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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf
Wellendichtungen, und betrifft im besonderen ein Verfahren zur
Behandlung eines Bezugs auf der Dichtungsoberfläche bei einer
Nuklearreaktor-Kühlpumpe.
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In unter Druck stehenden Wassernuklearkraftanlagen wird ein
Reaktor-Kühlsystem benutzt, um Warme von dem Reaktorkern zu
Dampferzeugern zur Herstellung von Dampf zu transportieren. Der
Dampf wird dann benutzt, um einen Turbogenerator anzutreiben.
Das Reaktor-Kühlsystem schliesst eine Vielzahl von getrennten
Kühlschleifen ein, von denen jede an den Reaktorkern
angeschlossen ist und einen Dampferzeuger und eine Reaktor-
Kühlpumpe enthält.
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Die Reaktor-Kühlpumpe ist typischerweise eine senkrechte
Zentrifugalpumpe mit einer Stufe, die dazu bestimmt ist, grosse
Mengen von Reaktor-Kühlmittel bei hohen Temperaturen und
Drucken zu bewegen, zum Beispiel 290 Grad C und 175 kg/cm². Die
Pumpe schliesst im wesentlichen drei allgemeine Abschnitte von
unten nach oben ein -- hydraulische, Wellendichtungs- und
Motorabschnitte. Der untere hydraulische Abschnitt schliesst
ein Laufrad ein, das an dem unteren Ende einer Pumpenwelle
angebracht ist, die innerhalb des Pumpengehäuses betrieben
werden kann, um Reaktor-Kühlmittel um die entsprechende
Schleife zu pumpen. Der obere Motorabschnitt schliesst einen
Motor ein, der angeschlossen ist, um die Pumpenwelle zu
betreiben. Der mittlere Wellendichtungsabschnitt schliesst drei
Tandemdichtungsanordnungen ein -- untere primäre, mittlere
sekundäre, und obere tertiäre Dichtungsanordnungen. Die
Dichtungsanordnungen sind konzentrisch zu, und in der Nähe des
oberen Endes der Pumpenwelle angeordnet. Ihr kombinierter Zweck
ist, das Kühlmittel hohen positiven Druckes von dem Reaktor-
Kühlsystem von dem Auslauf längs der Pumpenwelle zu der
Eindämmungsatmosphäre während normaler Betriebsbedingung
mechanisch zurückzuhalten. Aus dem Stand der Technik bekannte
darstellende Beispiele von Pumpenwellendichtungsanordnungen
sind solche, die in den U.S. Patenten von MacCrum (3 522 948),
Singleton (3 529 838), Villasor (3 632 117), Andrews et al (3
720 222), Boes (4 275 891), Jenkins (4 690 612) und Quinn
(4 693 481) gezeigt werden.
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Historisch bilden die Pumpenwellendichtungen das
Hauptproblemgebiet für die Reaktor-Kühlpumpen und tragen stark
zu dem Benutzungsfaktor in Nuklearkraftanlagen bei. Die
Dichtungen müssen fähig sein, den hohen Systemdruck (ungefähr
1,7 x 10&sup7; Pa (2500 psi)) sicher zu überwinden. Die
Tandemanordnung der drei Dichtunfen wird benutzt, um den Druck
zu überwinden, wobei die untere primäre Dichtung den grössten
Teil des Druckabfalls absorbiert ( ungefähr 1,6 x 10&sup6; Pa (2250
psi)). Die untere primäre Dichtungsanordnung ist die
Hauptdichtung der Pumpe. Sie ist typischerweise eine
hydrostatische, "filmschwebende", kontrollierte
Auslaufdichtung, deren Hauptkomponenten ein ringförmiger
Läufer, der sich mit der Pumpenwelle dreht, und ein sich nicht
drehender Dichtungsring, der ortsfest mit dem Pumpengehäuse
bleibt, sind. Während die Komponenten der unteren primären
Dichtungsanordnung nicht dazu bestimmt sind, sich zu berühren
oder zu reiben, liefern entsprechende Komponenten der mittleren
und oberen Dichtungsanordnungen, ein sich drehender Läufer und
sich nicht drehender Dichtungsring, sich berührende oder
reibende Dichtungen.
