DE3017199A1

DE3017199A1 - SELF-LUBRICATING LIQUID SHAFT BEARING

Info

Publication number: DE3017199A1
Application number: DE19803017199
Authority: DE
Inventors: Davorin Dave Kapich
Original assignee: General Atomics Corp
Current assignee: General Atomics Corp
Priority date: 1979-05-07
Filing date: 1980-05-05
Publication date: 1980-11-20
Also published as: GB2055989A; JPS55149421A; FR2456252A1

Description

LeerseiteBlank page

Während des Betriebes stellen die Schmierpumpe 40, die Flüssigkeits-Wellenlagerbereiche 56 und 58 und das Rückführungssystem, das das Auslaßrohr 66, den Zwischenbehälter 42 und die Umwälzpumpe 44 enthält, ein geschlossenes System dar, das direkt von der Betriebsgeschwindigkeit der Welle 12 abhängig ist, um einen geeigneten Druck innerhalb der Flüssigkeits-Wellenlagerbereiche 56 und 58 aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig wird Heliumgas aus der Labyrinth-Dichtung 24 innerhalb des Zwischenbehälters 42 von dem Wasser getrennt und der Labyrinth-Dichtung nach dem Durchströmen der verschiedenen Betriebselemente 72 - 78 wieder zugeführt.During operation, the lubrication pump 40, the fluid shaft bearing areas 56 and 58 and the return system, which includes the outlet pipe 66, the intermediate tank 42 and the circulation pump 44, constitute a closed system which is directly dependent on the operating speed of the shaft 12 maintain appropriate pressure within the fluid shaft bearing areas 56 and 58. At the same time, helium gas is separated from the water from the labyrinth seal 24 within the intermediate container 42 and fed back to the labyrinth seal after flowing through the various operating elements 72-78.

13 Patentansprüche
4 Figuren13 claims
4 figures

030047/0762030047/0762

-κ--κ-

zahl der Welle 12 in dem Wellengehäuse 14 aufgebaut wird. In Übereinstimmung mit den am meisten bevorzugten hydrostatischen Wellenlagern steigt die Belastungsfähigkeit oder "Steife" mit zunehmendem, durch eine Zunahme der Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle hervorgerufenen Flüssigkeitsdruck, um Unwuchten und Drehschwingungen entgegenzuwirken. Die auf der Welle montierte Schmierpumpe erzeugt einen Druckanstieg proportional dem Quadrat ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit. Demzufolge ist die Wellenlager-"Steife" innerhalb der WeI-lenlagerbereiche 56 und 58 angenähert proportional dem Druck, der auf die Wellenlagerbereiche wirkt und ist demzufolge außerdem angenähert proportional dem Quadrat der Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle.number of the shaft 12 in the shaft housing 14 is built. In accordance with the most preferred hydrostatic shaft bearings, the load capacity or increases "Stiffness" with increasing, through an increase in the speed of rotation the shaft generated fluid pressure to counteract imbalances and torsional vibrations. The on The lubrication pump mounted on the shaft generates a pressure increase proportional to the square of its speed of rotation. As a result, the shaft bearing "stiffness" is within the shaft bearing areas 56 and 58 approximately proportional to the pressure that acts on the shaft bearing areas and is therefore also approximately proportional to the square of the speed of rotation of the shaft.

Die Anordnung für die Welle 12 innerhalb der Flüssigkeits-Wellenlagerbereiche 56 und 58 ist derart, daß die Wellenlagerbereiche wesentlich flexibler sind. Demzufolge ist die Eigenfrequenz der Welle innnerhalb der Lagerbereiche, d. i. die kritische Umdrehungszahl, ganz allgemein abhängig von der Wellenlager-"Steife". Die Eigenfrequenz der Welle 12 innerhalb jedes der Wellenlagerbereiche 56 und 58 ist angenähert proportional der Quadratwurzel aus der Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle.The arrangement for the shaft 12 within the fluid shaft bearing areas 56 and 58 is such that the shaft bearing areas are much more flexible. As a result, the Natural frequency of the shaft within the bearing areas, d. i. the critical number of revolutions, generally dependent on the Shaft bearing "stiffness". The natural frequency of the wave 12 within each of the shaft bearing portions 56 and 58 is approximately proportional to the square root of the rotational speed the wave.

In Übereinstimmung damit können die Schmierpumpe 40 und die Flüssigkeits-Wellenlagerbereiche 56 und 58 unter der Voraussetzung, daß die Rotoren der Schmierpumpe 40 direkt auf der Welle 12 montiert sind, einfach derart ausgelegt sein, daß ihre kritischen Geschwindigkeiten oberhalb der tatsächlichen Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle für alle Betriebsgeschwindigkeitsbereiche gehalten werden. Diese Charakteristik ist insbesondere in den Fällen wichtig, in denen beabsichtigt ist, das Flüssigkeits-Wellenlager 10 für weite Betriebsgeschwindigkeitsbereiche einzusetzen, um sicherzustellen, daß das Rotorlagersystem nicht während irgendeiner Phase seines Betriebes in Resonanz ist.In accordance therewith, the lubrication pump 40 and the fluid shaft bearing portions 56 and 58 can be provided, that the rotors of the lubrication pump 40 are mounted directly on the shaft 12, simply be designed such that their critical speeds above the actual rotational speed of the shaft for all operating speed ranges being held. This characteristic is particularly important in the cases where it is intended is the fluid shaft bearing 10 for wide operating speed ranges to ensure that the rotor bearing system is not used during any phase of his operation is in resonance.

