 besteht ein konstruktiver Unterschied beim Erfindungsgegenstand somit darin, daß der Drosselspalt nicht mehr durch eine axial verscbiebliche Leitapparatur, sondern durch einen gehäusefesten Teil gebildet wird. Bei bei der bekannten Ausführung die Druckentlastung lediglich auf die Wirkung des Differenzdruckes auf die Leitapyaratur zurückgeführt wird, ist durch das Fortlassen derselben beim Erfindungsgegenstand, d. h. im Ersatz der durch die Leitapparatur gebildeten Drossel durch eine solche, bei der die Drossel zwischen dem axial verschiebbaren Gleitring und dem gehäusefesten Teil gebildet wird, eine konstruktive Vereinfachung unter Beibehaltung der Druckentlastung erzielt worden.

Die F i g. 1 bis 3 zeigen Aufbau und Wirkung der hydrostatischen Wellenabdichtung nach der Erfindung, deren Dichtungsringpaar, bestehend aus dem mit der Pumpenwelle rotierenden Ring 1 und dem über seinen, ihn mit geringerem Abstand umgebenden gehäusefesten Teil 2' am Gehäuse feststehenden Ring 2, mit ihren außerhalb der Sekundärdichtekmente 3 und dem Dichtspalt 4 befindlichen Oberfläche frei im Dichtungsraum 5 angeordnet ist Ober dieser Oberfläche herrscht praktisch das gleiche Druckniveau. Das abzudichtende Medium wird der Bxhtungskammer 5 zugeführt und durch den Dichtspalt 4 in den Niederdruckraum 6 des

Dichtungssystems entspannt

Die Hilfsfördereüirichtung 7 kann dabei an beliebiger Stelle des Zusatzkreislaufes angeordnet sein, z. B. auch als Teil des rotierenden Dichtringes 1 oder als Teil einer evtl. an der Pumpe vorhandenen anderen Fördermöglichkeit Die Strömungskanäle 9 können entweder auf kürzestem Weg die Räume 10 und U verbinden, sie können aber auch, falls erwünscht über eine zusätzliche Kammer 12 führen, die dann als Speicherraum dient, um vom System herrührende Temperaturtransienten für den Dichtungsbereich abzudämpfen Das anlageseitige abzudichtende Medium kann der Wellenabdichtung sowohl im Raum 11 als auch im Raum 10 zugeführt werden.

Die Gesamtwirkungsweise ist folgende: Bei einer

hydrostatischen Wellenabdichtung stellt sich ein Arbeitsspalt 4 zwischen rotierendem und feststehendem Dichtring ein, dessen Weite über einen großen Betriebsbereich annähernd konstant ist Bei Reaktorkühlmittelpumpen ist die Pumpenwelle vertikal und der stehende Dichtring 2 obenliegend oder untenliegend angeordnet Beim Fahrbetrieb mit niederen Systemdrücken und auftretenden Drucktransienten kann daher das Ringgewicht einschließlich der Federkräfte oder nur die Federkräfte allein die öffnenden Dichtspaltkräfte übersteigen, so daß ein Berühren der Dichtringe erfolgt. Durch die Fördereinrichtung 7 wird das abzudichtende Medium in dem Zusatzkreislauf, gebildet aus Dichtungskammer 5, Drossel 8, Raum 10, Strömungskanälen 9, Raum 12 und 11 und Fördereinrichtung 7, umgewälzt Durch die Drossel 8 entsteht zwischen den Räumen 5 und 10 eine Druckdifferenz, wobei der Druck im Raum 10 kleiner als irn Raum 5 ist. Der geringere Druck im Raum 5 reicht bis an das Sekundärdichtelement 3 des stehenden Ringes 2. Im Dichtspalt 4 herrscht

h"' am Außendurchmesser der Druck des Raumes 5. Dieser Druck wird im Dichtspalt 4 auf den Druck des Raumes 6 reduziert. Es verbleibt aber zwischen dem Dichtungsspalt 4 und dem Raum 10 eine Druckdifferenz, welche

eine zusätzliche öffnende Kraftkomponente für den Dichtspalt 4 darstellt Da diese zusätzliche Kraftkomponente nur in geringem Umfang vom Systemdruck beeinflußt wird, bleibt sie Ober dem gesamten Betriebsdruckbereich nahezu konstant Diese zusätzliche Öffnungskraft kann durch die Wahl der Förderleistung der Hilfsfördereinrichtung 7 einerseits und der Ausführung der Drossel 8 andererseits einmalig optimiert werden. Ein weiterer Eingriff in das System ist nicht erforderlich,