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Ehemals sind die Läuferkomponenten der reibartigen
Dichtungsanordnungen (die mittleren sekundären und oberen
tertiären Dichtungsanordnungen) aus einem Substrat aus
rostfreiem Stahl mit einem äusseren Bezug von Chromkarbid auf
der Oberfläche der Läuferkomponenten, die gegen den
Dichtungsring reibt, zusammengesetzt worden. Der Bezug wird
gebildet, indem Chromkarbidpulver auf dem Substrat aus
rostfreiem Stahl mittels einer Detonationsgeschütztechnik
abgelagert wird. Bindung zwischen dem Bezug und dem Substrat
wird allein durch mechanische Impaktkräfte erreicht, wenn das
pulverisierte Chromkarbid auf däs Substrat auftrifft.
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Der so gebildete Chromkarbidbezug hat sich als unbefriedigend
erwiesen. Es ist beobachtet worden, dass Blasenbildung auf den
mit Chromkarbid bezogenen Läufern als Ergebnis der Berührung
mit der in Nuklearreaktoren verwandten Nuklearwasserchemie
vorkommt. Die Flüssigkeit dringt durch die Poren des
Chromkarbidbezugs auf die Grenzfläche des rostfreien Stahls und
des Bezugs, was eine elektrochemische Zelle und sich ergebende
Korrosion schafft. Die von dem korrodierenden Mechanismus
verursachte Wasserstoffgasbildung ergibt sich dann schliesslich
in einer Zerbröckelung, oder Blasenbildung der Oberfläche des
Bezugs. Daher wird die Blasenbildung der in dem Bezug bisher
vorhandenen anhaftenden Porosität und dem Mangel optimaler
Bindung an der Grenzfläche des rostfreiem Stahls und des Bezugs
zugeschrieben.
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Es ist daher die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
wirksamen Weg zu liefern, um Korrosion der reibenden
Oberflächen der Reaktor-Kühlpumpendichtungsanordnung zu
verhindern, um deren Verlässlichkeit zu verbessern.
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In Anbetracht dieser Aufgabe beruht die vorliegende Erfindung
in einem Verfahren zur Behandlung eines Chromkarbidbezugs auf
einer ringförmigen Dichtungsoberfläche einer
Dichtungsanordnungskomponente aus rostfreiem Stahl zur
Benuztung in einer Nuklearreaktor-Kühlpumpe, dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens das Chromkarbidbezugsgebiet auf
der Dichtungsoberfläche aus rostfreiem Stahl von einem
Bedeckungsglied umgeben wird; wobei das umgebende Gebiet
evakuiert wird, um irgendwelche atmosphärischen Gase zwischen
der Bedeckung und dem Bezug auf der Dichtungsoberfläche zu
entfernen; und die Dichtungsanordnungskomponente aus rostfreiem
Stahl und des darauf liegenden Bezugs, der von der Bedeckung
umgeben ist, werden dann heissem isostatischen Pressen
unterzogen, um den Bezug zu im wesentlichen seiner ganzen
theoretischen Dichte zu verdichten, und die metallurgische
Bindung des Bezugs zu der Oberfläche der
Dichtungsanordnungkomponente zu verbessern.
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Mit diesem Verfahren wird die Bedeckung zu im wesentlichen
ihrer ganzen theoretischen Dichte (hoher als 99%) entgast und
metallurgisch an die Oberfläche der
Dichtungsanordnungskomponmente gebunden. Das Umgeben kann durch
Schweissen der Bedeckung auf die Oberfläche der
Dichtungsanordnungskomponente durchgeführt werden, um die
darauf liegende Bedeckung von der äusseren Atmosphäre
abzudichten, oder durch Einschliessen der
Dichtungsanordnungskomponente und des darauf liegenden Bezugs
in einem abgedichteten metallischen Behälter. Eine schranke
kann zwischen dem Inneren des Behälters und der Oberfläche der
Komponente mit dem aufgebrachten Bezug angebracht werden.
Weiterhin kann ein Molybdänblatt zwischen der Schranke und der
Oberfläche der Komponente mit dem aufgebrachten Bezug
angebracht werden.
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Das heisse isostatische Pressen wird bei einer Temperatur in
dem Bereich von 1000 bis 1300 Grad C und bei einem Druck in dem
Bereich von 700 bis 2100 kg/cm² durchgeführt. Das
Behandlungsverfahren umfasst vorzugsweise kontrollierte
Abkühlung der Dichtungsanordnungskomponente. Die Abkühlung
findet vorzugsweise bei einer Geschwindigkeit. von 100 Grad C
pro Stunde statt.