030047/0762030047/0762

ASAS

-Yt--Yt-

mungsöffnung 54 durch ein Verbindungsrohr 102 geleitet wird.opening 54 is passed through a connecting pipe 102.

Die Flüssigkeits-Wellenlagerbereiche 56 und 58 sind von ähnlicher Konstruktion. Damit übereinstimmend entsprechen die folgende Beschreibung und die Hinweiszeichen für den ersten Flüssigkeits-Wellenlagerbereich 56 auch dem zweiten Flüssigkeits-Wellenlagerbereich 58. Der erste Flüssigkeits-Wellenlagerbereich 56 enthält einen ringförmigen Flüssigkeitseinlaß 104 zur Aufnahme einer unter Druck stehenden Flüssigkeit aus der Ausströmungsöffnung 54. Der Flüssigkeitseinlaß 104 steht in Verbindung mit den Wellenlagerbereichen, die zwischen dem Umfang der Welle 12 und ringförmigen, jeweils zwischen zwei Nuten hervorstehenden Teilen 106 und 108, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Flüssigkeitseinlasses 104 angeordnet sind, ausgebildet sind. Unter Druck stehende Flüssigkeit oder Wasser, die aus dem Flüssigkeitseinlaß 104 durch die Wellenlagerbereiche angrenzend an die zwischen zwei Nuten hervorstehenden Teile 106 und 108 strömt, wird durch ringförmige Auslaßöffnungen 110 und 112 aufgenommen, von denen jede mit dem gemeinsamen Auslaßkanal 60 in Verbindung steht. Der erste Flüssigkeits-Wellenlagerbereich 56 ist von dem Ausgang oder der Hochdruckseite der Schmierpumpe 40 durch eine einfache abgestufte Labyrinth-Dichtung, die allgemein mit 1-14 bezeichnet und durch das Wellengehäuse 14 und die Welle 12 gebildet ist, getrennt, um den Durchtritt unter hohem Druck stehender Flüssigkeit von der Schmierpumpe 40 zu dem ersten Flüssigkeits-Wellenlagerbereich 56 kleinzuhalten. Zwischen der Niederdruckseite der Schmierpumpe 40 und dem zweiten Flüssigkeits-Wellenlagerbereich 58 sind sowohl die Welle 12 als auch das.Wellengehäuse 14 mit axial verlaufenden flachen Nuten 116 und 118 ausgestattet, = um die Friktionsströmungseffekte zwischen der Welle und dem Wellengehäuse kleinzuhalten.The fluid shaft bearing portions 56 and 58 are of similar construction. Consistent with this, the following description and reference symbols for the first liquid shaft bearing area 56 also correspond to the second liquid shaft bearing area 58. The first liquid shaft bearing area 56 contains an annular liquid inlet 104 for receiving a pressurized liquid from the outflow opening 54. The liquid inlet 104 is in communication with the shaft bearing portions, which are formed between the circumference of the shaft 12 and annular parts 106 and 108 respectively protruding between two grooves, which are arranged on opposite sides of the liquid inlet 104. Pressurized liquid or water flowing from the liquid inlet 104 through the shaft bearing areas adjacent to the parts 106 and 108 protruding between two grooves is received through annular outlet openings 110 and 112, each of which communicates with the common outlet passage 60. The first fluid shaft bearing area 56 is separated from the outlet or the high pressure side of the lubrication pump 40 by a simple stepped labyrinth seal, generally designated 1-14 and formed by the shaft housing 14 and the shaft 12, to prevent the passage under high To keep pressurized fluid from the lubrication pump 40 to the first fluid shaft bearing area 56 small. Between the low-pressure side of the lubrication pump 40 and the second fluid shaft bearing area 58, both the shaft 12 and the shaft housing 14 are equipped with axially extending flat grooves 116 and 118, = in order to keep the frictional flow effects between the shaft and the shaft housing small.

Es wird insbesondere darauf hingewiesen, da& die Schmierpumpe 40 derart ausgelegt ist, daß ein Druck der Flüssigkeits-Wellenlagerbereiche 56 und 58 abhängig von der Umdrehungs-In particular, it should be noted that the lubrication pump 40 is designed so that a pressure of the liquid shaft bearing areas 56 and 58 depending on the rotation

030047/0762030047/0762

dem Wellengehäuse 14 angeordnet. Das Pumpengehäuseelement 87 ist an der mit 87a bezeichneten Stelle geteilt, wie dies am besten aus Fig.3 zu entnehmen ist, um den Zusammenbau der Schmierpumpe 40 zu ermöglichen. 5the shaft housing 14 arranged. The pump housing element 87 is divided at the point marked 87a, as can best be seen from FIG. 3, in order to facilitate the assembly the lubrication pump 40 to enable. 5

Die Schmierpumpe 40 kann so ausgebildet sein, daß sie als radialer oder axialer Strömungskompressor wirkt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in den Figuren gezeigt ist, ist jede der Pumpenstufen für eine radiale Strömung ausgelegt. Wasser von der ersten Einströmungsöffnung 52 strömt durch eine Vielzahl von weiten ersten ringförmigen Durchlässen 88, die durch Stege 89 ausgebildet sind, und anschließend in eine ringförmige Versorgungskammer 90, vergl, Fig.4, die in Verbindung mit einem zweiten ringförmigen Durchlaß 92 in dem Rotor 50 steht.The lubrication pump 40 can be designed so that it acts as a radial or axial flow compressor. In the preferred The embodiment shown in the figures is each of the pump stages for radial flow designed. Water from the first inflow port 52 flows through a plurality of wide first annular ones Passages 88, which are formed by webs 89, and then into an annular supply chamber 90, see 4, which is in communication with a second annular passage 92 in the rotor 50.