. Da die natürliche resultierende öffaungskraft des Dichtspaltes 4 bei niederem Systemdruck gering und bei hohem Systemdruck entsprechend größer ist, wirkt sich die zusätzliche Öffnungskraft durch den Einsatz des Zusatzkreislaufes für die Anfahrentlastung nur, wie erwünscht, im Bereich niederen Systemdruckes stark aus, während der zusätzliche öffnimgseinfluß bei hohem Systemdnick relativ gering ist Die Auswirkung ist in F i g. 3 prinzipgemäß dargestellt

Zur Abdämpfung von Temperaturtransienten ist gemäß Fig.2 in die Strömungskanäle 9 ein unter dem gleichen Druck stehendes Pulvervolunien 12 zwischengeschaltet das beliebig innerhalb oder außerhalb des Dichtungsbereiches angeordnet sein kann. Dadurch könnten rasche, anlagenseitige Temperaturänderungen von der Wellenabdichtung ferngehalten werden, da der Umwälzstrom der Anfahrentlastung wesentlich größer ist als der Leckstrom der Wellenabdichtung.

Der Dichtring 1 in Fig. 1 und 2 ist nicht wie angenommen werden könnte, axial auf der Welle verschiebbar, sondern in axialer Richtung durch eine am Dichtring aufgeschraubte Scheibe zur Montagesicherung und Drehmomentübertragung (nicht dargestellt) fixiert Die den rotierenden Gleitring 1 tragende WellenschutzhQlse ist in axialer Richtung ebenfalls auf der Welle festgelegt Für die Betrachtung der hydrostatischen Dichtung ist die genannte Scheibe ohne Bedeutung, da durch die Wahl des Dichtdurchmessers am O-Ring 3 in Fig. 1 und des Innendurchmessers am Dichtring 1 und durch die Druckdifferenz in den Räumen 5 unj 6 und der entsprechenden Druckverteilung im Dichtspalt 4 der Dichtring 1 in axialer Richtung immer an den Bund der WellenschutzhQlse gedrückt wird.

Der Dichtring 1 ist also in axialer Richtung mit der Welle festgelegt und die axiale Einstellbewegung am Dichtspalt 4 wird nur vom Dichtrinj; 2 übernommen. Durch den beschriebenen Zusatzkreislauf Ober die Fördereinrichtung 7 und die Drossel 8 wird eine Druckdifferenz zwischen den Räumen 5 und 10 erzeugt Durch die Pumpwirkung *.'ϊγ Fördereinrichtung 7 ergibt sich ein dem Dichtungsleckstrom überlagerter Teilstrom Qo- Die Druckdiffereiiz zwischen Raum 5 und 10 ist demnach

1 + λ

Ad

wobei Qn = überlagerter Teilstrom, A = Querschnittsfläche der Drossel 8,L = Spaltlänge der Drossel 8, Ad= Durchmesserspiel an der Drossel 8, λ = Widerstandsziffer der Strömung in der Drossel 8.

Diese Druckdifferenz ist dem im Raum 5 wirkenden Systerodruck überlagert und von diesem unabhängig.

Am Eintritt in den Dichtspalt 4 herrscht der Druck des Raumes 5, welcher höher als im Raum 10 ist Der Druckabbau im Dichtspalt 4 erfolgt kontinuierlich über die gesamte radiale Erstreckung. Die Strömungs-, Spalt- und Druckverhältnisse im hydrostatischen Dichtspalt 4 können berechnet und in Diagrammform dargestellt werden.