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Die Erfindung wird mittels der folgenden Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform, die nur als Beispiel mit den
begleitenden Zeichnungen gezeigt wird, klarer werden:
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Kühlschleife
eines konventionellen Nuklearreaktor-Kühlsystems, das
einen in einem geschlossenen Kühlmittelstromkreislauf
mit dem Reaktorkern in Reihe geschalteten
Dampferzeuger und eine Reaktor-Kühlpumpe einschliesst.
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Fig. 2 ist eine geschnittene Perspektivsicht des
Wellendichtungsabschnitts einer konventionellen
Reaktor-Kühlpumpe, die im Querschnitt das
Dichtungsgehäuse und die unteren primären, mittleren
sekundären und oberen tertiären Dichtungsanordnungen
darstellt, die innerhalb des Dichtungsgehäuses
angeordnet sind und die Pumpenwelle in diesem
Abschnitt der Pumpe umgeben.
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Fig. 3 ist eine vergrösserte axiale Abschnittssicht des
angeordneten Dichtungsgehäuses und der
Dichtungsanordnungen der Reaktor-Kühlpumpe von Fig. 2.
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Fig. 4 ist eine vergrösserte axiale Abschnittssicht des
Läufers der mittleren Dichtungsanordnung der Reaktor-
Kühlpumpe von Fig. 3, die einen auf der oberen
Endoberfläche des Läufers abgelagerten
Chromkarbidbezug darstellt.
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Fig. 5 ist eine obere Draufsicht des Läufers, längs der Linie
5-5von Fig. 4 gesehen.
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Fig. 6 ist eine Strömungstabelle, die die Schritte in dem
Bezugsbehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung
darstellt.
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Fig. 7 ist eine schematische axiale Abschnittssicht eines
Satzes von Komponenten, um das
Bezugsbehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung
durchzuführen, in dem der ganze Bezug und das Substrat
umgeben sind.
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Fig. 8 ist eine schematische axiale Abschnittssicht eines
anderen Satzes von Komponenten, um das
Bezugsbehandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung
durchzuführen, in dem nur der Bezug auf dem Substrat
umgeben wird.
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Fig. 9 ist ein Photomikrograph eines Querschnittes durch
einen nicht mit heissem isostatischen Pressen
behandelten Bezug und Träger oder Substrat bei 500x.
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Fig. 10 ist ein Photomikrograph eines Querschnittes durch
einen mit heissem isostatischen Pressen behandelten
Bezug und Träger bei 500x.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eine einer Vielzahl
von Kühlschleifen 10 eines konventionellen Nuklearreaktor-
Kühlsystems. Die Kühlschleife 10 schliesst einen Dampferzeuger
12 und eine Reaktor-Kühlpumpe 14 ein, die in Reihe in einem
geschlossenen Kühlstromkreislauf mit einem Nuklear-Reaktorkern
16 angeschlossen sind. Der Dampferzeuger 12 schliesst
Hauptrohre 18 ein, die mit Einlass- und Auslassräumen 20,22 des
Erzeugers in Verbindung stehen. Der Einlassraum 20 des
Dampferzeugers 12 ist in Strömungsverbindung an den Auslass des
Reaktorkerns 16 angeschlossen, um heisses Kühlmittel davon
längs des Strömungsweges 24 des geschlossenen
Strömungskreislaufs zu empfangen. Der Auslassraum 22 des
Dampferzeugers 12 ist in Strömungsverbindung an einer Einlass-
Saugseite der Reaktor-Kühlpumpe 14 längs des Strömungsweges 26
des geschlossenen Strömungskreislaufs angeschlossen. Die
Auslassdruckseite der Reaktor-Kühlpumpe 14 ist in
Strömungsverbindung mit dem Einlass des Reaktorkerns 16
verbunden, um ihr kaltes Kühlmittel längs
Strömungsweges 28 des geschlossenenen Strömungskreislaufs
zuzubringen.