In dem Rotor 50 ragt eine große Anzahl erster radial angeordneter Durchlässe 94 auswärts von dem zweiten ringförmigen Durchlaß 92 weg in Richtung damit in Verbindung stehender, jedoch kleinerer sich radial erstreckender zweiter Durchlässe 96, die durch das Pumpengehäuseelement 87 radial auswärts von dem ringförmigen, zwischen zwei Nuten hervorstehenden Teil oder Rotor 50 weg gerichtet ausgebildet sind. Die zweiten radial angeordneten Durchlässe 96 stehen mit einer ringförmigen Durchflußöffnung 98 in Verbindung, die die benachbarten Vielfachpumpenstufen 46 und 48 miteinander verbindet. Damit übereinstimmend enthält die zweite Pumpenstufe 48 eine ähnliche Kombination von ersten ringförmigen Durchlässen 88, ringförmigen Versorgungskammern und zweiten ringförmigen Durchlässen 92, die hintereinander angeordnet sind, und ebenso erste radial angeordnete Durchlässe 94 und zweite radial angeordnete Durchlässe 96, die ebenfalls hintereinander angeordnet sind. Die zweiten radial angeordneten Durchlässe 96, die durch das Wellengehäuse 14 in der zweiten Pumpenstufe 48 ausgebildet sind, stehen mit einer ringförmigen Kammer 100 in Verbindung, aus der unter Druck stehende Flüssigkeit oder Wasser in die Äusströ-In the rotor 50, a large number of first radially arranged passages 94 protrude outwardly from the second annular one Passage 92 away towards communicating but smaller radially extending second Passages 96 protruding through the pump housing member 87 radially outward from the annular, between two grooves Part or rotor 50 are formed directed away. The second radially arranged passages 96 stand communicating with an annular flow opening 98, the adjacent multiple pump stages 46 and 48 with each other connects. Correspondingly, the second pump stage 48 contains a similar combination of first annular ones Passages 88, annular supply chambers and second annular passages 92, one behind the other are arranged, and also first radially arranged passages 94 and second radially arranged passages 96, the are also arranged one behind the other. The second radially disposed passages 96 extending through the shaft housing 14 are formed in the second pump stage 48, are in communication with an annular chamber 100 from which pressurized liquid or water into the outlet

030047/0762030047/0762

toto

—Sf——Sf—

Druckausgleichleitung 38 werden in dem oberen Teil des Zwischenbehälters ausgetauscht.Pressure equalization line 38 are in the upper part of the intermediate tank exchanged.

Die getrennt verlaufende Druckausgleichsleitung 38 dient wirksam als Druckausgleichsleitung zwischen dem oberen, He- \ lium enthaltenden Teil des Zwischenbehälters 42 und demringförmigen Sammelhohlraum 32. Demzufolge kann Heliumgas zu diesem Zweck in jeder Richtung durch die Druckausgleichsleitung 38 strömen. The isolated extending pressure equalization line 38 is effective as a pressure equalization line between the upper, He \ lium-containing portion of the intermediate container 42 and said annular collector cavity 32. Thus, helium gas can flow for this purpose in either direction through the pressure equalization line 38th

Aus dem Zwischenbehälter wird Wasser durch die Umwälzpumpe 44 durch eine erste Rohrleitung 68, die in Verbindung mit dem unteren Teil des Zwischenbehälters steht, abgepumpt. Heliumgas in dem oberen Teil des Zwischenbehälters wird durch eine zweite Rohrleitung 70 abgezogen und durch einen Kompressor 72, einen Heliumtrockner 74 und ein Steuerventil 76 geleitet, von wo es durch eine dritte Rohrleitung 7β zu einer zweiten Einströmungsöffnung 80 zu der zweiten, als Labyrinth-Dichtung ausgeführten Dichtung 24 zurückgeholt wird. Demzufolge werden sowohl das Wasser als auch das Helium zu dem Gesamtdichtüngssystem 22 in einem allgemein geschlossenen Kreislauf zurückgeführt. Es ist indessen allgemein notwendig, etwas Auffrischungshelium zuzuführen, das aus einer Nebenrohrleitung 82 durch ein weiteres Steuerventil 84 und eine dritte Rohrleitung 78, die mit der Einströmungsöffnung der Labyrinth-Dichtung in Verbindung steht, geleitet wird.The circulation pump turns the intermediate tank into water 44 through a first pipeline 68 which is in communication with the lower part of the intermediate container is pumped out. Helium gas in the upper part of the intermediate container withdrawn through a second conduit 70 and through a compressor 72, a helium dryer 74 and a control valve 76, from where it is through a third pipe 7β to a second inflow opening 80 to the second, as Labyrinth seal executed seal 24 is retrieved. As a result, both the water and helium are added to the overall seal system 22 in a generally closed manner Returned to the cycle. It is, however, generally necessary to supply some refreshing helium, the from a branch line 82 through a further control valve 84 and a third conduit 78 connected to the inflow opening the labyrinth seal is in communication.

