DE69621283T2

DE69621283T2 - Spaltrohrmotor-Tauchmischpumpe

Info

Publication number: DE69621283T2
Application number: DE69621283T
Authority: DE
Inventors: Richard F Guardiani; Richard Duane Pollick
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2016-02-23
Also published as: CA2170831A1; US5674057A; DE69621283D1; EP0740079A1; EP0740079B1

Description

Die vorliegende Patentanmeldung gehört zu zwei gemeinsam dem gleichen Eigentümer zugeordneten und gehörenden Patentanmeldungen mit dem Titel "A Submersible Canned Motor Transfer Pump" und "A Variable Level Suction Device", die gleichzeitig mit der vorliegenden Patentanmeldung beantragt wurden.

DER ERFINDUNG ZUGRUNDELIEGENDER ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motor-Mischpumpe und insbesondere eine Spaltrohrmotor-Tauchmischpumpe, die hochgradig radioaktiven Flüssigabfall oder Schlamm in einem Abfalltank mischt.

Hintergrund der Information

Motormischpumpen werden benutzt, um hochgradig radioaktiven Flüssigabfall in einem Abfalltank beweglich zu machen oder zu mischen, der etwa 15,25 bis 18,3 m (50 bis 60 ft) tief liegt und einen Durchmesser von etwa 22,85 m (75 ft) bis etwa 25,0 m (85 ft) aufweist, mit einem Flüssigkeits-Fassungsvermögen von etwa 3800 Kiloliter (1 Million Gallonen). Der Flüssigabfall wird mit einer Förderpumpe aus dem Tank gepumpt und kann in einen anderen Tank umgepumpt werden oder die Flüssigkeit kann von dem festen radioaktiven Abfall abgetrennt werden, der verglast und in Behälter verbracht wird, die dann im allgemeinen in unterirdischen Betongewölben verstaut werden.
Zur Zeit haben Mischpumpen einen luftgekühlten Motor, der auf einer Steigleitung einer Länge von 61 cm (24 Zoll), 87 cm (34 Zoll) oder 107 cm (42 Zoll) oben auf dem Abfalltank montiert ist. Zum Anpassen an die Öffnungen verschiedener Größe in der Steigleitung werden im allgemeinen Mischpumpen verschiedener Größen benutzt, wie im Fachbereich wohlbekannt ist. Die Standleitung weist eine Öffnung und einen Befestigungsflansch auf der Standleitung auf und senkt eine Transmissionswelle durch die Öffnung ab und läßt sie mit einer Einschublänge von bis zu etwa 17,7 m (58 ft) in den Tank hängen zum Bewegen des Flüssigabfalls im Tank. Die Umgebung, in der die Mischpumpe arbeitet, ist extrem abschleifend und feindlich, weil die Strahlungseinwirkung auf die Komponenten der Mischpumpe bis etwa 300 Megarad Gammastrahlung beträgt. Dieser radioaktive Flüssigabfall hat einen pH über 9,0; eine absolute Viskosität von 1,0 bis 50,0 Cp; eine volumenbezogene Masse von etwa 1,0 bis 1,7; eine Temperatur von etwa 90ºC; und eine relative Feuchtigkeit von bis zu 100%. Zusätzlich besteht dieser Flüssigabfall in der Hauptsache aus unlöslichen Oxiden und Hydroxiden von Aluminium, Eisen, Mangan und Zirkonium in Wassergemischen mit bis zu 50 Vol.% Feststoff. Diese festen Partikel können einen Durchmesser von bis zu 1,016 mm (0,040 Zoll) aufweisen.
Diese derzeitigen Mischpumpen mit einem luftgekühlten Motor zum Antrieb einer Transmissionswelle von außerhalb des Abfallstanks verwenden eine Säule, die die Transmissionswelle zum Tank aufnimmt und mit unter Druck stehendem Wasser gefüllt ist. Mindestens 5 oder mehr Lagersätze sind auf der Transmissionswelle montiert zum Aufnehmen der radialen Belastungen, die auf die lange Transmissionswelle einwirken, und das Druckwasser in der Säule wird zum Schmieren der Lager benutzt. Mechanische Dichtungen werden oben und unten an der Transmissionswelle benötigt, damit verhindert wird, daß die unter Druck stehende Flüssigkeit in der Säule in den Tank austritt und daß der Flüssigabfall im Tank in die Säule eindringt. Ferner besteht die Säule aus mehreren Rohrteilen mit Flanschen, die zusammengesetzt sind und dazu Dichtringe oder Abdichtungen benutzen, und die Transmissionswelle besteht aus mehreren Wellenteilen, die in Abständen von etwa 3,048 m (10 ft) gekoppelt sind. Die Lager sind an den Säulenrohr-Verbindungsstellen angeordnet.
Diese derzeitige Konstruktion einer Mischpumpe weist verschiedene Nachteile auf; einer davon ist, daß sie nur eine sehr kurze Lebensdauer hat, weil sie nur 100 Stunden Betriebszeit hat, bevor die Pumpe instandgesetzt oder ausgewechselt werden muß. Ein weiterer Nachteil ist, daß das Druckwasser in der Säule zum Schmieren der Lager aus der Säule ausleckt und in die verschmutzte Flüssigkeit im Abfallstank sickert und somit die Menge der verschmutzten Flüssigkeit vergrößert, die aus dem Tank abgepumpt und bearbeitet werden muß. Ein weiterer Nachteil ist, daß die lange Transmissionswelle eine schlechte Rotordynamikleistung aufweist. Wenn bei einem Mehrfachlagersystem, wie bei den heutigen Mischpumpen, ein Lager verschleißt, erhöht das die Wellenschwingungen beträchtlich. Das Ausrichten eines Mehrfachlagersystems ist schwierig. Ein oder zwei Lager sind immer stark belastet und verschleiß- und störungsanfällig. Die Mischpumpe hat Dichtungen, die gewartet werden müssen. Die Dichtungen sind Reibflächendichtungen, die mit der Zeit verschleißen, insbesondere wenn Abriebpartikel vorhanden sind. Diese Dichtungen müssen entweder ausgewechselt werden, was bei einer radioaktiven Pumpe schwierig ist, oder die Pumpe muß ausgesondert werden, wenn die Dichtungen zu stark lecken.
Spaltrohrmotoren sind im Fachbereich wohlbekannt. In diesem Zusammenhang wird auf Patent US-A-4747757 auf dem Stand der Technik verwiesen, das eine Tauch-Motormischpumpe mit Zufuhr von unten offenbart, die eine Doppelschnecken-Zentrifugalpumpe beinhaltet, die ein Paar vertikaler Durchgänge beschickt, die ihrerseits eine ringförmige Kammer um den Motorstator herum zum Kühlen speisen. Die Ringkammer weist partielle Trennwände zwischen den Kammereingängen und den Kammerausgängen auf, die zu Strahldüsen führen, so daß eine vorgegebene Flüssigkeitshöhe in der Kammer gewahrt ist.
Ferner wird Bezug genommen auf die Patente US-A-5185545, US- A-5220231, US-A-5101128, US-A-5252875 und EP-A-0447106 auf dem Stand der Technik, die sich auf Unterwassermotor- Antriebseinheiten beziehen oder diese offenbaren.
Trotz der Existenz der bekannten Pumpenanordnungen bleibt immer noch ein Bedarf an Mischpumpen, die benutzt werden, um hoch-radioaktiven Flüssigabfall in einem Abfalltank in Bewegung zu versetzen, die eine längere mechanische und elektrische Lebenserwartung aufweisen als derzeitige Konstruktionen für Mischpumpen.
Es gibt noch weiteren Bedarf nach einer Mischpumpe, die in der hier vorstehend diskutierten Umgebung benutzt wird und die im Vergleich zu derzeitigen Mischpumpen eine verbesserte dynamische Leistung aufweist, und bei der keine Dichtungen benötigt werden, um das Austreten bzw. Aussickern von Flüssigkeit in die lange Säule zu verhindern, die die Transmissionswelle aufnimmt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Mischpumpe zum Mischen hoch-radioaktiven Flüssigabfalls oder Schlamms in einem Abfalltank erfüllt die obigen Bedürfnisse.