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Kurzgefasst pumpt die Kühlpumpe 14 das Kühlmittel unter hohem
Druck um den geschlossenen Strömungskreislauf. Im besonderen
wird heisses Kühlmittel, das von dem Reaktorkern 16 entweicht,
zu dem Einlassraum 20 des Dampferzeugers 12 und zu den
Hauptrohren 18, die damit in Verbindung stehen, geleitet.
Während es in den Hauptrohren 18 ist, strömt das heisse
Kühlmittel in einem Wärmeaustauschverhältnis mit kühlem
Speisewasser, das dem Dampferzeuger 12 mittels konventioneller
Mittel (nicht gezeigt) geliefert wird. Das Speisewasser wird
erhitzt, und Teile davon werden in Dampf zur Benutzung zum
Antreiben eines Turbogenerators (nicht gezeigt) umgewandelt.
Das Kühlmittel, dessen Temperatur durch den Wärmeaustausch
verringert wurde, wird dan mittels der Kühlpumpe 14 zu dem
Reaktorkern 16 zurückgeführt.
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Die Reaktor-Kühlpumpe 14 muss fähig sein, grosse Mengen von
Reaktor-Kühlmittel mit hohen Temperaturen und Drucken durch den
geschlossenen Strömungskreislauf zu bewegen. Obwohl die
Temperatur des Kühlmittels, das von dem Dampferzeuger 12 zu der
Pumpe 14 strömt, nachdem der Wärmetausch wesentlich unter die
Temperatur des Kühlmittels, das zu dem Dampferzeuger 12 von dem
Reaktorkern 16 vor dem Wärmetausch strömt, gekühlt worden ist,
ist seine Temperatur immer noch relativ hoch, typischerweise
ungefähr 290ºC. Der von der Pumpe hergestellte Kühlmitteldruck
ist typischerweise 172 kg/cm².
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Wie man aus Figuren 2 und 3 ersieht, schliesst die Reaktor-
Kühlpumpe 14 des Standes der Technik im allgemeinen ein
Pumpengehäuse 30 ein, das an einem Ende in einem
Dichtungsgehäuse 32 endet. Die Pumpe 14 schliesst auch eine
Pumpenwelle 34 ein, die sich zentral von dem Gehäuse 30
erstreckt, und dichtend und drehbar innerhalb des
Dichtungsgehäuses 32 angebracht ist. Obwohl dieses nicht
gezeigt wird, ist der untere Teil der Pumpenwelle 34 an ein
Laufrad angeschlossen, während ein oberer Teil an einen
induktionsartigen, elektrischen Motor hoher Pferdestärke
angeschlossen ist. Wenn der Motor die Welle 34 dreht, setzt das
Laufrad innerhalb des Inneren 36 des Gehäuses 30 das
Kühlmittel, das durch das Pumpengehäuse 30 mit Drucken von
Umgebungsdruck bis zu ungefähr 176 kg/cm² Bedeckungsgas in
Umlauf. Dieses unter Druck gesetzte Kühlmittel wendet eine nach
oben gerichtete, hydrostatische Ladung auf die Welle 34 an, da
der äussere Teil des Dichtungsgehäuses 32 von der
Umgebungsatmosphäre umgeben wird.
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So dass die Pumpenwelle 34 sich frei innerhalb des
Dichtungsgehäuses 32 drehen kann, während die 1,7 x10&sup7; Pa (2500
psi) Druckgrenze zwischen dem Gehäuseinneren 36 und dem
äusseren des Dichtungsgehäuses 32 beibehalten wird, sind
tandemartig angeordnete untere primäre, mittlere sekundäre und
obere tertiäre Dichtungsanordnungen 38, 40, 42 in den
Stellungen die in Figuren 2 und 3 dargestellt sind, um die
Pumpenwelle 34 und innerhalb des Pumpengehäuses 30 vorgesehen.
Die untere primäre Dichtungsanordnung 38, die das meiste der
Druckdichtung durchführt (ungefähr 160 kg/cm²), ist derart,
dass sie nichtberührend und hydrostatisch ist, während die
mittleren sekundären und die oberen tertiären
Dichtungsanordnungen 40, 42 derart sind, dass sie berührend
oder mechanisch reibend sind.
