EP3559471A1 - Pumpenanordnung und nuklearreaktor mit einer solchen pumpenanordnung - Google Patents

Pumpenanordnung und nuklearreaktor mit einer solchen pumpenanordnung

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EP3559471A1
EP3559471A1 EP17821871.5A EP17821871A EP3559471A1 EP 3559471 A1 EP3559471 A1 EP 3559471A1 EP 17821871 A EP17821871 A EP 17821871A EP 3559471 A1 EP3559471 A1 EP 3559471A1
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EP
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valve
pump arrangement
diffuser
housing
arrangement according
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EP17821871.5A
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EP3559471B1 (de
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Christoph Jäger
Paul Scherer
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KSB SE and Co KGaA
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KSB SE and Co KGaA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0005—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves
    • F04D15/0022—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by using valves throttling valves or valves varying the pump inlet opening or the outlet opening
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0077—Safety measures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/08—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being radioactive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the invention relates to a pump arrangement for the arrangement of a nuclear reactor and for conveying in the reactor heated transfer liquid, with a motor teii and a housing having a pump part. Furthermore, the invention relates to a nuclear reactor with such a pump arrangement.
  • Such pumps are used, for example, in the field of nuclear reactors, including in small-capacity reactors (small modular reactors). These reactors often have a plurality of circumferentially distributed pump assemblies serving as recirculating pumps. In most cases, the motor is arranged vertically above or below the pump part, in some cases, a horizontal design of the pump can be found. Each pump assembly in this case has its own pressure housing, which is connected via an inlet and outlet with the pressure housing of the reactor. In pressurized water reactors, the pumps are used to promote the reactor liquid heated in the reactor in a closed circuit by a heat exchanger designed as a steam generator. In boiling water reactors, these pumps provide internal circulation within the primary circuit.
  • the object of the invention is to provide a pump arrangement by which the disadvantages described are to be avoided.
  • the use of complex and therefore more expensive components should be avoided.
  • a diffuser arranged in an interior of the housing and a valve device arranged in the interior of the housing, an opening of the diffuser being designed as a valve seat for a valve body of the valve device.
  • valve device By using a valve device whose valve body cooperates with the diffuser as a valve seat, can be dispensed with a complex and expensive backstop. Since a back flow into the pump housing and thus the reverse rotation is prevented by the valve device, the volumetric losses are completely avoided in the still running pump.
  • the valve device comprises a valve cage, a valve spring arranged in the valve cage, and a valve body arranged displaceably in the valve cage and acted upon by the valve spring with a spring force.
  • the valve device is arranged opposite the opening of the diffuser in a cup-like region of the housing.
  • the housing advantageously has a base body which has a step formed by a reinforcement of the wall of the body inwardly into the interior stage, wherein the valve cage has a ring collar extending in the radial direction, which at the Level of the body comes to rest.
  • At least one axial bore is formed in the annular collar of the valve basket, in which at least one tube is inserted, which extends into a recess in the ring of the diffuser.
  • a pressure compensation is applied to the valve piston by the pressure difference between the inlet and the downstream side of the pump, which keeps the valve device open during operation of the pump.
  • the valve cage has a bottom, which is connected via a guide wall with the annular collar.
  • the valve body in turn has a sealing surface facing the diffuser and an annular wall extending from the sealing surface towards the bottom of the valve basket, whereby on the one hand tilting of the valve body and on the other hand low-friction switching of the valve device is possible.
  • the valve body is mushroom-shaped or stepped, wherein the sealing surface extends radially beyond the annular wall. Due to the mushroom-like or step-shaped design of the valve body, depending on the respective diameter over an annular differential surface, which is produced by the supernatant, a dependent of the pressure difference, which is generated by the pumps in operation, dependent additional closing force are applied at a further favorable Further, the Ventiikorb a through hole in the ground, through which extends a guide rod. In the valve body is while a blind hole provided, into which projects the guide rod for reliable guidance of the valve body.
  • Another object of the invention is to provide a nuclear reactor with improved efficiency
  • the nuclear reactor has to solve the problem on a pump assembly according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a nuclear reactor with pump arrangements arranged thereon according to the invention
  • Figure 2 shows the longitudinal section through a first embodiment of an inventive
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the pump part of FIG. 2 with a closed
  • Figure 4 shows a longitudinal section through the pump part of Fig. 2 with an open
  • Figure 5 shows the longitudinal section through the pump part of a second embodiment with an open valve
  • FIG. 6 shows the longitudinal section through the pump part of a third embodiment with an open valve
  • Fig. 1 shows a reactor 1, to which over the outer circumference preferably evenly distributed pump assemblies according to the invention 2 are mounted for conveying heated in the reactor transfer liquid.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the pump arrangement 2 according to the invention.