Die Mischpumpe der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Säule, die einen Spaltrohr-Elektromotor unten in einem Abfalltank positioniert. Der Motor ist gekapselt in einem Gehäuse, das mit einer Säule verbunden ist und einen gekapselten Stator, einen gekapselten Rotor und eine drehende Welle mit einem mit der Welle verbundenen Flügelrad aufweist. Eine radiale Lagerbaugruppe ist an einem Ende der Welle vorgesehen. Eine Lagerbaugruppe und eine Drucklager-Baugruppe sind am anderen Ende der Welle vorgesehen. Das Flügelrad ist gekapselt in einem Gehäuse, das Ansaugmittel zum Ansaugen des Flüssigabfalls in das Gehäuse, und Strahldüsen zum Ausstoßen eines Teils des Flüssigabfalls zurück in den Tank beinhaltet. Ein Teil des Flüssigabfalls, der nicht aus den dem Gehäuse gedrückt wird, wird vom Flügelrad zwangsläufig nach oben zum Schmieren der Lagerbaugruppen in den Elektromotor, und zum Kühlen des Motors in einen Ringspalt, der zwischen dem gekapselten Rotor und dem gekapselten Stator gebildet wird, gedrückt. Mindestens die radialen Lagerbaugruppen sind vom hart aufeinanderliegenden Typ, wobei die Lagerelemente vorzugsweise aus Wolframkarbid bestehen und deren Lageroberflächen dazu dienen können, große Feststoffpartikel des Flüssigabfalls zu zerreiben, die durch die Prozeßflüssigkeit auf ihrem Weg zwischen den Lagerflächen hindurchgedrückt werden. In den statischen Lagergliedern der radialen Lagerflächen sind vorzugsweise Rillen vorgesehen, so daß die großen Feststoffpartikel in den Rillen zerrieben und zur ordnungsgemäßen Entsorgung durch die Rillen gedrückt werden.
Die Drehzahl des Flügelrads und die Konstruktion der Ansaugmittel und der Strahldüsen ist so, daß ein Teil des Flüssigabfalls nach oben in die Lagerbaugruppen und in den Elektromotor gedrückt wird, um die Lagerbaugruppen zu schmieren und den Motor zu kühlen.
Auch ein Säuberungssystem ist vorgesehen, um die Flüssigabfall-Durchflußwege unter bestimmten Bedingungen zu säubern, wie z. B. wenn die Mischpumpe längere Zeit nicht mehr benutzt wurde. Die Säule haltert das Säuberungssystem und trägt Stromkabel für einen elektrischen Anschluß zum Motor. Ein Spritzsystem führt frisches Wasser in einen Spritzring, der in den Ansaugmitteln angeordnet ist.
Es ist also eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mischpumpe vorzusehen, die einen Spaltrohr-Motor aufweist, der in Flüssigabfall getaucht ist und den Flüssigabfall zum Kühlen des Motors und zum Schmieren der Lager verwendet.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine verbesserte Mischpumpe vorzusehen, die in einem Abfalltank eingesetzt wird, der hochradioaktiven Flüssigabfall enthält und einen untertauchbaren Spaltrohr-Motor aufweist, der durch den Flüssigabfall gekühlt wird, sowie Lagerbaugruppen vom Ölfilmtyp, die mit Flüssigabfall geschmiert werden.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Mischpumpe vorzusehen, die in einem abschleifenden, hochradioaktiven Milieu benutzt wird, und die eine höhere Betriebslebensdauer aufweist als Mischpumpen auf dem Stand der Technik.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Mischpumpe vorzusehen, die einen "Spaltrohr-Motor" in der Nähe eines Flügelrads positioniert, das etwas Flüssigabfall einsaugt und ausstößt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Mischpumpe bereitzustellen, die den Flüssigabfall zum Schmieren der Radial- und Drucklagerbaugruppen benutzt, die harte aufeinanderliegende Lagerglieder mit Oberflächen aufweisen, die zwischen sich einen Ölfilm zum Schmieren ausbilden, wobei die harten aufeinanderliegenden Lagerflächen ferner die Wirkung haben, daß sie große Flüssigabfallpartikel im Flüssigabfallstrom zerreiben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, eine Mischpumpe bereitzustellen, die eine "Mahl- Vorrichtung" beinhaltet, die von Anfang an größere Abfallpartikel zerreibt, bevor sie in die Lagerbaugruppen eintreten können.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischpumpe vorzusehen, die Schleifmittel zum Zermahlen und/oder Ausstoßen großer Partikel eines Flüssigabfalls vorsieht, bevor diese in die Lagerbaugruppen und/oder die Elektromotormittel eindringen können, so daß nur Partikel, die kleiner sind als die radialen und/oder axialen Zwischenräume im System mit dem bearbeiteten Flüssigkeitsstrom durch das System strömen können, und somit Schäden an der Mischpumpe vermieden werden und/oder die Wahrscheinlichkeit für die Unterbrechung des Betriebs der Mischpumpe vermindert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein volles Verständnis der Erfindung kann gewonnen werden aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen, in denen
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Abfalltanks ist, die verschiedene Vorrichtungen darstellt einschließlich einer Mischpumpe auf dem Stand der Technik, mit einer Transmissionswelle, die sich nach unten in einen Abfalltank erstreckt;
Fig. 2 ist eine Prinzipskizze einer Mischpumpe auf dem Stand der Technik aus Fig. 1;
Fig. 3 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Mischpumpe der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Querschnitts-Teilansicht des Elektromotormittels und der Flügelradbaugruppe in Fig. 3;
Fig. 5 ist eine Querschnitts-Teilansicht, das die Stator- Baugruppe des Elektromotormittels in Fig. 4 zeigt;
Fig. 6 ist eine Querschnitts-Teilansicht, das die Rotor- Baugruppe des Elektromotormittels in Fig. 4 zeigt;
Fig. 7 ist eine vergrößerte Querschnitts-Teilansicht, die den oberen Teil der Mischpumpe der Fig. 3 zeigt;
Fig. 8 ist eine vergrößerte Querschnitts-Teilansicht, die die Flußpfade für den Flüssigabfall und für das Frischwasser durch die Flügelrad-Baugruppe und das Elektromotormittel der Mischpumpe der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Draufsicht auf die äußeren statischen Lagerteile für die Radiallager-Baugruppen; und
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht der äußeren Lagerglieder, gezeigt entlang der Linie 10-10 in Fig. 9.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Nehmen wir zunächst Bezug auf Fig. 1; dort ist eine Mischpumpe 1 auf dem Stand der Technik in einem Abfalltank 3 zum Mischen oder Rühren hochradioaktiven und abschleifenden Abfalls 2 aus Tank 3 gezeigt, wobei der Flüssigabfall 2 Schlamm 2a auf dem Boden des Tanks 3 sowie eine Flüssigkeit in Höhe der Linie 2b enthält.
Weitere Vorrichtungen, deren Betrieb und Funktion im Fachgebiet zum Verarbeit en von Flüssigabfall 2 in Tank 3 der Fig. 1 wohlbekannt sind, beinhalten eine Förderpumpe 6, die den Flüssigabfall 2 aus dem Tank 3 pumpt, Luftheber-Umwälzer 8 und 10, eine Dampfsäule 12 und einen Thermoelementenbaum 14, der durch eine Trockenwand 16 vom Luftumwälzer 10 getrennt ist.
Nehmen wir jetzt Bezug auf Fig. 2; die Mischpumpe 1 der Fig. 1 kann so ähnlich sein wie oben besprochen. Mischpumpe 1 ist montiert auf einer Steigleitung 5, die oben auf der Abdeckung 7 eines Abfalltanks 3 getragen wird. Die Steigleitung 5 besteht aus einem unteren Steigleitungsglied 9, das von der Abdeckung 7 des Abfalltanks 3 getragen wird, einer Drehscheibe 11, die auf der unteren Steigleitung 9 ruht, und einem oberen Steigleitungsglied 13, das einen luftgekühlten Elektromotor 15 trägt.
Über eine starre Kupplung 17 mit einer Ausgangswelle (nicht dargestellt) des Motors 15 verbunden ist eine Transmissionswelle 19, die aus einer Vielzahl von Einzelwellenabschnitten, deren einer mit der Bezugszahl 21 gekennzeichnet ist, und aus verschiedenen Lagerbaugruppen, von denen eine mit der Bezugszahl 23 gekennzeichnet ist, besteht. Die Transmissionswelle 19 hat eine obere mechanische Abdichtung 25 und eine untere mechanische Abdichtung 27, und ist in einer Säulenbaugruppe 29 untergebracht, die aus einer Vielzahl geflanschter Säulenabschnitte besteht, von denen einer mit Bezugszahl 28 gekennzeichnet ist. Die geflanschten Säulenabschnitte 28 haben jeweils zwischen den Flanschen eine Kohlenmuffe. Am unteren Ende der Säulenbaugruppe 29 sitzt eine Flügelradbaugruppe 31 mit einem Flügelrad 33, das mit der Transmissionswelle 19 verbunden ist, wobei die Flügelradbaugruppe 31 und die Transmissionswelle 19 im wesentlichen von der Drehscheibe 11 rotiert werden.