Die Konstruktion und die Arbeitsweise des Wellenlagers 10 wird im folgenden ins einzelne gehend beschrieben. Wie oben angemerkt, enthält jede Stufe der Schmierpumpe 40 einen Rotor 50, der auf dem Umfang der Welle 12 angebracht ist. Jeder Rotor 50 ist als ein ringförmiger, zwischen zwei Nuten hervorstehender Teil auf der Welle 12 ausgebildet. Jeder Rotor 50 ist innerhalb einer "ringförmigen Nut 86 in einem zylindrischen Pumpengehäuseelement oder einem Stator 87 inThe construction and operation of the shaft bearing 10 is described in detail below. As noted above, each stage of the lubrication pump 40 includes a rotor 50 mounted on the circumference of the shaft 12. Everyone Rotor 50 is designed as an annular, between two grooves protruding part formed on the shaft 12. Everyone Rotor 50 is within an "annular groove 86" in a cylindrical pump housing member or stator 87 in FIG

030047Y0I62030047Y0I62

45.45.

-τ--τ-

Ie 12 und während eines Druckabbaues des Reaktors zur Verfügung zu stellen, um Kavitation zu verhindern oder zu unterdrücken. Ie 12 and available during a depressurization of the reactor to prevent or suppress cavitation.

Die Schmierpumpe 40 ist vorzugsweise eine vielstufige Konstruktion und ist um den Umfang der Welle 12 herum mit einer oder mehreren Stufen, z. B. der Art, wie sie mit 46 und 48 in Fig.2 bezeichnet sind, ausgebildet. Es sei bemerkt, daß die Schmierpumpe, falls dies erwünscht ist, ebenso eine einstufige Konstruktion sein könnte. Jede der Vielfachpumpenstuf en 46 und 48 enthält einen ersten ringförmigen, hervorstehenden Teil zwischen zwei Nuten oder Rotor 50, der auf dem Umfang der*Welle 12 zur Rotation mit dieser angeordnet ist.The lubrication pump 40 is preferably of a multi-stage construction and is provided around the circumference of the shaft 12 with one or more steps, e.g. B. the way they are with 46 and 48 are designated in Figure 2, formed. It should be noted that the lubricating pump, if so desired, also has one could be single-stage construction. Each of the multiple pump stage en 46 and 48 includes a first annular, protruding portion between two grooves or rotor 50, the arranged on the circumference of the shaft 12 for rotation therewith is.

Zurückgeführte Flüssigkeit aus dem Zwischenbehälter 42 und der Umwälzpumpe 44 wird über ein Zwischenrohr 45 durch einen Vielfachversorgungsdurchlaß 53 in erste Einströmungsöffnungen 52 der Schmierpumpe 40 geleitet, von der sie durch die Vielfachpumpenstufen 46 und 48 fließt und unter Druck durch Ausströmungsöffnungen 54 zu Flüssigkeits-Wellenlagerbereichen 56 und 58, die beiderseits der Schmierpumpe 40 angeordnet sind,geliefert wird. Die Flüssigkeit aus der Ausströmungsöffnung 54 wirkt als ein Schmiermittel innerhalb der Flüssigkeits-Wellenlagerbereiche 56 und 58 und tritt in einen gemeinsamen Auslaßkanal 60 ein, durch den es zu dem Zwischenbehälter 4 2 zurückgeführt wird.Recirculated liquid from the intermediate container 42 and the circulation pump 44 is via an intermediate pipe 45 through a Multiple supply passage 53 passed into first inflow openings 52 of the lubrication pump 40, from which it passes through the multiple pump stages 46 and 48 flows and under pressure through outflow openings 54 to fluid shaft bearing areas 56 and 58, which are arranged on both sides of the lubrication pump 40, is supplied. The liquid from the orifice 54 acts as a lubricant within the fluid shaft bearing areas 56 and 58 and enters a common outlet channel 60, through which it to the Intermediate container 4 2 is returned.

Der Zwischenbehälter 42 erlaubt eine wirksame Trennung des Heliums von dem Wasser. Heliumgas ist in dem oberen Teil des Zwischenbehälters mit 62 und Wasser in einem unteren Teil des Zwischenbehälters mit 64 bezeichnet. Jeder gemeinsame Auslaßkanal 60 steht mit einem unteren Teil des Zwischenbehälters mittels eines Auslaßrohres 66 in Verbindung. Beide Medien, Wasser, eingeschlossenes Helium aus der Entsorgungsleitung 36 und Helium aus der getrennt verlaufendenThe intermediate container 42 allows an effective separation of the helium from the water. Helium gas is in the upper part of the intermediate container with 62 and water in a lower part of the intermediate container with 64. Everyone common Outlet channel 60 communicates with a lower part of the intermediate container by means of an outlet pipe 66. Both media, water, trapped helium from the disposal line 36 and helium from the separately running

0300A7/07620300A7 / 0762

3017TSS3017TSS

3 887 197 gezeigten und beanspruchten Kombination. Demgemäß sind solche Komponenten im folgenden nur kurz beschrieben. Es folgen ins einzelne gehende Beschreibungen des Wellenlagers 10 und der Art und Weise, in der es mit dem Gesamtdichtungssystem 22 kombiniert ist und innerhalb dieses betrieben wird.3,887,197 combination shown and claimed. Accordingly, such components are only briefly described below. Detailed descriptions of the shaft bearing 10 and the manner in which it interacts with the overall sealing system follow 22 is combined and operated within this.