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Jede der Dichtungsanordnungen 38, 40, 42 der Pumpe 14 schliesst
im allgemeinen einen entsprechenden ringförmigen Läufer 44, 46,
48 ein, der an der Pumpenwelle 34 zur Drehung damit
angebracht ist, und einen entsprechenden ringförmigen
Dichtungsring 50, 52, 54, der fest innerhalb des
Dichtungsgehäuses 32 angebracht ist. Die entsprechenden Läufer
44, 46, 48 und Dichtungsringe 50, 52, 54 haben obere und untere
Endoberflächen 56, 58, 60 und 62, 64, 66, die sich
gegenüberliegen. Die gegenüberliegenden Oberflächen 56, 62 des
Läufers 44 und des Dichtungsringes 50 der unteren primären
Dichtungsanordnung 38 berühren sich normalerweise nicht,
stattdessen fliesst normalerweise ein Flüssigkeitsfilm zwischen
ihnen. Andererseits berühren sich oder reiben die
gegenüberliegenden Flächen 58, 64 und 60, 66 der Läufer und
Dichtungsringe 46, 52 und 48, 54 der mittleren sekundären und
oberen tertiären Dichtungsanordnungen 40 und 42 normalerweise.
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Da die primäre Dichtungsanordnung 38 normalerweise in einem
filmschwebendem Modus betrieben wird, müssen einige
Vorkehrungen getroffen werden, um Kühlmittelflüssigkeit, die in
den ringförmigen Raum zwischen dem Dichtungsgehäuse 32 und der
darauf drehbar angebrachten Welle 34 "ausläuft", zu handhaben.
Daher schliesst das Dichtungsgehäuse 32 einen primären
Auslaufauslass 68 ein, während sekundäre und tertiäre
Auslaufauslässe 70, 72 Kühlmittelflüssigkeitsauslauf von den
sekundären und tertiären Dichtungsanordnungen 40, 42
unterbringen.
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Wenn man sich nun mit Fig. 4 und 5 beschäftigt, wird ein
ringförmiger Läufer 46 der reibartigen sekundären
Dichtungsanordnung 40 gezeigt. Der Läufer 46 ist in Gestalt
eines ringförmigen Substrats 74, das aus rostfreiem Stahl
zusammengesetzt ist, wie 304, 316 oder 410 Arten, mit einer
zentralen Öffnung 76. Die äussere obere Reibdichtungsoberfläche
58 auf dem Substrat 74 hat auch einen darauf gebildeten
ringförmigen Spalt 78. Beispielsweise ist der Spalt 78 ungefähr
0,178 mm tief und 1,3 cm weit. Ein Bezug 80 aus Chromkarbid mit
einer Dicke in dem Bereich von ungefähr 0,152 cm bis 0,203 mm
wird aufgetragen, wie mit einem konventionellen
Detonationsgeschütz (nicht gezeigt) um den ringförmigen Spalt
79 auf der äusseren Oberfläche 58 zu füllen und nach aussen
davon zu zeigen.
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Die Impaktkkraft bei der Auftragung des Bezugs 80 mittels des
Detonationsgeschützes liefert bestens nur eine mechanische
Bindung des Bezugs 80 zu der Substratoberfläche 58 an ihrer
Grenzfläche, verglichen mit einer mehr wünschenswerten
metallurgischen Bindung, wie durch Diffusion, der beiden
Materialien an ihrer Grenzfläche. Weiterhin ist die Dichte des
so aufgetragenen Bezugs 80 wesentlich geringer als 100% der
Theorie. Deswegen ist sie geringer als 96% der Theorie, was
aneinander verbundene Poren in dem Bezug hinterlässt, welches
deren unerwünschte Durchdringung mittels der Reaktor-
Kühlmittelflüssigkeit zu der Bezugs/Substratgrenzfläche
gestattet. Diese zugehörige Porosität in dem Bezug und der
Mangel optimaler Bindung an der Grenzfläche ergibt sich in
Blasenbildung des Bezugs.
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Derselbe Bezug wird auf einen Spalt auf dem Läufer 48 der
reibartigen tertiären Dichtungsanordnung 42 aufgetragen. So
kann das Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung auf
beide Läufer 46, 48 angewandt werden.