Die Flügelradbaugruppe 31 weist einen Flüssigabfall-Ansaugeingang (nicht dargestellt) auf mit einem Ansaugsieb 35 und einander diametral gegenüberliegenden Strahldüsen 37 und 39.
Die Länge jedes Wellenstückabschnitts beträgt etwa 3,05 m (10 ft), die Länge jedes Säulenabschnitts 28 beträgt etwa 1,5 m (5 ft), und die Länge der Säulenbaugruppe 29 einschließlich Flügelradbaugruppe 31 beträgt etwa 13,7 m (45 ft).
Der Motor 15 hat ein Drehgelenk 41, einen elektrischen Schleifring 43 und eine Regenschutzabdeckung 45, und eine Stromversorgung von etwa 460 Volt. Wasser wird unter Druck über das Drehgelenk 41 zu der Mischpumpe 1 geführt. Dieses Druckwasser ist erforderlich zum Kühlen und/oder Schmieren der Transmissionswelle 19, der Kohlenmuffen zwischen den geflanschten Säulenabschnitten 28 und der oberen und der unteren mechanischen Dichtung 25 bzw. 27.
Das obere Steigleitungsglied 13 wirkt als eine sekundäre Sicherheitshülle für das Austreten Von Strahlung aus dem Abfalltank 3, und das untere Steigleitungsglied 9 wirkt als Sprühkammer für die Dekontaminierung, wenn die Mischpumpe 1 aus dem Abfalltank 3 herausgenommen wird.
Fig. 2 stellt eine typische herkömmliche Mischpumpe dar und weist alle bzw. verschiedene Nachteile auf, die vorstehend diskutiert wurden.
Die Fig. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 stellen eine Mischpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 3 wird die Mischpumpe 47 im Gebrauch in einem Abfalltank 49 im Boden gezeigt und enthält einen hochradioaktiven Flüssigabfall mit einer Gammastrahlung von etwa 300 Megarad, wobei der Flüssigabfall in der Hauptsache aus unlöslichen Oxiden/Hydroxiden von Aluminium, Eisen, Mangan und Zirkonium im Gemisch mit Wasser bis zu 50 Vol.% Feststoffen besteht. Dieser Flüssigabfall muß zunächst von der Mischpumpe 47 gemischt oder aufgerührt werden und dann durch die Förderpumpe (nicht gezeigt) aus dem Abfalltank 49 gepumpt werden, ähnlich wie es vor kurzem in einer Patentanmeldung geoffenbart wurde unter dem Titel: "A Submersible Canned Motor Transfer Pump", und wobei der Flüssigabfall schließlich in einem Verglasungsprozeß umgewandelt wurde.
Der Abfalltank 49 kann ein Flüssigkeitsfassungsvermögen von etwa 3780 Kiloliter (eine Million Gallonen) haben, ist etwa 18,3 m (60 ft) tief und hat einen Innendurchmesser von etwa 22, 85 m (75 ft) bis 25, 9 m (85 ft).
Die Mischpumpe 47 besteht aus einer Säulenbaugruppe 51, einem Gehäusemittel 53, das mit der Säulenbaugruppe 51 verbunden sind, und einer Flügelradbaugruppe 55, die an das Gehäusemittel 53 montiert ist.
Wie besonders in Fig. 4 und 5 dargestellt ist, umschließt das Gehäusemittel 53 ein Elektromotormittel 57, das das Antriebsmittel für die Mischpumpe 47 ist, und besteht aus einer Statorbaugruppe mit einem ringförmigen äußeren Mantel 59, einem oberen ringförmigen Verschlußglied 61, und einem unteren ringförmigen Verschlußglied 63, die beide, wie unter Bezugsnummern 65 und 67 in den Fig. 4 und 5 gezeigt wird, mir den Enden des ringförmigen Mantels 59 verschweißt sind, und einer inneren ringförmigen Statorkapsel 69, die mit dem oberen und dem unteren Verschlußglied 61 und 63 verbunden ist.
Das Elektromotormittel 57 weist eine "gekapselte" Statorbaugruppe auf, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt wird, sowie eine "gekapselte" Rotorbaugruppe, wie insbesondere in Fig. 6 gezeigt wird, die im Fachgebiet für Elektromotoren wohlbekannt sind, und die "gekapselt" sind, damit keine Flüssigkeit in Berührung mit den elektrischen Komponenten kommen kann. Die Kapsel 69 für die Statorbaugruppe in Fig. 5 und die Rotorkapsel 71 für die Rotorbaugruppe in Fig. 6 bestehen aus einem korrosionsbeständigen Materialtyp, wie HASTELLOY® C267, das allgemein eine Spezialstahllegierung ist und von der Cabot Corporation bezogen werden kann.
Die Kapseln 69 bzw. 71 der Stator- und Rotor-Baugruppen der Fig. 5 und 6 werden eingepaßt und an ihre entsprechenden Gehäuse geschweißt, nachdem die Rotorbaugruppe und die Statorbaugruppe elektrisch angeschlossen sind. Die Kapseln 69 und 71 ermöglichen es, daß der Flüssigabfall, der von der Mischpumpe 47 bearbeitet wird und anschließend als "bearbeitete Flüssigkeit" angezogen werden kann, in den von der gekapselten Statorbaugruppe und der gekapselten Rotorbaugruppe gebildeten Ringraum fließt, um das Elektromotormittel 57 zu kühlen, wie später noch in weiteren Einzelheiten besprochen wird.
Das Elektromotormittel 57 kann ein Kurzschlußläufermotor vom Induktionstyp sein. Die Statorwicklung 73 (Fig. 4 und 5) und die Ankerkerne (nicht dargestellt) können eine Siliziumstahl- Kaschierung sein, und der Ankerkern 75 (Fig. 4 und 5) besteht aus beliebig gewickelten Spulen.
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist die Anwendung von zwei Mischpumpengrößen für die drei Steigleitungen unterschiedlicher Größe in einem Abfalltank. Für eine kleinere Mischpumpe 47 ist das Elektromotormittel 57 vorzugsweise eine 250 HP 10-polige Maschine, die mit 648 Umdrehungen pro Minute (U/min) mit 460 V, dreiphasigem Wechselstrom, 60 Hz, Stromzuführung arbeitet. Für eine größere Mischpumpe ist das Elektromotormittel 57 vorzugsweise eine 250 HP 6-polige Maschine, die bei 1155 U/min mit einer 60 Hz Stromzuführung arbeitet.
Die elektrische Stromzuführung zum Elektromotormittel 57 wird zur Statorbaugruppe der Fig. 4 und 5 mittels eines Stromkabels verwirklicht, wie in Fig. 3 dargestellt ist, das sich durch ein in das obere ringförmige Verschlußglied 61 eingeschweißtes Rohr 77 (Fig. 4) erstreckt.
Wie insbesondere in Fig. 4 gezeigt wird, bilden Kapsel 69 und Außenmantel 59 für die Statorbaugruppe einen ringförmigen Hohlraum 79. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr von den Endwindungen der Statorwicklung 73 und zur Verhinderung des Eindringens von Luft oder Feuchtigkeit in den ringförmigen Hohlraum 79 wird der ringförmige Hohlraum 79 komplett bis zum oberen Verschlußglied 61 mit einem Sand-Silizium-Lackgemisch vergossen, das im allgemeinen um die Wicklungen 73 gebrannt wird, um einen harten, wärmeleitenden Feststoff zu bilden. Ansonsten wird die Statorbaugruppe der Fig. 3-5 hinreichend gekühlt durch die bearbeitete Flüssigkeit, die über die Außenfläche der Statorkapsel 69 strömt, wie später noch näher ausgeführt wird.
Die typische Isolierung des Ankerkerns 75 und das Vergießen im Statorhohlraum 79 bildet ein Isolierungsystem für das Elektromotormittel 57, das von den Erfindern als mehr als ausreichend erachtet wird als Schutz gegen eine Strahlung von 300 Megarad, die vom Flüssigabfall im Tank 49 ausgeht, die für eine über 10-jährige Betriebslebensdauer der Mischpumpe 47 erwartet wird.
Das Isoliersystem wurde getestet mit einer Strahlungshöhe von 1000 Megarad und zeigte keine signifikante Reduktion der elektrischen Leistung des Elektromotormittels 57. Die Isolierung für den Anker 75 kann auch aus Glimmer oder Glas bestehen.