In Übereinstimmung mit der ins einzelne gehenden Beschreibung in der oben genannten Patentschrift ist eine als Labyrinth-Dichtung ausgebildete zweite Dichtung 24 zwischen der Welle und dem Gehäuse angrenzend an die zweite Flüssigkeitszone 20 ausgebildet. Aus der Labyrinth-Dichtung strömt Helium in das Wellenlager 10 durch einen abgestuften Teil 26, was dazu führt, daß das Helium zusammen mit einem Anteil von Leckwasser von der Welle 12 in einen großen ringförmigen Sammelhohlraum 32 geleitet wird. Das Wasser und das Helium neigen dazu, sich innerhalb des ringförmigen Sammelhohlraums 32 voneinander zu trennen, wobei das Wasser in dem unteren Teil des Hohlraums zusammen mit einem kleinen Anteil eingeschlossenen Heliums durch eine Düsenpumpe 34 abgezogen und in eine Entsorgungsleitung 36 geleitet wird. Abgetrenntes Heliumgas aus dem ringförmigen Sammelhohlraum 32 neigt' dazu, durch eine getrennt verlaufende Druckausgleichsleitung 38 zu strömen. Das Wasser und das Helium werden jeweils zu dem Wellenlager 10 zurückgeführt. Der Helium- Kühlkreislauf wird weiter unten im einzelnen beschrieben. In accordance with the detailed description in the above patent, one is called a labyrinth seal formed second seal 24 formed between the shaft and the housing adjacent to the second liquid zone 20. Helium flows out of the labyrinth seal into the shaft bearing 10 by a stepped portion 26, which results in the helium along with a portion of leakage water from the shaft 12 is directed into a large annular collection cavity 32. The water and the helium tend to settle within the annular collection cavity 32 separate from each other, with the water in the lower part of the cavity along with a small The proportion of enclosed helium is drawn off by a nozzle pump 34 and passed into a disposal line 36. Separated helium gas from the annular collection cavity 32 tends to 'through a separately running pressure equalization line 38 to stream. The water and helium are returned to the shaft bearing 10, respectively. The helium The cooling circuit is described in detail below.

Schmierflüssigkeit für das Wellenlager 10, vorzugsweise Wasser, wird an die Düsenpumpe 34 und eine Schmierpumpe 40, die einen Teil des hydrostatischen Wellenlagers bäldet, von einem Rückführungssystem, das einen Zwischenbehälter 42 und eine kleine Umwälzpumpe 44 enthält, geliefert. Die Umwälzpumpe 44 ist nicht wesentlich für den Betrieb des Wellenlagers 10. Sie dient lediglich dazu, für das hydrostatische Wellenlager eine Belastungsfähigkeit bei Stillstand der WeI-Lubricating fluid for the shaft bearing 10, preferably water, is connected to the nozzle pump 34 and a lubrication pump 40 which forms part of the hydrostatic shaft bearing a recirculation system including an intermediate tank 42 and a small circulation pump 44. The circulation pump 44 is not essential to the operation of the shaft bearing 10. It only serves to provide a load capacity for the hydrostatic shaft bearing when the shaft is at a standstill.

Ü3ÖQ47/Ö762 -."■".■Ü3ÖQ47 / Ö762 -. "■". ■

rungsbeispiels ist das Flüssigkeits-Wellenlager 10 als ein an eine Hochdruck-Dichtung oder eine "hochdichte" erste Dichtung 16 angrenzendes Gleitlager ausgebildet, das die Flüssigkeit oder das Gleitlager von einer ersten Flüssigkeitszone 18 isoliert. Innerhalb des bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels schließt die erste Flüssigkeitszone 18 das Wellenlager ein. Wie Fig.1 zeigt, ist das linke Ende der Welle für eine Verbindung mit einer externen Antriebseinrichtung, vorzugsweise einem nichtgezeigten Elektromotor, ausgestattet. Die erste Flüssigkeitszone 18 könnte jedoch auch mit einem Turbinen-Antriebssatz (nicht gezeigt), der beispielsweise durch eine Flüssigkeit in Dampfform angetrieben wird, in Verbindung stehen. In diesem Fall würde ein Dichtungsaufbau ähnlich dem mit 16 bezeichneten zwischen dem Wellenlager 10 und der ersten Flüssigkeitszone erforderlich sein, selbst wenn eine Vermischung des Dampfes mit Wasserschmiermittel in einem hydrostatischen Wellenlager erlaubt wäre.approximately example is the liquid shaft bearing 10 as a formed on a high pressure seal or a "high density" first seal 16 adjacent slide bearing that the Liquid or the plain bearing isolated from a first liquid zone 18. Within the preferred exemplary embodiment the first liquid zone 18 includes the shaft bearing. As Fig.1 shows, the left end of the shaft is for a connection with an external drive device, preferably an electric motor (not shown). The first liquid zone 18 could, however, also be provided with a turbine drive set (not shown) which, for example driven by a liquid in vapor form. In this case, a sealing structure would be used similar to that designated by 16 between the shaft bearing 10 and the first liquid zone may be required itself if the steam could be mixed with water lubricant in a hydrostatic shaft bearing.

Innerhalb des bevorzugten Beispiels gemäß Fig.1 erstreckt sich die Welle 12 von der ersten Flüssigkeitszone 1ß durch das Wellengehäuse 14 in eine zweite Flüssigkeitszone 20. In einem Kernreaktor des obengenannten Typs ist beisp-ielsweise Kühlmittel für den Reaktor inneriialb der zweiten Flüssigkeitszone enthalten. Die Welle 1:2 treibt (nicht gezeigt): Mittel zum Umwälzen dieses Kühlmittels, beispielsweise Heliumgas, innerhalb des Reaktors.Within the preferred example according to Figure 1, the shaft 12 extends from the first liquid zone 1ß the shaft housing 14 into a second liquid zone 20. In a nuclear reactor of the above-mentioned type, for example Coolant for the reactor inside the second liquid zone contain. The shaft 1: 2 drives (not shown): means for circulating this coolant, for example helium gas, inside the reactor.