Da die Druckdifferenz zwischen Raum 5 und 10 unabhängig vom Systemdruck konstant bleibt (es geht in obiger Gleichimg nur der überlagerte Teilstrom Qa ein, der durch die Fördereinrichtung 7 vorgegeben ist) und die radiale Druckverteilung im Dichtspalt 4 jedoch von der Höhe des Systemdruckes und damit von der Druckdifferenz zwischen Raum 5 und 6 abhängt ist klar, daß zwischen Dichtspalt 4 und Raum 10 eine Druckdifferenz und damit eine Öffnun^skraft wirkt

An einer hydrostatischen Gleitringdichtung herrscht im Betriebszustand bei einem definierten Spalt zwischen den Dichtringen Gleichgewicht zwischen öffnenden und schließenden Kräften. Dabei stellt sich abhängig vo2 der Dichtringgeometrie und vom Systemdruck ein bestimmter Dicbispalt und ein Dichtungsleckstrom ein. Diese Parameter können in einem Dichtungsdiagramm dargestellt werden. Wird das Kräftegleichgewicht durch äußere Kräfte geändert so hat dies Auswirkungen auf die Dichtspaltweite (Spalt 4).

Durch die Wirkung von zusätzlichen Öffnungskräften stellt sich ein neuer Gleichgewichtsspalt ein, der um den Wert dsgrößer ist

Die Dichtspaltkennlinien einer hydrostatischen Dichtung haben in Abhängigkeit der abzudichtenden Druckdifferenz und der Dichtspaltweite (Dichtspalt 4) unterschiedliche Spaltkräfte. Bei geringem Systemdruck sind die Spaltkräfte kleiner als bei hohem Druck.

Dadurch, daß die zusätzlichen Öffnungskräfte unauhängig vom Systemdruck eine konstante Größe besitzen, wirken sie sich beim kleineren Kräfteniveau des niederen Systemdruckes relativ stärker aus als bei den hohen Spaltkräften des großen Systemdruckes.

Vor dem Start einer Maschine mit hydrostatischer Wellenabdichtung muß sichergestellt s:in, daß ein Mindestleckstrom (und damit in Abhängigkeit vom Systemdruck ein Mindestdichtspalt) vorhanden ist Beim Betrieb mit niederem Systemdnick ist das Kräfteniveau gering. Beim Maschinenstart wirken sich mit zunehmender Drehzahl Störkräfte durch Unwucht-, Strömungsund Beschleunigungjvorgänge aus. Im gleichen Maße wie die Drehzahl steigt jedoch die spalterweitenuk. Kraft durch die beschriebene Anfahrentlastung. Die Anzahl entlastung ist dann am wirksamsten (Startvorgänge bei niederem Systemdruck), wenn die Kräfte im Dichtspalt noch gering sind und dadurch durch äußere Störkräfte die Gefahr eines Dichtringanlaufes während des Startvorganges vermieden wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch;

26 OO 505

Gleitringdichtung für Reaktorkühlmittelpumpen mit einem mit der vertikalen Pumpenwelle in einem Dichtraum rotierenden, axial unverschieblich auf der Welle angeordneten Gleitring, mit einem am Pumpengehäuse drehfest, jedoch axial verschiebbar angeordneten Gegenlaufring, zwischen deren Dichtflächen sich ein Leckflüssigkeitsspalt ergibt, mit einem von dem abzudichtenden Medium abgezweigten Zusatzkreislauf, für den eine Hüfsfördereinrichtung vorgesehen ist, die das Medium von der Seite des wellenfesten Gleitringes her in einen die Dichtung umgebenden Dichtraum drückt, von wo es über eine Drossel, die vom axial verschieblichen Gegenlaufring und einem diesen umgebenden Teil gebildet ist, in einen Raum hinter dem axial verschiebbaren Gegenring und von diesem Raum zur HUfsfördereinrichtung zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (8) von einem dc.3 Gleitring (2) mit geringerem Abstand umgebenden gehäusefesten Teil (2') gebildet ist.