Nehmen wir jetzt Bezug auf die Fig. 3, 4 und 6 und insbesondere auf Fig. 6; die Rotorbaugruppe des Elektromotormittels 57 besteht aus einem Rotor (nicht dargestellt) in Kapsel 71, Welle 81, die sich durch die Rotorkapsel 71 erstreckt, Lagerzapfen 83 und 85, die an den Enden der Welle 81 befestigt sind, und Flügelrad 87.
Der Rotor (nicht dargestellt) in der Rotorkapsel 71 der Rotorbaugruppe ist vorzugsweise magnetisch und weist im Rotor spanabhebend herausgearbeitete Rillen für die Rotorstäbe auf. Der Rotor hat vorzugsweise Kupferstäbe und Endringe, die miteinander hartverlötet sind, um die herkömmliche Kurzschlußläufer-Baugruppe zu bilden. Die Rotorkapsel 71 ist an die Welle 81 geschweißt, um die Kurzschlußläufer-Komponenten des Rotors gegen die bearbeitete Flussigkeit hermetisch abzudichten und zu isolieren. Die Rotorkomponenten in der Rotorkapsel 71 werden von der bearbeiteten Flüssigkeit gekühlt, die über die Welle 81 und in den Ringraum fließt, der von der Statorkapsel 69 und der Rotorkapsel 71 gebildet wird; das wird später noch eingehend besprochen.
Nehmen wir jetzt insbesondere Bezug auf Fig. 4; sowohl das obere als auch das untere Ende der Welle 81 beinhalten die Lagerzapfen 83 bzw. 85. Der obere Lagerzapfen 83 beinhaltet eine Radiallagerbaugruppe 89, der untere Lagerzapfen 85 beinhaltet eine Radiallagerbaugruppe 91 und eine Drucklagerbaugruppe 92.
Die Lagerzapfen 83 und 85 werden vorzugsweise aus hartem Material hergestellt, wie z. B. Wolframkarbid, und bilden die Drehlagerglieder 83a, 85a mit Lagerflächen für Radiallagerbaugruppen 89 bzw. 91 in Fig. 4. Die Lagerzapfen 83 und 85 sind an ihren Enden geschlitzt, und jeder Lagerzapfen ist Arial und radial an der Welle 81 befestigt mit einem mit Sicherungsblech versehenen Haltering (nicht dargestellt), der auf die Welle 81 aufgeschrumpft und daran befestigt ist.
Radiale Lagerbaugruppen 89 und 91, wie am besten in Fig. 4 gezeigt wird, enthalten ferner ein stationäres Lagerglied 83b bzw. 85b, das an den Lagerglieder 83a, 85a der Lagerzapfen 83 bzw. 85 auf der Rotorwelle 81 läuft, wobei die statischen Lagerglieder 83b und 85b auf einem ringförmigen Gehäuse 93 bzw. 95 montiert sind. Vorzugsweise sind die statischen Lagerglieder 83b, 85b aus hartem Material, wie Wolframkarbid, gefertigt und werden mittels eines Schrumpfsitzverfahrens auf die ringförmigen Gehäuse 93 bzw. 95 aufgesetzt.
Die von den Wellenzapfen 83 und 85 und den Lagergliedern 83a, 83b, 85a und 85b für die Radiallagerbaugruppen 89 und 91 gebildeten Lagerspannweiten sind verhältnismäßig kurz, und somit kann die erforderliche Ausrichtung für diese beiden Lagerbaugruppen 89 und 91 beim Fertigungsprozeß gesteuert werden, und daher ist kein Selbstausrichtungsmerkmal für Lagerbaugruppen 89 und 91 erforderlich. Das heißt, die Toleranzen für die Lagerglieder 83a, 83b, 85a, 85b begrenzen die Winkelversatz zwischen diesen Gliedern, wenn der Außendurchmesser, der Innendurchmesser und die Konzentrizität dieser Lagerglieder gesteuert werden. Die Konfiguration und die Länge der Wellenzapfen 83 und 85 sowie die Anordnung der statischen Lagerglieder 83b und 85b mit den rotierenden Lagergliedern 83a und 83b erzeugen eine auf einem Flüssigkeitsfilm laufende und selbstschmierende Lagerbaugruppe für radiale Lagerbaugruppen 89 und 91, die die Notwendigkeit für rotierende Dichtungen, sich berührende Lager und/oder gesonderte Schmiersystem ausschließen, die im allgemeinen bei Radiallagerbaugruppen auf dem Stand der Technik erforderlich sind.
Wie in den Fig. 9 und 10 ersichtlich, haben die statischen Lagerglieder 83b und 85b axial verlaufende Rillen, von denen einige bei 88 angezeigt werden, die ermöglichen, daß Feststoffpartikel des Flüssigabfalls im Tank 49 der Fig. 3, die größer sind als die radialen Freiräume zwischen den Lagergliedern 83a und 83b und zwischen den Lagergliedern 85a und 85b in den Rillen 88 zermahlen werden und anschließend durch die Radiallagerbaugruppen 89 und 91 und hinaus aus denselben laufen. Wie in Fig. 10 gezeigt wird, sind diese Rillen in den Innenflächen der Lagerglieder 83b und 85b eingearbeitet und sind darin Axialnute. Vorzugsweise ist die Tiefe der Axialrillen 88 kleiner als der Freiraum oder Ringraum, der von der Statorkapsel 69 und Rotorkapsel 71 gebildet wird. Die Tiefe der Rillen ist etwa 3,556 mm (0.14 Zoll) und ihre Breite ist etwa 8,89 mm (0.35 Zoll). Auch wenn die Rillen 88 als Axialnute relativ zu den Lagergliedern 83B und 85B dargestellt sind, so muß doch berücksichtigt werden, daß diese Rillen auch schraubenförmige oder schräglaufende Rillen sein können. Vorzugsweise haben rotierende Lagerglieder 83a, 85a eine kontinuierliche Innenfläche entlang ihrer Länge.
Wie am besten in Fig. 4 gezeigt wird, ist das ringförmige Gehäuse 93 mit dem oberen Verschlußglied 61 verschraubt, und das ringförmige Gehäuse 95 ist mit dem unteren Verschlußglied 63 verschraubt. Die ringförmigen Gehäuse 93 bzw. 95 der radialen Lagerbaugruppen 89 bzw. 91 sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt.
Am unteren Lagerzapfen 85 der unteren Radiallagerbaugruppe 91 gelegen und auf Welle 81 montiert ist die Drucklagerbaugruppe 92. Die Drucklagerbaugruppe 92 besteht aus einem Schubläufer 97, der durch einen Keil 99 radial an der Rotorwelle 81 befestigt ist und der axial durch eine Schubläuferwellenmutter 101 an der Welle 81 befestigt ist. Die Drucklagerbaugruppe 92 enthält ferner Schub-Gleitschuhe, angezeigt unter Bezugszahlen 103 und 105 in Fig. 4, über das nachstehend Näheres erklärt wird.
Der Schubläufer besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl und enthält einen kontinuierlichen Ring 109, der auf seiner Unterseite liegt und, wie besonders in Fig. 4 gezeigt wird, der auf den Schub-Gleitschuhen 103 und 195 läuft. Dieses Lagerglied 109 des Schubläufers 97, sowie die Schub-Gleitschuhe 103 und 105 sind vorzugsweise aus einem harten Material wie z. B. Wolframkarbid oder Siliziumkarbid gefertigt. Das Ringlagerglied 109 ist an der Unterseite des Schubläufers 97 durch einen Schrumpfsitzprozeß befestigt. Die Schubgleitschuhe 103 und 105 sind auf einer unteren Endplatte 111 montiert, die an das untere ringförmige Verschlußglied 63 geschraubt ist, wie man am besten in Fig. 4 sieht. Wie im Falle der radialen Lagerbaugruppen 89 und 91, steuern der Fertigungsprozeß der Schub-Gleitschuhe 103 und 105 und das Schublagerglied 109 der Schublagerbaugruppe 91 durch geeignete Toleranz die Lagerausrichtung ohne Bedürfnis nach einer Selbstausrichtung der Schublagerbaugruppe 92, so daß der Winkelversatz an der Schublagerbaugruppe 92 akzeptabel ist.
Die hart auseinanderlaufenden Radiallagerbaugruppen 89 und 91 benutzen, wie vorstehend besprochen, axial Rillen in den Lagergliedern 83b und 85b, die sich auf den Innenflächen entlang ihrer entsprechenden Lägen erstrecken, wie in den Fig. 9 und 10 besonders gezeigt wird, und die ermöglichen, daß die größeren Partikel des Flüssigabfalls, die in die Radiallagerbaugruppen 89 und 91 eintreten, durch die Prozeßflüssigkeit ohne Schaden für die Komponenten der Mischpumpe 47 ausgespült werden.