Dichtungsbezugsbehandlungsverfahren für verbesserten
Korrosionswiderstand
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Für die Verbesserung der korrosions/erosionsbeständigen
Kennzeichen des Bezugs 80, um dessen Blasenbildung zu
entfernen, wird das Behandlungsverfahren der vorliegenden
Erfindung benutzt, wie in der Blockdiagrammgestalt in Fig. 6
gezeigt. Block 82 zeigt den anfänglichen Schritt in dem
Behandlungsverfahren, Auftragung des Chromkarbidmaterials in
Pulvergestait mittels des Detonationsgeschützes auf den Spalt
78 der Läufersubstratoberfläche 58, um den Bezug 80 darauf zu
bilden. Es kann entweder eine mechanische Bindung in diesem
Schritt gebildet werden, oder andererseits wird der Bezug
hauptsächlich in der Gestalt einer Pulverschicht aufgetragen,
wobei die eigentliche Bindung später stattfindet.
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Block 84 in Fig. 6 zeigt den zweiten Schritt in dem
Behandlungsvefahren, Umgebung des Bezugs 80 auf der
Dichtungsoberfläche 58. Es kann eine von zwei Möglichkeiten zur
Umgebung des Bezugs benutzt werden. In Fig. 7 werden sowohl das
Substrat 74 als auch der Bezug 80 umgeben, indem das
Läufersubstrat 74 und der darauf liegende Bezug 80 in einem
abgedichteten Behälter 86, der aus einem geeigneten Material
wie rostfreier Stahl oder Molybdän zusammengesetzt ist,
eingeschlossen oder eingeschachtelt wird. Es wird auch
vorzugsweise eine Schranke oder ein Pulver 88 zusammen mit
einem Molybdänblatt 90 zwischen das Innere des Behälters 86 und
jeder der oberen und unteren Oberflächen 58, 92 des Läufers 46
angebracht, um Trennung des Läufers von dem Behälter 86
sicherzustellen. Andererseits wird in Fig. 8 nur der Bezug 80
eingeschlossen und von der äusseren Atmosphäre mittels einer
Bedeckung 94 abgedichtet, die aus einem geeigneten Material wie
rostfreier Stahl oder Molybdän zusammengesetzt ist, wie mittels
eines Elektronenstrahls an seinen gegenüberliegenden Ecken 94a
auf das Substrat 74 geschweisst.
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Block 96 in Fig. 6 zeigt den dritten Schritt in dem
Behandlungsverfahren, Evakuierung der Atmosphäre mittels eines
Rohres 97, Fig. 7, von zwischen dem Behälter 86 oder der
Bedeckung 94 und dem Bezug 80 auf der
Läufersubstratdichtungsoberfläche 58. Block 98 zeigt den
vierten Schritt in dem Behandlungsverfahren, heisses
isostatisches Pressen des Läufersubstrats 74 und des darauf
liegenden Bezugs 80, die von dem Behälter 86 oder der Bedeckung
94 eingeschlossen sind, um den Bezug 80 zu im wesentlichen
seiner ganzen theoretischen Dichte (höher als 99%) zu
verdichten, und den Bezug an die Oberfläche 58 des
Läufersubstrats 74 in dem Spalt 78 darauf metallurgisch zu
binden. Im besonderen werden das Läufersubstrat 74 mit dem
darauf liegenden Bezug 80 in eine konventionelle heisse
isostatische Presse (nicht gezeigt) gebracht, und einem hohen
Druck-Temperatur-Kreislauf unterzogen. Das Material des
Behälters 86 oder der Bedeckung 94 sind fähig, dem hohen Druck-
Temperatur-Kreislauf zu widerstehen. Vorzugsweise wird das
heisse isostatische Pressen bei einer Temperatur in dem Bereich
von 1000 bis 1300 Grad C und einem Druck in dem Bereich von 700
bis 2110 kg/cm² durchgeführt.
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Block 100 in Fig. 6 beschreibt den fünften Schritt in dem
Behandlungsverfahren der Abkühlung des Läufersubstrats 74 mit
dem darauf liegenden Bezug 80, die von dem Behälter 86 oder der
Bedeckung 94 eingeschlossen sind. Um Probleme, die mit den
differentiellen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
Substrats und des Bezugs in Zusammenhang gebracht werden, zu
vermeiden, sollte die thermische Abkühlung auf ungefähr 100
Grad C pro Stunde kontrolliert werden. Mit anderen Worten wird
die Abkühlung bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 100 Grad C
pro Stunde durchgeführt.