In einer derartigen Umgebung bildet das Wellenlager -10 vorzugsweise einen Teil eines Gesamtdichtungssystems 22, das dazu dient, das unter sehr hohem Druck stehende flüssige Kühlmittel innerhalb der zweiten Flüssigkeitszone von der ersten Flüssigkeitszone 18 zu isolieren.In such an environment, the shaft bearing -10 preferably forms part of an overall sealing system 22 that serves to keep the liquid coolant under very high pressure within the second liquid zone from the isolate first liquid zone 18.

Dieser Teil des Gesamtdichtungssystems 22, der bei dem rechten Ende des Wellenlagers 10 angeordnet ist, vergl. Fig.1, ist im allgemeinen ähnlich der in der US-PatentschriftThis part of the overall sealing system 22, which is arranged at the right end of the shaft bearing 10, see Fig. 1, is generally similar to that in U.S. Patent

030047/0762 BAD ORIGINAL030047/0762 BATH ORIGINAL

Teil eines Dichtungssystems allgemein des Typs, der in der US-Patentschrift 3 887 197 beschrieben ist und bei dem das flüssige Schmiermittel für das Wellenlager gegenüber einer Flüssigkeitszone abgedichtet ist, benutzt. Eine Flüssigkeits-Dichtung wird um den Umfang der Welle im Zusammenhang mit der anderen Flüssigkeitszone ausgebildet. Die Schmierflüssigkeiten des Flussigkeit-Wellenlagers und der Dichtung werden gemeinsam gesammelt, dann voneinander getrennt und den jeweiligen Flüssigkeits-Wellenlagerbereichen und Flüssigkeits-Dichtungen wieder zugeführt. Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und mittels der beigefügten Zeichnung erklärt.Part of a sealing system generally of the type described in US Pat. No. 3,887,197 and in which the liquid lubricant for the shaft bearing is opposite to a Liquid zone is sealed, used. A liquid seal is formed around the circumference of the shaft in association with the other liquid zone. The lubricants the liquid shaft bearing and the seal collected together, then separated from each other and the respective fluid shaft bearing areas and fluid seals fed back. The invention is described below using an exemplary embodiment and by means of explained in the accompanying drawing.

Fig.1 zeigt eine schematische Ansicht mit Teilen eines Dichtungssystems im Schnitt, das ein selbstschmierendes Flüssigkeit-Wellenlager gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.1 shows a schematic view with parts of a sealing system in section showing a self-lubricating fluid shaft bearing according to the present invention contains.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte axial geschnittene Teilansicht entlang einer Schnittlinie II-II aus Fig. 3-, die ein axial geschnittenes Gehäuse darstellt, in dem eine drehba_re •Welle gelagert i-st* die sich zwischen zwei Flüssig-' . ■keitszonen erstreckt -und. eine eigenangetriebene Pumpe einschließt, die an den Übergängen zwischen -der.Welle und dem Gehäuse ausgebildet ist. ' ■■" :Fig. 2 shows an enlarged axially sectioned partial view along a section line II-II from Fig. 3-, an axially represents sectioned housing in which a rotatable • shaft stored i-st * which is between two liquid '. ■ areas of activity extends -and. a self-propelled pump includes those at the transitions between -der.Wave and the housing is formed. '■■ ":

Fig^3 zeigt eine Ansicht entlang einer Schnittlinie III-III aus Fig.2.Fig. 3 shows a view along a section line III-III from Fig. 2.

Fig.4 zeigt eine Teilansicht entlang einer Schnittlinie IV-IV aus Fig.3.4 shows a partial view along a section line IV-IV from Fig. 3.

Die Figuren zeigen ein selbstschmierendes Flüssigkeits-WeLlenlager 1.0 zur Aufnahme einer Welle 12 in einem. WeIlengehäuse 14.The figures show a self-lubricating fluid shaft bearing 1.0 to accommodate a shaft 12 in one. Shaft housing 14th

Innerhalb des im folgenden beschriebenen bevorzugten Ausfüh-Within the preferred embodiment described below

-030.04-7/076:2 BADOBlGiNAL-030.04-7 / 076: 2nd BATHROOM

außerhalb der rotierenden Welle und der Dichtungsanordnung. Demzufolge besteht ein Bedarf für ein verhältnismäßig einfaches und zuverlässiges selbstschmierendes Flüssigkeits-Wellenlager, das vorzugsweise in einer Flüssigkeits-Dichtungsanordnung für eine Welle, die sich zwischen zwei voneinander getrennten Flüssigkeitszonen erstreckt, verwendet wird.outside the rotating shaft and seal assembly. Accordingly, there is a need for a relatively simple one and reliable self-lubricating fluid shaft bearing, preferably in a fluid seal arrangement for a shaft that extends between two separate liquid zones will.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die-'10 sen Bedarf zu erfüllen.The present invention is based on the object of the-'10 meet his needs.