Der Materialtyp, vorzugsweise Wolframkarbid, für die Lagerkomponenten der Radiallagerbaugruppen 89 und 91, und die Schublagerbaugruppe 92 wird von den Erfindern als kompatibel mit der Hoch-pH-Chemie des Flüssigabfalls erachtet, und ist im allgemeinen hochabriebfest und daher ganz allgemein für den Typ Flüssigabfall geeignet, in den die Mischpumpe der vorliegende Erfindung eingesetzt wird, weil der Flüssigabfall hoch-viskos und stark abschleifend ist.
Nehmen wir Bezug auf die Fig. 3, 4 und 6; anliegend an die Schublagerbaugruppe 92 und auf die Rotorwelle 81 montiert und sich teilweise in die untere Endplatte 111 erstreckend befindet sich die Flügelradbaugruppe 55, die aus dem Flügelrad 87, einem mit dem Flügelrad verbundenen Ansaugadapter 113 und einem am Ansaugadapter 113 befestigten Eingangssieb 115, und einem Gehäuse 117 besteht, das das Flügelrad 87 und den Ansaugadapter 113 aufnimmt.
Wie man aus den Fig. 4 und 6 am besten ersieht, hat eine Flügelradnabe 118 des Flügelrads 87 einen Wolframkarbidring 119, und die untere Endplatte 111 hat einen Wolframkarbidring 121. Die Ringe 119 und 121 wirken zusammen als "Schleifer" für die großen Partikel in der bearbeiteten Flüssigkeit des Flüssigabfalls, nähere Einzelheiten werden nachstehend erläutert.
Nehmen wir Bezug auf Fig. 4; das Flügelrad 87 ist durch Keil 123 radial an der Rotorwelle 81 befestigt und ist durch eine Flügelradschraube 125 axial an der Welle 81 befestigt. Das Flügelrad 87 hat vorzugsweise fünf Schaufeln (von denen zwei gezeigt werden und mit den Bezugsziffern 127 und 129 gekennzeichnet sind), ist voll abgeschirmt und ist ein nichtrostender Stahlguß. Das Flügelrad 87 hat etwa 18 bis 23 Zoll Durchmesser.
Das Gehäuse 117, das das Flügelrad 87 einschließt, ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt und ist an die untere Endplatte 111 angeschraubt. Das Gehäuse 117 wirkt vorzugsweise als eine Abfall-Verteilervorrichtung. Das Gehäuse 117 hat zwei radiale Strahldüsen 131 und 133, die etwa 180º auseinanderliegen.
Wenn die erfindungsgemäße Mischpumpe 47 der Fig. 3 Voll in den Tank 49 eingeschoben ist, liegen die Düsen 131 und 133 im Abstand von etwa 38,1 bis 44,45 cm (15 bis 17.5 Zoll) über dem Boden des Tanks 49, in Abhängigkeit von der Größe der Mischpumpe 47.
Wie am besten in Fig. 4 gezeigt wird, beinhaltet das Flügelrad 87 eine Nabe 118 und eine obere Abschirmung 135, und sitzt an seinem unteren Ende im Ansaugadapter 113, und an seinem oberen Ende in der unteren Endplatte 111 mittels Ringen 119 und 121. Der Ansaugadapter 113 ist in der Nähe der Strahldüsen 131 und 133 an das Gehäuse 127 geschraubt, wie am besten in Fig. 4 ersichtlich ist.
Der Ansaugadapter 113 ist vorzugsweise ein Gehäuse aus rostfreiem Stahl, das den Ansaugsieb 115 mittels Führungsbolzen oder Schaufeln hält, von denen zwei mit den Bezugsziffern 137 und 139 gekennzeichnet sind. Wenn die Mischpumpe 47 in den Tank 49 installiert wird, tragen die Schaufeln oder Führungsbolzen 137 und 139 zum Führen der Mischpumpe in den Tank 49 bei. Während des Betriebs der Mischpumpe 47 bewirken die Führungsbolzen 137 und 139 ein Reduzieren der Bildung von Wirbeln im Flüssigabfall, die im Ansaugbereich auftreten können.
Der Ansaugsieb 115, der vom Ansaugadapter 114 gehalten wird, hat ein Gitter, das so bemessen ist, daß es dem Eindringen von Festkörperpartikeln widerstehen kann, die die Hydrauklik der Flügelradbaugruppe 55 der Mischpumpe 47 beschädigen oder blockieren könnten, deren Hydraulik im wesentlichen vom Flügelrad 87, vom Gehäuse 117 und vom Ansaugadapter 113 bewirkt wird.
Der Strömungsbereich des Eingangssiebes 115 ist groß genug, die Geschwindigkeit des Flüssigabfallflusses zum Flügelrad 87 zu minimierten und den Druckverlust über das Eingangssieb 115 zu reduzieren. Ein Wasserspritzring 141 ist auf dem Boden des Ansaugadapters 113 angeordnet, um den Eingangssieb zu spülen und etwaigen dicken Schlamm aus dem Ansaugbereich des Ansaugadapters 113 zu verteilen, der sich beim Installieren der Mischpumpe 47 in den Tank 49 in diesem Bereich angehäuft haben kann; weitere Einzelheiten werden nachstehend noch besprochen.
Wie hier vorstehend dargelegt, bestehen die Komponenten der Flügelradbaugruppe 55 zum Erzeugen der Hydraulik für die Mischpumpe 47 aus dem Ansaugadapter 113, einem voll abgeschirmten Fünf-Schaufel-Flügelrad 87, und einem Anschüttungsverteilergehäuse 117. Die Stärke der Hydraulik für die Mischpumpe 87 gründet sich unter Konstruktionsbedingungen auf eine erwünschten maximale elektrische Stromeinspeisung von 350 HP (261,1 kW). Die Wirksamkeit der Mischpumpe 47 im Hinblick auf die Auflockerung des Schlamms aus dem Flüssigabfall gründet sich auf den Düsen-Strahlkoeffizient, der das Produkt aus dem Durchmesser der radialen Strahldüsen 131 und 133 des Gehäuses 117 und der Ausgangsgeschwindigkeit des ausströmenden Flüssigabfalls für diese radialen Strahldüsen 131 und 133 ist. Für die kleinere Mischpumpe 47, wie bereits hier vorstehend besprochen, kann der Düsenkoeffizient etwa 2,425 m² (26.1 ft²) die Sekunde sein, und für die größere Mischpumpe 47, wie vorstehend besprochen, kann der Düsenkoeffizient etwa 3,196 m² (34.4 ft²) die Sekunde sein.
Der maximale Durchmesser für die radialen Strahldüsen 131 und 133 des Gehäuses 117 beträgt etwa 57,15 cm (22.5 Zoll) für die kleinere Mischpumpe und etwa 103 cm (40.5 Zoll) für die größere Mischpumpe. Eine Ansauggeschwindigkeitsbegrenzung von etwa 12000 bei 4,87 m (16 ft) verfügbare erforderliche Zulaufhöhe (NPSH - Net Positive Suction Head) wurde für die Hydraulik aufgrund der Erfahrungen des Personals der Westinghouse festgelegt und führte zu Betriebsbedingungen für die Flügelradbaugruppe 87 mit Null Druckverlust, wobei die Flügelradbaugruppe völlig beschädigungsfrei lief.
Nehmen wir jetzt insbesondere Bezug auf Fig. 8; der Ansaug- Adapter 113, das Gehäuse 117 und die untere Endplatte 111 bilden einen Flügelradhohlraum 143, durch den der bearbeitete Flüssigabfall in der durch mehrere Pfeile angegebenen Richtung strömt, von denen einer mit der Bezugszahl 145 gekennzeichnet ist. Unmittelbar über dem Flügelradhohlraum 143 liegt ein Drucklagerhohlraum 147, gebildet aus der unteren Endplatte 111 und dem unteren ringförmigen Gehäuse 95, in dem der bearbeitete Flüssigabfall in einer Richtung strömt, die durch die Pfeile angezeigt wird, von denen einer mit der Kennziffer 149 gekennzeichnet ist. Unmittelbar über dem Drucklagerhohlraum 147 liegt ein Motorhohlraum 151, der durch das obere und das untere ringförmige Gehäuse 93 und 95 gebildet wird, und die Statorkapsel 69, durch die der bearbeitete Flüssigabfall in der Richtung strömt, die durch verschiedene Pfeile angezeigt wird, von denen einer mit der Bezugszahl 53 gekennzeichnet ist. Unmittelbar über dem Motorhohlraum 151 liegt ein Hohlraum 155, der von dem oberen ringförmigen Gehäuse 93 und einer oberen Endplatte 157 gebildet wird, die an das obere ringförmige Verschlußglied 61 angeschraubt ist.
Die obere Endplatte 157 ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt und an ein ringförmiges Glied 159 angeschweißt. Das ringförmige Glied 159 ist Teil einer Aufsatzbaugruppe 161, die ferner aus einer ringförmigen Trageplatte 163 besteht. Die ringförmige Trageplatte 163 ist an das ringförmige Glied 169 und die Säulenbaugruppe 51 angeschweißt.
Nehmen wir insbesondere Bezug auf Fig. 3; die Säulenbaugruppe 51 besteht vorzugsweise aus einem gefertigten 40,64 cm (16 Zoll) langen Außenrohr 165, das mit seinem einen Ende an eine ringförmige Trageplatte 163 der Aufsatzbaugruppe 161, und an seinem anderen Ende an einen Befestigungsflansch 167 geschweißt ist, der die Mischpumpe 47 schwebend von einer rotierbaren Drehscheibenbaugruppe 169 herunternähmen läßt.