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Nach Beendigung der Kompressions- und der Abkühlungsschritte
werden der Behälter 86 oder die Bedeckung 94 entfernt, wie von
Block 102 gezeigt, der den sechsten Schritt des
Behandlungsverfahrens in Fig. 6 zeigt. Das Läuf ersubstrat 74
und der Bezug 80 werden dann gereinigt und maschinell
nachbearbeitet.
Testergebnisse
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Beim Experimentieren wurden drei Coupons benutzt, um den
Dichtungsläufer mit dem darauf liegenden Bezug zu simulieren.
Jeder Coupon hatte einen Durchmesser von ungefähr 7,6 cm und
war 1,3 cm dick, und war maschinell hergestellt, um einen 1,3
cm weiten, 0,178 mm Spalt auf einer Seite zu liefern.
Chromkarbid wurde auf den Spalt gegeben, um die Reaktor-
Kühlpumpendichtungsoberfläche mittels eines
Detonationsgeschützes zu bilden, Und der Bezug wurde mittels
etablierter Verfahren maschinell hergestellt.
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Coupon Nr. 1 wurde als Kontrollprobe benutzt; Coupons Nr. 2 und
3 wurden benutzt, um die Ideen der vorliegenden Erfindung zu
zeigen. Coupon Nr. 2 wurde in eine Dose aus rostfreiem Stahl
eingebaut, wobei Keramikpulver benutzt wurde, um das Werkstück
von dem Dosenmaterial zu isolieren. Die Dose wurde dann
evakuiert, und bei 200 Grad C für vier Stunden in einem Vakuum
von ungefähr 2 x 10&sup5; Pa (0,15 x 10&supmin;&sup6; mm) gehalten und
abgedichtet.
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Der "dosierte" Coupon Nr. 2 wurde dann mit dem "nicht
dosierten" Coupon Nr. 3 bei 1300 Grad C und 1760 kg/cm² für
zwei Stunden durch heisses isostatisches Pressen behandelt. Der
Ofen für das heisse isostatische Pressen wurde mit einer
Geschwindigkeit von ungefähr 100 Grad C pro Stunde auf
Zimmertemperatur abgekühlt, bevor die beiden Proben entfernt
wurden.
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Coupon Nr. 2 wurde aus dem Behälter genommen, und es wurde von
Messungen der Bezugsdichte (vor und nach dem heissen
isostatischen Pressen) beobachtet, dass die Dichtung verdichtet
war. Andererseits trennte sich der Bezug in Coupon Nr. 3 (der
nicht dosiert war) ab und trug ab, was den Bedarf nach
"Dosierung" zeigte, um ein einheitliches Produkt zu erhalten.
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Coupon Nr. 1 (die Kontrollprobe) und Coupon Nr. 2 wurden dann
einem beschleunigten Laborkorrosionstest in einer Schwefel- und
Chlorlösung unterzogen. Diese Lösung verstärkt tatsächliche
Bedingungen sehr, ist aber notwendig, um Blasenbildung, die auf
RKP-Dichtungsläufer und Einsatzoberflächen beobachtet wurde, zu
beschleunigen. Die Coupons wurden zwischendurch alle 500
Stunden gewogen. Obwohl Coupon Nr. 1 Gewichtsverlust bei 500
Stunden zeigte, wurde in dem heiss isostatisch gepressten
Coupon Nr. 2 keine Gewichtsänderung für länger als 3000 Stunden
beobachtet, was sehr überzeugend zeigt, dass der
Korrosionswiderstand durch einen Faktor von wenigstens sechs
verbessert wurde.
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Figuren 9 und 10 sind Photomikrographen von Querschnitten durch
nicht heiss isostatisch gepresste und heiss isostatisch
gepresste Bezüge bei 500-facher Vergrösserung in dem ungeätzten
Zustand. Man glaubt, dass der Dickenunterschied von 0,012 mm
auf Verdichtung beruht. Die poröse Natur des nicht heiss
isostatisch gepressten Bezugs kann in Fig. 9 deutlich gesehen
werden, während in dem heiss isostatisch gepressten Bezug in
Fig. 10 keine Poren beobachtet werden können. Was in Fig. 10
wie Poren aussieht, sind tatsächlich Unterschiede in der Atzung
des Bezugsmaterials.