  • the pump arrangement 2 has a pump part 3 and a motor part 4, which are coupled to one another by means of a connecting element 5.
  • an unillustrated drive usually a flowed through by a cooling medium electric motor or canned electric motor accommodated. Its output shaft 6 extends through the connecting element 5 in the pump part 3.
  • a flywheel may be arranged on the output shaft 6 within the connecting element 5, which temporarily maintains the conveying activity in case of failure of the drive.
  • the pump part 3 comprises a housing 7 with hydraulic parts arranged therein in more detail below.
  • the housing 7 has a substantially cylindrical base body 8 with a central longitudinal axis X, which coincides with the axis of rotation of the output shaft 6.
  • the main body 8 is closed at the side facing away from the engine by means of a curved bottom 9.
  • the bottom 9 of the housing 7 is formed by a substantially spherical portion-shaped dome region 10 and a transition region between the base body 8 and dome region 10 forming rim region 11.
  • the housing 7 is closed by a cover element 12, wherein a central opening 13 is provided in the cover element 12, through which the output shaft 6 extends into an interior 14 of the housing 7.
  • the main body 8 is provided on the side opposite the bottom 9 with an annular connecting device 15 which projects in the axial direction and forms a step 16 on the end face of the main body 8.
  • an annular connecting device 15 which projects in the axial direction and forms a step 16 on the end face of the main body 8.
  • the cover element 12 is attached to the connecting element 5 shown in Fig. 2 and is in the assembled state of the step 16 and separates the hydraulic flow space, so the interior 14 in the pump housing 7 of the overlying connecting element 5 from.
  • the extent of the lid element 12 in the axial direction substantially corresponds to the axial extent of the connection device 15. Sealing elements, not shown, ensure the necessary tightness of the components.
  • a fluid guide device 17 By means of one or more holding devices 12a connected to the lid member 12, projects a fluid guide device 17 from above into the interior 14 and thereby at least partially surrounds the output shaft 6 and an impeller attached thereto 18.
  • the holding devices 12a, the lid member 12 and the fluid guide device 17th formed in one piece.
  • a diffuser 19 is attached to the free end of the fluid guiding device 17 projecting downwardly into the inner space 14 and extends further down into the inner space 14. The junction of the fluid guiding device 17 and the diffuser 19 is stepped to center the diffuser 19.
  • a bearing receptacle 21 is realized in the interior of the diffuser 19, which is held by the Leitradschaufeln 20 concentrically in the diffuser 19. Additionally or alternatively, the bearing receptacle 2 can be held concentrically in the diffuser 19 by means of ribs 22.
  • a radial bearing 23 is provided, which supports the end of the output shaft 6.
  • an opening 24 is provided at the lower, the impeller 18 remote from the end of the bearing seat 21.
  • the fluid guide device 17 facing away from the end of the diffuser 19 has an opening 25 and is provided with a ring extending in the radial direction 26 which rests as far as possible on the inside of the body 8 and by means not shown Dichtiemente the interior 14 in a formed above the ring 26 Ring- raum 27 with an inflow region 28 and an underlying Abstöm Society 29 shares.
  • the main body 8 of the housing 7 is provided on a side wall with a fastening stub 30, which is pressure-tight connected to the reactor jacket.
  • a fastening stub 30 which is pressure-tight connected to the reactor jacket.
  • the attachment socket 30 Within the attachment socket 30, the horizontal inflow and outflow of the pump assembly takes place.
  • the attachment piece 30 is similar to a double-walled tube.
  • the attachment piece 30 has a passage 31 through which fluid to be delivered can flow via an inflow opening 32 into the inflow region 28 or via an outflow opening 33 out of the outflow region 29.
  • the interior 14 has a pot-shaped region 34, in which a valve device 35 is arranged in the form of a check valve.
  • the valve device 35 comprises a valve basket 36, a valve spring 37 and a piston-like valve body 38.
  • the valve spring 37 is supported on the valve cage 36 and urges the valve body 38 with a spring force in the direction of the diffuser 19.