Nehmen wir insbesondere Bezug auf die Fig. 3 und 7; die Säulenbaugruppe 51 besteht ferner aus einer Kabelwannenbaugruppe 171, die im wesentlichen abtrennbare Kabel trägt, von denen eines mit der Bezugszahl 173 bezeichnet ist, und die als sich durch einen Hohlraum erstreckend dargestellt wird, der durch das Rohr 165 der Säulenbaugruppe 51 gebildet wird. Die Kabelwannenbaugruppe 171, zusätzlich zu den Stromkabeln 173, besteht aus eine r oberen Abgeknallte 176, die an einen Befestigungsflansch 167 angeschraubt ist und den Hohlraum 175 am oberen Ende des Rohrs 165 abschließt, einem Trägerer 177, das sich durch den Hohlraum 175 erstreckt und parallel zu dem Stromkabel 173 liegt, und einer Vielzahl von Wannenführungen 179, 181, 183 und 185, die am besten in Fig. 3 gezeigt werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt wird, erstreckt sich das Stützrohr 177 und Kabel 173 durch die Wannenführungen 179, 181, 183 und 185, die jeweils 91 bis 244 cm (3 bis 8 ft) beabstandet sein können, wobei das Stützrohr 177 an drei Wannenführungen 179- 185 angeschweißt ist und das Kabel 173 in den Wannenführungen 179-185 durch Mittel, wie z. B. elektrische Kabelziehklemmen gehalten wird, die mit Kennzahlen 187, 189, 191 und 193 gekennzeichnet sind.
Nehmen wir insbesondere Bezug auf Fig. 7; die drei Stromkabel 173 führen jeweils eine Phase der 460 V Dreiphasen-Stromeinspeisung zu dem Elektromotormittel 57 der Mischpumpe 47, und sind am oberen Ende der Säulenbaugruppe 51 in einem explosionssicheren Hilfsanschlußkasten 197, der auf der Abdeckplatte 176 der Kabelwannenführungsbaugruppe 171 montiert ist, an Leitungen 195 angeschlossen. Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 3 ist das Stromkabel 173 am unteren Ende der Säulenbaugruppe 51 durch einen flexiblen Verbindungsschaltbügel 196, der in der Aufsatzbaugruppe 161 lokalisiert ist, an das Elektromotormittel 57 angeschlossen.
Nehmen wir erneut Bezug auf Fig. 7; die rotierbare Drehscheibenbaugruppe 169 besteht aus einer Lager- und Getriebebaugruppe 197, die an eine feste Montageplatte 199 angeschraubt ist, einer Unterlagsplatte 201, die mit der Lager- und Getriebebaugruppe 197 verschraubt und ihr zugeordnet ist, einer Antriebsbaugruppe (nicht dargestellt) zum Antrieb der Lager- und Getriebebaugruppe 197, und einem Anbauflansch 167, der an die Aufspannplatte 201 angeschraubt ist und der die Abdeckplatte 176 trägt. Die Antriebsbaugruppe (nicht dargestellt) kann im allgemeinen bestehen aus einem vollgekapselten 0,5 HP Motor, einem Riemenantrieb mit veränderbarer Drehzahl und einem Reduktionsgetriebe, und hat im allgemeinen die Fähigkeit, die Drehscheibenbaugruppe 169 mit bis zu etwa 0,5 Umdrehungen die Minute, und etwa um eine vertikale Achse für die Mischpumpe 47 in einer 180º hin- und herschwingenden Winkelbewegung zu drehen. Diese schwingende Bewegung trägt bei zum Auflockern des Schlamms im Abfalltank 49.
Weiter unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 7 ist die Drehscheibenbaugruppe 169 gegen die Elemente durch einen Regenschutz 203 geschützt, der an einer festen Aufspannplatte 199 angeschraubt ist, und enthält verschiedene Hängeglieder zum Tragen sowohl der Stromleitungen als auch der Frischwasserleitungen, und ggf. einer Stickstoffgas-Zufuhrleitung, verbunden mit der Mischpumpe 47. In Fig. 3 ist nur ein Hängeglied 205 zum Tragen eines flexiblen Stromkabels 207 als Stromzufuhr zu den verschiedenen Komponenten der Mischpumpe 47 gezeigt. Die Stromleitungen, Wasserleitungen und Gasleitungen sind vorzugsweise flexibel, so daß sie sich mit der Rotation der Drehscheibenbaugruppe 169 bewegen können. Das Stromkabel 207 ist an einen Anwender-Schnittstellenklemmkasten 209 angeschlossen, der auf einer festen Aufspannplatte 199 gehaltert ist.
Der Befestigungsflansch 167 trägt ein Säuberungsleitungs- Verbindungsglied 211 und ein Spritzleitungs-Verbindungsglied 213, das an ein Frischwasserzufuhrsystem (nicht dargestellt) und an Zufuhrleitungen 215 und 217, die parallel zu und außerhalb der Säulenbaugruppe 51 verlaufen, angeschlossen sind. Wie in Fig. 8 am besten ersichtlich, sind vorzugsweise drei gesonderte Säuberungszufuhrrohrleitungen 215, 219 und 221 vorgesehen, wobei, wie besonders in Fig. 8 gezeigt wird, die Rohrleitung 215 Frischwasser zu einer radialen Öffnung 223 der oberen Endplatte 157 liefert, wobei diese Öffnung 223 ihrerseits das Frischwasser in den Hohlraum 155 und auf die obere radiale Lagerbaugruppe 89 liefert, deren Flußpfad durch Pfeile mit der Kennziffer 225 angezeigt wird. Die Zufuhrleitung 219 liefert Frischwasser in den Hohlraum 147 für die untere radiale Lagerbaugruppe 91 und Drucklagerbaugruppe 92, deren Flußpfad durch die Pfeile mit den Kennziffern 227 angegeben wird. Die Zufuhrleitung 221 liefert Frischwasser durch die radialen Öffnung 229 der unteren Endplatte 111, die ihrerseits das Wasser in die Flügelradhöhlung 143 und auf das Flügelrad 87 liefert. Grundlegend ist eine einzige Spritzwasserleitung 217 vorgesehen und liefert Frischwasser zum Spritzwasserring 141 im Einlaßsieb 115 der Flügelradbaugruppe 55, deren Flußpfad in Richtung der Pfeile verläuft, von denen einer mit 231 bezeichnet ist. Das Frischwasser im Spritzring 141 spült den Eingangssieb 115 und reinigt den Ansaugeeingangsbereich wenn die Mischpumpe 47 in den Abfalltank 49 installiert wird, um den freien Fluß der durchgehenden Passagen zu sichern.
Die Säuberungswasser-Speiseleitungen 215, 219 und 221 können zum Spülen der Prozeßflüssigkeit aus der Mischpumpe 47 benutzt werden, entweder sofort, nachdem die Mischpumpe abgeschaltet wurde, oder nach einer ausgedehnten Betriebspause der Mischpumpe, und/oder unmittelbar vor der Herausnahme der Mischpumpe aus dem Abfallstank 49. Die Speiseleitung 221 in die Hydraulik der Flügelradbaugruppe 55 spült den Flüssigabfall weg von der oberen Abschirmung 135 des Flügelrads 87 und um die Strahldüsen 131 und 133 zum Ablösen von Blockierungen. Die Säuberungswasser-Speiseleitungen 215, 219 und 221 können auch benutzt werden, um die Anfangsströmung des Schmierstoffs zu Radial- und Schublager-Baugruppen 89, 91 und 92 zu liefern, bis die Hydraulik der Flügelrad-Baugruppe 55 das Prozeßwasser in den Motor-Hohlraum 151 pumpt. Die Wasserzufuhr in die Säuberungswasser-Speiseleitungen 215, 219 und 221 können mit einem Druck von etwa 80 psig je 100 gpm Wasser gespeist werden.
Wenn die Mischpumpe 47 in einer explosiven Umgebung betrieben wird, kann Stickstoffgas in die Säulen-Baugruppe 51 geleitet werden. Nehmen wir Bezug auf Fig. 7; die obere Abdeckplatte 176 der Kabelwannenbaugruppe 171 trägt eine Stickstoffnachschubverbindung 233 und eine Stickstoffabführverbindung 235. Wie im Fachgebiet bekannt, kann Stickstoffgas unter Druck in Rohr 165 der Säulenbaugruppe 51 geleitet werden, um das Eindringen von entzündlichen Gasen in das Rohr 165, enthaltend Stromkabel 173 und Motorleitungen (nicht angezeigt), zu verhindern.