Die Aufgabe wird durch ein selbstschmierendes Flüssigkeits-Wellenlager zur drehbaren Lagerung einer Welle in einem Wellengehäuse gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein erster Flüssigkeits-Wellenlagerbereich und ein zweiter Flüssigkeits-Wellenlagerbereich vorgesehen sind, die getrennt voneinander in dem Wellengehäuse zur Lagerung der Welle ausgebildet sind-, wobei die Flüssigkeits-Wellenlagerbereiche einen Flüssigkeitseinlaß und eine erste ringförmige Auslaßöffnung bzw. eine zweite ringförmige Auslaßöffnung haben, daß eine Schmierpumpe zwischen den Flüssigkeits-Wellenlagerbereichen angeordnet ist, die aus einem Rotor, der zum Drehen mit der Welle auf deren Umfang montiert ist, und einem Stator, der aus einem gegenüberliegenden Teil des Wellengehäuses gebildet ist, besteht und wobei die Schmierpumpe eine erste Einströmungsöffnung zur Aufnahme von Schmierflüssigkeit und eine Ausströmungsöffnung, die in Verbindung mit dem Flüssigkeitseinlaß für die beiden Flüssigkeits-Wellenlagerbereiche steht, hat, um Flüssigkeit unter Druck zuzuführen, und daß ein Rückführungskreislauf zur Aufnahme von Flüssigkeit aus der ersten ringförmigen Auslaßöffnung und der zweiten ringförmigen Auslaßöffnung der Flüssigkeits-Wellenlagerbereiche und zum Rückführen zu dem Flüssigkeitseinlaß der Schmierpumpe vorgesehen ist. Als Schmierflüssigkeit für das Flüssigkeits-Wellenlager kann irgendeine geeignete Flüssigkeit, beispielsweise Öl, vorzugsweise jedoch eine nichtkomprimierbare Flüssigkeit, wie Wasser, verwendet werden.
Vorzugsweise wird ein WeUen,l,aaex g^mäß der Erfindung alsThe object is achieved by a self-lubricating liquid shaft bearing for rotatably supporting a shaft in a shaft housing, which is characterized in that a first liquid shaft bearing area and a second liquid shaft bearing area are provided, which are formed separately from one another in the shaft housing for supporting the shaft are-, wherein the liquid shaft bearing portions have a liquid inlet and a first annular outlet opening and a second annular outlet opening, respectively, that a lubricating pump is arranged between the liquid shaft bearing portions, which is composed of a rotor which is mounted on the circumference of the shaft for rotation with the shaft , and a stator which is formed from an opposite part of the shaft housing, and wherein the lubricating pump has a first inflow opening for receiving lubricating liquid and an outflow opening which is in communication with the liquid inlet for the two liquid shaft bearings has to supply liquid under pressure, and that a return circuit is provided for receiving liquid from the first annular outlet opening and the second annular outlet opening of the liquid shaft bearing portions and for returning it to the liquid inlet of the lubricating pump. Any suitable liquid, for example oil, but preferably a non-compressible liquid such as water, can be used as the lubricating liquid for the liquid shaft bearing.
Preferably, a WeUen, l, aaex g ^ according to the invention as

-2--2-

ordnet ist. Unter solchen Umständen ist es notwendig, das Reaktorkühlmittel, beispielsweise Helium oder Kohlendioxid, von der Flüssigkeitszone an dem anderen Ende der Antriebswelle zu isolieren.
5is arranged. In such circumstances it is necessary to isolate the reactor coolant, such as helium or carbon dioxide, from the liquid zone at the other end of the drive shaft.
5

Ein derartiges Dichtungssystem zum Bereitstellen einer Dichtung in Längsrichtung einer Welle, die sich zwischen zwei Flüssigkeitszonen erstreckt, ist in der US-Patentschrift 3 887 197 beschrieben. Innerhalb dieses Dichtungssystems werden getrennte Flüssigkeits-Dichtungen oder -WeI-lenlagerbereiche um den Umfang der Welle ausgebildet und sind jeweils mit schmierender Flüssigkeit kompatibel zueinander und zu den jeweils angrenzenden Zonen vorgesehen. Die" Schmierflüssigkeiten von den beiden Wellenlagerbereichen werden gemeinsam gesammelt und anschließend zur Rückführung zu den jeweiligen Flüssigkeits-Dichtungen voneinander getrennt. Vorzugsweise enthält das Dichtungssystem eine Flüssigkeit s-Dichtung, die mit einem komprimierbaren Gas versorgt wird, und eine weitere Flüssigkeits-Dichtung, die mit einer ηichtkomprimierbaren Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, versorgt wird, um deren Trennung zu ermöglichen.Such a sealing system for providing a Sealing in the longitudinal direction of a shaft extending between two liquid zones is disclosed in U.S. Patent 3,887,197. Within this sealing system there are separate fluid seals or shaft bearing areas formed around the circumference of the shaft and are each compatible with each other with lubricating fluid and provided for the adjacent zones. The "lubricants from the two shaft bearing areas are collected together and then separated from one another for return to the respective liquid seals. The sealing system preferably contains a liquid s-seal that is supplied with a compressible gas is, and another liquid seal, which with a non-compressible liquid, for example water, is supplied to enable their separation.

Innerhalb des oben genannten Systems werden die getrennten Flüssigkeiten zu den jeweiligen Flüssigkeits-Dichtungen mittels eines Versorgungssystems außerhalb der Welle und des Flüssigkeits-Dichtungssystems zurückgeführt. Beispielsweise wird Wasser für die eine Flüssigkeits-Dichtung und für ein Not-Wassersammelsystem zum Sicherstellen zumindest einer vorübergehenden Versorgung der Dichtung mit Wasserschmierung für den Fall einer Störung der externen Pumpe unter Druck mittels einer externen Wasserversorgung, die eine Hochdruckpumpe enthält, welche getrennt von der Welle betrieben wird, bereitgestellt. Obgleich ein Dichtungssystem des Typs, der in der oben angegebenen Patentschrift beschrieben ist, sehr wirkungsvoll arbeitet, ist es verhältnismäßig komplex und benötigt eine Anzahl von BetriebskomponentenWithin the above system, the separate Liquids to the respective liquid seals by means of a supply system outside the shaft and the liquid sealing system. For example becomes water for the one liquid seal and for an emergency water collection system to ensure at least one temporary supply of the seal with water lubrication in case of failure of the external pump below Pressure by means of an external water supply which contains a high pressure pump which is operated separately from the shaft will be provided. Although a sealing system of the type described in the above referenced patent is very efficient, it is relatively complex and requires a number of operational components