  • the main body 8 has via a step 39, which arises by reinforcing the wall of the main body 8 inwards into the interior 14.
  • the Venti [basket 36 has on the side facing away from the Kalotten Scheme 10 of the pump housing 7 on a radially extending annular collar 40 which comes to the stage 39 of the base body 8 to the plant. Screws that are not shown extend through bores, likewise not shown, formed in the annular collar 40, which are screwed into threaded holes (not visible) in the step 39 and connect the valve cage 36 to the base body 8 of the housing 7.
  • the valve cage 36 which is arranged concentrically with respect to the longitudinal axis X, has a bottom 41 facing the dome area 0, which is connected to the annular collar 40 via a guide wall 42
  • At least one bore 43 extends in the axial direction through the valve basket 36.
  • at least two holes 43 extend through the bottom 41.
  • a disk-like projection 44 projecting into the interior of the valve basket 36 for holding and guiding the valve spring 37 is provided.
  • the annular collar 40 In the annular collar 40 at least one parallel to the central longitudinal axis X extending axial bore 45 is formed.
  • a tube 46 is inserted, which extends upward in an aligned to the at least one axial bore 45 AusOSE 47 in the arranged at the free end of the diffuser 19 ring 26 and the inflow region 28 with the region 34 of the interior 14 connects.
  • the pot-shaped valve body 38 has a sealing surface 48 facing the diffuser 19 and an annular wall 49 extending from the sealing surface 48 in the direction of the bottom 41.
  • the sealing surface 48 has a curvature pointing in the direction of the diffuser 19.
  • the valve body 38 is axially movably arranged in the valve basket 36 along the guide wall 42 feasible.
  • the valve body 38 has a disc-like projection 50 for holding and guiding the valve spring 37.
  • the edge of the opening 25 in the diffuser 19 forms the valve seat for the valve body 38.
  • Fig. 3 shows the Pumpengteil 3 during the regular operation of the Pumpenanord- tion 2.
  • the carrier liquid flows, caused by rotation of the output shaft 6 and thus the impeller 18 in the inflow region 28. From there, the horizontally directed inflow is deflected and vertically upward directed and promoted by the base body 8, diffuser 19, fluid guide device 17 formed annular space 27. From the annular space 27, the fluid flows to the cover element 12 formed as a manifold on the side facing the interior 14 and is deflected from there radially symmetrically downward into the interior of the fluid guiding device 7 to the impeller 18.
  • valve body 38 acting on the force of the valve spring 37 is greater than the pressure force of the standing above the valve body 38 water column.
  • the valve body 38 is pressed against the valve seat formed by the edge of the opening 25 in the diffuser 19.
  • fluid can flow from the annular space 27 through the tube 46 and the at least one bore 43 in the bottom 41 into the interior of the valve body 38 and valve cage 36 and support the closing movement of the valve body 38.
  • the cover element 12 has an area with a greater radial extent than in the case of the figures shown and described above.
  • the axial extent of the connection device 15 is less than in the embodiment in FIG. 3.
  • a region of the cover element 12 extends beyond the connection device 15 of the main body 8.
  • the valve body 38 of the embodiment shown in FIG. 5 is mushroom-shaped or stepped.
  • the sealing surface 48 extends radially beyond the annular wall 49 also.
  • an axial recess 52 is provided, into which the radially projecting sealing surface 48 is received when the valve body 36 is pushed into the valve cage 36. Due to the mushroom-like or step-shaped design of the valve body 38 can depend on In the embodiment shown in FIG.
  • a first sub-region 53 of the cover element 12 is located on the one side of the differential diameter D, depending on the pressure difference generated by the pumps in operation Level 16 on.
  • a part 54 of the connecting element 5 shown in FIG. 1 is arranged between the partial region 53 and the connecting device 15 of the housing 7.
  • a second partial region 55 of the cover element 12 extends at least partially into the interior 14 of the housing 7 itself, that each variant of the cover element 12 shown with correspondingly adapted dimensions can be used on all cases 7 shown.
  • the valve basket 36 has in the bottom 41 via a concentric to the Mitteilticiansachse X arranged through hole 56, which is designed as a stepped bore.
  • the through hole 56 has a portion 57 with a reduced inner diameter and a portion 58 with an enlarged inner diameter.