Eine der Hauptaufgaben der vorliegende Erfindung ist das Bearbeiten des Flüssigabfalls in Tank 49 und die Verwendung des durch die Hydraulik der Flügelradbaugruppe 55 erzeugten Drucks, um die bearbeitete Flüssigkeit sowohl zum Kühlen des Elektromotormittels 57 als auch zum Schmieren der Radiallagerbaugruppen 89 und 91 und der Drucklagerbaugruppe 92 zu benutzen. Wie vorstehend besprochen, enthält der Flüssigabfall hochradioaktiven Stoffe, die 50 Vol.% Feststoffe enthalten, mit Partikelgrößen bis zu etwa 0.040 Zoll. Fig. 8 illustriert den internen Strömungsweg für den Flüssigabfall. Der Flüssigabfall wird durch den Saugadapter 113 angesaugt, wobei die Gittergröße des Eingangssiebs 115 so ausgelegt ist, daß es das Einströmen von Partikeln verhindert, die die Pumpenhydraulik beschädigen oder blockieren könnten. Das Flügelrad 87 bewirkt das Ausströmen der bearbeiteten Flüssigkeit durch die Strahldüsen 131 und 133, wie durch verschiedene Pfeile in Fig. 8 gezeigt wird, und zum Umwälzen der bearbeiteten Flüssigkeit durch die Lagerbaugruppen 89, 91 und 92 und dann in das Elektromotormittel 57. Die obere Abschirmung 135 des Flügelrads 87 wirkt als Fliehkraft-Abscheidung, indem sie größere, schwerere Partikel nach außen zentrifugiert wobei die Flüssigkeit-Hauptströmung durch die Strahldüsen 131 und 133 strömt. Die kleineren, leichteren Partikel, die gegen die Zentrifugalkraft des Flügelrads 87 spiralförmig nach innen und in den Drucklager-Hohlraum 147 gezogen werden, werden entweder im Ringspalt, der von den zwei Wolframkarbidringen 119 und 121 gebildet wird, auf der Flügelradnabe 118 bzw. der unteren Endplatte 111 zermahlen, oder sie passieren sicher durch das Elektromotormittel 57. Der Radialspalt zwischen den Ringen 119 und 121 ist vorzugsweise etwa 3,175 mm (0.125 Zoll) breit und bewirkt das Zerkleinern der Partikel, die größer sind als 3,175 mm (0.125 Zoll) Durchmesser auf weniger als der radiale Freiraum zwischen der Rotorkapsel 71 und der Statorkapsel 69, der etwa 3,81 mm (0.150 Zoll) betragen kann, und auf weniger als die Abmessungen der Axialrillen 88 im statischen Lagerglied der unteren radialen Lagerbaugruppe 91. Da die Partikel auf weniger als 3,175 (0.125 Zoll) zerkleinert werden, können sie leicht mit der Flüssigkeitsströmung durch die Lagerflächen sowohl der Drucklagerbaugruppe 92 als auch der Radiallagerbaugruppe 91 und in den radialen Freiraum zwischen der Statorkapsel 69 und der Rotorkapsel 71 geführt werden, oder sie werden noch weiter zerkleinert durch die hart aufeinanderliegenden Lagerflächen der Drucklagerbaugruppe 92 und der unteren Radiallagerbaugruppe 91, oder gehen durch die Radialrillen 88 des statischen Lagerglieds 85b auf dem unteren Ringgehäuse 95.
Nehmen wir weiterer insbesondere Bezug auf Fig. 8; nachdem die bearbeitete Flüssigkeit aus dem radialen Freiraum zwischen der Statorkapsel 69 und der Rotorkapsel 71 ausgeströmt ist, strömt sie in den oberen Teil des Motorhohlraums 151, um die obere radiale Lagerbaugruppe 89 zu kühlen. Dann fließt die bearbeitete Flüssigkeit aus den axialen Öffnungen 243 und 245 im oberen ringförmigen Gehäuse 93 und durch die radiale Öffnung 247 in der oberen Endplatte 157, und tritt aus der Gehäusebaugruppe 53 für das Elektromotormittel 57 aus und in den Flüssigabfalltank 49 der Fig. 3 ein. Die verschiedenen Pfeile in Fig. 8 zeigen diesen Strömungsweg für die bearbeitete Flüssigkeit. Die Verbindung der oberen Endplatte 157 zur Aufsatzbaugruppe 161 ist so, daß keine bearbeitete Flüssigkeit in das Rohr 165 der Säulenbaugruppe 51 eintritt.
Vorzugsweise bestehen die verschiedenen oben besprochenen Hauptkomponenten für die Mischpumpe 47 allgemein aus rostfreiem Stahl und sind üblicherweise zum Bilden abgedichteter Fugen verschweißt, damit verhindert wird, daß Flüssigabfall in die Mischpumpe 47 eintritt, und daß unerwünschte bearbeitete Flüssigkeit und/oder Frischwasser aus der Mischpumpe 47 austritt und/oder in die Komponenten der Mischpumpe 47 eintritt, abgesehen von den oben diskutierten Fällen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mischpumpen ist die Mischpumpe 47 so konstruiert, daß es kein Auslecken von Flüssigkeiten aus der Mischpumpe 47 in den Tank 49 gibt, die das Volumen des radioaktiven Flüssigabfalls im Tank 49 vergrößern würden, das schließlich ordentlich auf die oben beschriebene Weise entsorgt werden muß.
Die Mischpumpe 47 ist so konstruiert, daß sie die Anhäufung von Schlamm bei der Bildung von Aluminat-Kristallen zwischen dicht aneinander laufender Oberflächen während längerer Perioden der Ruhe verteilt. Alle Laufspiele sind maximiert, um die vollständige Kristallisierung über den Spalt zu reduzieren und die Scherkraft etwaiger Kristalle, die den Spalt überspannen, zu reduzieren. Zum Beispiel beträgt der Freiraum im Ringraum zwischen der Statorkapsel 69 und der Rotorkapsel 71 etwa 3,81 mm (0.150 Zoll), und der Freiraum zwischen der oberen Abschirmung L35 des Flügelrads 87 und der unteren Endplatte 111 beträgt etwa 1,27 mm (0.050 Zoll). Säuberungszufuhrleitungen 215, 219 und 221 sind relativ zur oberen Radiallagerbaugruppe 89, Drucklagerbaugruppe 92, bzw. Flügelradbaugruppe 55 strategisch angeordnet, um den Schlamm oder die Aluminat-Kristalle vor der Inbetriebnahme der Mischpumpe 47 herauszuspülen. Zusätzlich ist das Anlauf-Drehmoment des Elektromotormittels 57 so, daß die Anlaufreibung überwunden wird, die durch die Scherkraft des Schlamms an den Aluminat-Kristallen bewirkt wird, wobei die Scherkraft etwa 200 dyn/cm² betragen kann.
Das Elektromotormittel 57 enthält ein Hochtemperatur-Isoliersystem, das in der Lage ist, bei 200ºC eine kontinuierliche Lebensdauer von mindestens 40 Jahren zu sichern. Dieses Isoliersystem kann aus Glimmer-, Silikon- und Glaslack in verschiedenen Kombinationen und Teilen bestehen. Dieses Isoliersystem ermöglicht, daß die "Spaltrohr"-Motor-Mischpumpe 47 die vorhandene 90ºC warme Prozeßflüssigkeit zum Kühlen des Elektromotormittels 57 benutzt. Eine einleitende thermische Analyse des Kühlens des Elektromotormittels 57 hat eine maximale Wicklungsoberflächentemperatur für Motormittel 57 bei 190ºC gezeigt, wobei die sich ergebende Betriebslebensdauer über 40 Jahre beträgt. Das Isoliersystem des Elektromotormittels 57 wurde in Strahlungsumgebungen bis zu 1000 Megarad getestet, die weit höher sind als die erwartete Umgebung von 300 Megarad, in der die Mischpumpe 47 im allgemeinen eingesetzt wird. Zusätzlich können die Stromkabel 173 mit einem strahlungsfesten Material, wie z. B. Asbest, der eine Strahlung bis 1000 Megarads aushält, beschichtet werden und der eine 40jährige Lebenserwartung für Temperaturen bei etwa 250ºC hat.
Die Struktur und die Merkmale der Mischpumpe 47 der Fig. 3-10 tragen dazu bei, der Mischpumpe 47 eine Mindestbetriebslebensdauer von über etwa 5000 Stunden über eine 10-Jahresperiode bei einer Flüssigabfallstemperatur von 250º zu geben.
Es muß anerkannt werden, daß eine verbesserte Mischpumpe für einen Tank für hoch-radioaktiven Abfall geoffenbart wurde, die ein Spaltrohrmotormittel in nächster Nähe zu einer Flügelradbaugruppe positioniert und den hydraulischen Druck des Flügelrads zum Umwälzen des Flüssigabfalls nach oben in den Spaltrohr-Motor benutzt, um die Lager zu schmieren und das Spaltrohrmotormittel zu kühlen. Ferner muß anerkannt werden, daß auch bei einer Nutzung der hier geoffenbarten Mischpumpe in einer rauhen, abschleifenden Umgebung erwartet wird, daß die Betriebslebensdauer mindestens auf das fünfzigfache der herkömmlichen Mischpumpenkonstruktionen verlängert wird.