030047/0762030047/0762

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstschmierendes Flüssigkeits-Wellenlager, insbesondere auf ein Wellenlager, das in einem Dichtungssystem für eine Welle, die sich zwischen zwei Zonen erstreckt, die unterschiedliche Flüssigkeiten enthalten, die voneinander zu isolieren sind, vorhanden ist.The invention relates to a self-lubricating fluid shaft bearing, in particular on a shaft bearing that is used in a sealing system for a shaft that is located between extends two zones that contain different fluids that are to be isolated from each other is present.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, das eine Flüssigkeits-Umwälzeinrichtung des Typs enthält, der in der US-Patentschrift 3 520 640 gezeigt und beschrieben ist. Insbesondere enthält das bevorzugte Ausführungsbeispiel ein Dichtungssystem für eine Welle, die sich zwischen zwei voneinander getrennte Flüssigkeiten beinhaltenden Zonen, wie in der US-Patentschrift 3 887 197 gezeigt und beschrieben, erstreckt.The invention is described below with reference to a preferred embodiment, which is a liquid circulating device of the type shown and described in U.S. Patent 3,520,640. In particular The preferred embodiment includes a sealing system for a shaft extending between two of each other zones containing separate liquids, as in the US patent 3,887,197 shown and described extends.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine Flüssigkeits-Umwälzeinrichtung des Typs, der durch die erste oben angegebene US-Patentschrift geschützt ist, beschränkt und ist ebenfalls nicht auf ein Dichtungssystem des Typs, das durch die zweite oben angegebene US-Patenschrift geschützt ist, beschränkt.However, the present invention is not directed to a liquid circulator of the type protected by the first U.S. patent identified above is also not limited to a sealing system of the type covered by the second U.S. patent identified above is limited.

Eine Umwälz-Einrichtung des Typs, der in der oben genannten Patentschrift zum Umwälzen eines Mediums in Form eines Gas-Kühlmittels in einem Kernreaktor verwendet wird, bezieht die Antriebskraft für die Umwälz-Einrichtung über eine Welle, die innerhalb des primären Behälters für den Reaktor ange-A circulating device of the type described in the aforementioned patent for circulating a medium in the form of a gas coolant is used in a nuclear reactor, the driving force for the circulation device is obtained from a shaft, those inside the primary vessel for the reactor

030047/0762030047/0762

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Ph ys. j^r. K. FinckePatent attorneys Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Ph ys. j ^ r. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickman>.n, Dipl.-Chem.^^ P^^q Dr. Ing. H. LiskaDipl.-Ing. F. A. Weickman> .n, Dipl.-Chem. ^^ P ^^ q Dr. Ing.H. Liska

S ! I · 8000 MÜNCHEN 86, DEN ··» -'■".S ! I · 8000 MUNICH 86, THE ·· »- '■".

G II65 GEW POSTFACH 860 820G II65 GEW POST BOX 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22MÖHLSTRASSE 22, CALL NUMBER 98 39 21/22

GENERAL ATOMIC COMPANT
10955 John Jay Hopkins Drive
San Diego, Calif. 92121, V.St.A.GENERAL ATOMIC COMPANT
10955 John Jay Hopkins Drive
San Diego, Calif. 92121, V.St.A.

Selbstschmierendes Flussigkeits-WellenlagerSelf-lubricating fluid shaft bearing

030047/0762030047/0762

Claims

-1- claims:

j 1. ) Self-lubricating liquid shaft bearing for the rotatable mounting of a shaft in a shaft housing, characterized in that a first liquid shaft bearing area (56) and a second liquid shaft bearing area (58) are provided, which are separated from one another in the shaft housing (14 ) are designed to support the shaft (12), the liquid-shaft bearing areas (56,58) having a liquid inlet (104) and a first annular outlet opening (110) and a second annular outlet opening (112), respectively, that a lubricating pump (40) is arranged between the fluid shaft bearing areas (56,58), which consists of a rotor (50), which is mounted to rotate with the shaft (12) on its circumference, and a stator (87), which consists of an opposite part of the shaft housing (14) is formed, and wherein the lubrication pump (4 0) has a first inflow opening (52) for receiving lubricant and an outflow opening (54), which in connection ung with the liquid inlet (104) for the two liquid shaft bearing series (56,58), has to supply liquid under pressure, and that a return circuit for receiving liquid from the first annular outlet opening (110) and the second annular outlet opening ( 112) of the liquid shaft bearing areas (56,58) and for return to the liquid inlet (104) of the lubricating pump (40) is provided.

2.Self-lubricating fluid shaft bearing according to claim 1, characterized in that the lubricating pump (40) has a first multiple pump stage (46) and a second Contains multiple pump stage (48), each of the multiple pump stage en (46,48) has a rotor (50) mounted on the periphery of the shaft (12) to rotate with it.

3.Self-lubricating fluid shaft bearing according to claim

030047/0762030047/0762

Int. Cl^: F16 C 32/06Int. Cl ^: F16 C 32/06

Filing date: S. May 1980

Disclosure date: November 20, 1980

FIGURE IFIGURE I

030047/0762030047/0762

-90-

030047/0762

3017139

Uj Ct ^) CDUj Ct ^) CD uTuT

0300 Λ 7/0762