  • Through the throughbore 56 extends a guide rod 59 which is connected over a reduced outer diameter portion 60 associated with the reduced inner diameter portion 57 and over an enlarged outer diameter portion 61 associated with the enlarged inner diameter portion 58 , features.
  • the free end of the guide rod 59 extending in the direction of the dome area 10 of the housing 7 is provided with a thread onto which a nut 62 can be screwed. Thereby, in the axial direction, the enlarged outer diameter portion 61 of the guide rod 59 is pressed against the portion 57 of the through hole 56 having the reduced inner diameter, and the guide rod 59 is securely held.
  • the bottom 41 has on the side opposite the nut 62 a trough-like region 63 in which the valve spring 37 is arranged.
  • the at least one bore 43 extends in the radial direction through the valve basket 36. In the present embodiment, the at least one bore 43 extends through the guide In a variant of the embodiment shown in FIG. 6, not shown, the at least one bore 43 in the axial direction, as shown, inter alia, in Fig. 3, or in an oblique direction through the bottom 41 of the valve basket 36th extend.
  • the valve body 38 is formed mushroom-like, wherein extending in the direction of the bottom 41 projection 50 extends in the closed state of the valve device 35 to the trough-like region 63.
  • the projection 50 has a conically extending portion 64 and a cylindrical portion 65.
  • a blind hole 66 is provided, into which the guide rod 59 protrudes, whereby the valve body 38 can be safely guided in its Axiai Gay.
  • the fluid flows into the inflow region 28, from there through the annular space 27, then through the manifold formed in the cover element 12 into the annular space 51 of the interior of the diffuser 19 through the bearing seat 21 and the Wall of the diffuser 19 is formed, and finally in the outflow region 29.
  • the valve body 38 is thereby completely pressed by the pulse of the flow in the valve basket 36.
  • the fluid initially present in the interior of the valve device 35 escapes through the at least one bore 43 and the at least one axial bore 45 into the outflow region 29 and then, together with the fluid present in the outflow region 29, out of the pump housing 7 via the outflow opening 33 led out.
  • valve body 38 is urged by the valve spring 37 in the direction of the diffuser 19 against the valve seat formed by the edge of the opening 25.
  • fluid can flow from the outflow region 29 through at least one axial bore 45 required for pressure equalization and the at least one bore 43 into the interior of the valve device 35.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung (2) für die Anordnung an einen Nuklearreaktor und zum Fördern von im Reaktor erwärmter Überträgerflüssigkeit, mit einem Motorteil (4) und einem ein Gehäuse (7) aufweisenden Pumpenteil (3), wobei in einem Innenraum (14) des Gehäuses (7) ein Diffuser (19) angeordnet ist und eine Ventilvorrichtung (35) angeordnet sind, und eine Öffnung (25) des Diffusers (19) als Ventilsitz für einen Ventilkörper (38) der Ventilvorrichtung (35) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Pumpenanordnung und Nuklearreaktor mit einer solchen Pumpenanordnung
Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung für die Anordnung an einen Nuklearreaktor und zum Fördern von im Reaktor erwärmter Überträgerflüssigkeit, mit einem Motor- teii und einem ein Gehäuse aufweisenden Pumpenteil. Desweiteren betrifft die Erfin- dung einen Nuklearreaktor mit einer derartigen Pumpenanordnung.
Solche Pumpen kommen beispielsweise im Umfeld von Nuklear - Reaktoren, unter anderem auch bei Reaktoren für kleine Leistungsbereiche (small modular reactors), zum Einsatz. An diesen Reaktoren sind oft mehrere über den Umfang verteilte, als Umwälz- pumpen dienende Pumpenanordnungen angebracht. Zumeist ist dabei der Motor vertikal über oder unter dem Pumpenteil angeordnet, in einigen Fällen ist auch eine horizontale Ausführung der Pumpe zu finden. Jede Pumpenanordnung weist hierbei ein eigenes Druckgehäuse auf, das über eine Zu- und Ableitung mit dem Druckgehäuse des Reaktors verbunden ist. Bei Druckwasserreaktoren dienen die Pumpen dazu, die im Reaktor erwärmte Überträgerflüssigkeit im geschlossenen Kreislauf durch einen als Wärmetauscher ausgebildeten Dampferzeuger zu fördern. Bei Siedewasserreaktoren sorgen diese Pumpen für einen inneren Umlauf innerhalb des Primärkreises.