Claims

1. Eine Tauch-Motormischpumpe (47) zum Mischen von radioaktivem, partikel-enthaltendem flüssigen Abfall, im Inneren eines Abfalltanks (49)1, gekennzeichnet durch:

Eine Säulen-Gruppe (51) enthaltend elektrische Starkstromkabelmittel (171), die sich in dem Abfallstank (49) erstrecken:

ein Motorgehäuse (53) mit Elektromotor-Mitteln (57), die mit der Säulen-Gruppe (51) verbunden sind, zum Positionieren der Elektromotormittel (57) nach unten in den Abfalltank hinein,

wobei die Elektromotormittel eine Stator-Gruppe (59, 61, 63, 69) und eine Rotor-Gruppe aufweisen, die im Abstand zueinander angeordnet sind, so daß ein Ringspalt (79) zwischen ihnen frei bleibt, wobei die Stator-Gruppe eine Stator-Hülle (69) aufweist und die Rotor-Gruppe eine Rotor- Hülle (71) aufweist sowie eine Welle (81), die damit rotierbar ist,

eine Flügelrad-Gruppe (55) mit einem Flügelrad (87), das an der Welle (81) der Rotor-Gruppe befestigt ist, zum Mischen des flüssigen Abfalls, und

Lagermittel (89, 91, 92) zum Montieren der elektrischen Motormittel (57) im Motorgehäuse (53),

das Flügelrad (87) der Flügelrad-Gruppe einschließlich Mittel (127, 129), die so wirkten, daß sie beim Mischen des flüssigen Abfalls einen hydraulischen Druck erzeugen, um damit den flüssigen Abfall in das Motorgehäuse (53) zu drücken zum Schmieren und Kühlen der Lagermittel und zum Kühlen der elektrischen Motormittel,

wobei die Lagermittel (89, 91, 92) gekennzeichnet sind durch hart aufeinanderliegende Lagerfächen, die so ausgebildet sind, daß sich zwischen ihnen eine Flüssigkeitsschicht ausbildet,

sowie durch eine Ring-Gruppe (119, 121), die Teil des Flügelrads (87) und des Motorgehäuses (53) ist, wobei die Ring-Gruppe hart aufeinanderliegende Lagerflächen aufweist, die die Partikel im flüssigen Abfall zuerst zermahlen, bevor der flüssige Abfall in die Lagermittel fließt und damit in den Ringspalt zwischen der Stator-Gruppe und der Rotor-Gruppe zum Kühlen des elektrischen Motormittels eintritt.

2. Eine Motor-Tauchmischpumpe gemäß Anspruch 1, in dem das Lagermittel ferner radiale (89, 91) und Drucklager-(92)- Gruppen mit den hart aufeinanderliegenden Oberflächen beinhaltet, und in dem die hart aufeinanderliegenden Lagerflächen des Lagermittels und die hart aufeinanderliegenden Lagerflächen der Ring-Gruppe aus Wolframkarbid gefertigt sind.

3. Eine Motor-Tauchmischpumpe gemäß Anspruch 2, in dem die Lager-Gruppen Lagergliedermittel (83b, 85b) mit Schlitzmitteln (88) aufweisen zum Aufnehmen der festen Partikel zwecks weiteren Mahlens der Festpartikel in dem flüssigen Abfall.

4. Eine Motor-Tauchmischpumpe gemäß Anspruch 2 oder 3, ferner gekennzeichnet durch Wegmittel in der Flügelrad-Gruppe (55) und im Motorgehäuse (53) zum Zirkulieren des flüssigen Abfalls in die radialen Lager-Gruppen und in den Ringspalt zwischen der Stator-Gruppe und der Rotor-Gruppe zum Kühlen des elektrischen Motormittels.

5. Eine Motor-Tauchmischpumpe gemäß Anspruch 4, ferner beinhaltend erste Wasserversorgungsmittel (215, 217), die sich parallel zur Säulen-Gruppe und in das Motorgehäuse und die Flügelrad-Gruppe erstrecken, zum Fördern von frischem Druckwasser in diese zwecks Ausspülens des flüssigen Abfalls aus denselben.

6. Eine Motor-Tauchmischpumpe gemäß Anspruch 5, ferner gekennzeichnet durch Mittel zwischen dem Motorgehäuse und der Säulen-Gruppe mit ersten Kanalmitteln als Teil der Wegmittel zum Lenken des flüssigen Abfalls aus dem Motorgehäuse, und zweite Kanalmittel zum Lenken des Flusses des Druckwassers aus dem ersten Wasserversorgungsmittel in das Motorgehäuse, und wobei gegen den Fluß des Druckwassers und des flüssigen Abfalls in die Säulen-Gruppe ein Widerstand entsteht.

7. Eine Motor-Tauchmischpumpe gemäß Anspruch 5, in dem die Flügelrad-Gruppe ferner gekennzeichnet ist durch:

Ein Gehäuse zum Aufnehmen des Flügelrads, und das am Motorgehäuse befestigt ist,

ein Ansaug-Adapter (113), der am Flügelrad und am Gehäuse zum Einsetzen des Flügelrads in das Gehäuse und zum Ziehen des Flüssigabfalls in die Flügelrad-Gruppe befestigt ist, und

ein Eingangssieb (115), das an dem Ansaug-Adapter befestigt ist, und

ein Durchblasring (141), der in dem Eingangssieb angeordnet ist, und

in dem die Motor-Tauchmischpumpe ferner ein zweites Wasserversorgungsmittel enthält, das sich parallel zur Säulen-Gruppe erstreckt, zum Einlassen von frischem Druckwasser in den Durchblasring zum Ausspülen des flüssigen Abfalls daraus.

8. Eine Motor-Tauchmischpumpe gemäß Anspruch 1, in dem die Säulen-Gruppe einen gelängten Hohlraum aufweist und ferner eine Kabelwannen-Gruppe mit einer Deckplatte enthält, die den Hohlraum an einem ersten Ende der Säulen-Gruppe verschließt.

9. Eine Motor-Tauchmischpumpe gemäß Anspruch 8, in dem die Kabelwannen-Gruppe ferner gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl von in Abständen angeordneten Wannenführungen zum Tragen der elektrischen Stromkabelmittel in der Säulentruppe.