Durch die Mehrfachanordnung und dem damit verbundenen Parallelelbetrieb ist es zum einen möglich, durch Abschalten einzelner Pumpen die Leistung des Reaktors zu regulieren, zum anderen können bei Ausfall einer oder mehrerer Pumpen die verbleibenden den Betrieb eingeschränkt aufrecht erhalten. Hierbei werden allerdings die abgeschalte- ten oder ausgefallenen Pumpen rückwärts durchströmt. Um dabei eine Rückwärtsdrehung zu vermeiden und um den Strömungswiderstand zu erhöhen und damit die volu- metrischen Verluste zu beschränken, sind derartige Pumpenanordnungen mit einer Rücklaufsperre in Form eines Freilaufes auf der Pumpen- oder Motorwelle versehen. Die trotz der Rücklauf sperre auftretenden volumetrischen Verluste sind unerwünscht und stellen einen beträchtlichen Energieverlust dar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpenanordnung anzugeben, durch welche die beschriebenen Nachteile umgangen werden sollen. Außerdem soll der Einsatz komple- xer und somit teurer Bauteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen in einem Innenraum des Gehäuses angeordneten Diffuser und einer in dem Innenraum des Gehäuses angeordneten Ventilvorrichtung gelöst, wobei eine Öffnung des Diffusere als Ventilsitz für einen Ventilkör- pere der Ventilvorrichtung ausgebildet ist.
Durch den Einsatz einer Ventilvorrichtung, deren Ventilkörper mit dem Diffuser als Ventilsitz zusammenwirkt, kann auf eine komplexe und teure Rücklaufsperre verzichtet werden. Da durch die Ventilvorrichtung eine Rückströmung in das Pumpengehäuse und somit die Rückwärtsdrehung verhindert wird, werden die volumetrischen Verluste bei den noch laufenden Pumpen vollständig vermieden.
Vorteilhafterweise umfasst die Ventilvorrichtung einen Ventilkorb, eine in dem Ventilkorb angeordnete Ventilfeder und einen in dem Ventilkorb verschiebbar angeordneten, durch die Ventilfeder mit einer Federkraft beaufschlagten Ventilkörper. Dadurch wird ein einfach herzustellendes Rückschlagventil ermöglicht, das leicht vormontierbar ist
Für einen ungestörten Strömungsfluss ist die Ventilvorrichtung gegenüber der Öffnung des Diffusers in einem topfartigen Bereich des Gehäuses angeordnet. Somit kann im geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung der Strömungsweg vollständig freigegeben werden. Damit die Ventilvorrichtung betriebssicher platziert werden kann, weist das Gehäuse vorteilhafterweise einen Grundkörper auf, der über eine durch eine Verstärkung der Wand des Grundkörpers nach innen in den Innenraum entstehende Stufe verfügt, wobei der Ventilkorb einen sich in radialer Richtung erstreckenden Ringkragen aufweist, der an der Stufe des Grundkörpers zur Anlage kommt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist im Ringkragen des Ventilkorbes wenigstens eine Axialbohrung ausgebildet ist, in der wenigstens ein Rohr eingesetzt ist, welches sich in eine Ausnehmung im Ring des Diffusors erstreckt. Über Axialbohrung, Rohr und Ausnehmung findet bei jedem Schaltvorgang der Ventilvorrichtung ein Druckausgleich statt. Dadurch wird durch die Druckdifferenz zwischen der Zu- und der Abströmseite der Pumpe eine zum Strömungsimpuls zusätzliche Kraft auf den Ventilkolben aufgebracht, die die Ventilvorrichtung während des Betriebes der Pumpe offen hält. In weiterer Ausgestaltung weist der Ventilkorb einen Boden auf, der über eine Führungswand mit dem Ringkragen verbunden ist. Der Ventilkörper verfügt wiederum über eine dem Diffusor zugewandten Dichtfläche und eine sich von der Dichtfläche in Richtung Boden des Ventilkorbes erstreckende Ringwand, wodurch einerseits ein Verkanten des Ventilkörpers und andererseits ein reibungsarmes Schalten der Ventilvorrichtung möglich ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Ventilkörper pilzkopfartig oder stufenförmig ausgebildet, wobei sich die Dichtfläche radial über die Ringwand hinaus erstreckt. Durch die pilzkopfartige oder stufenförmige Ausbildung des Ventilkörpers kann in Abhängigkeit der jeweiligen Durchmesser über eine ringförmige Differenzfläche, die durch den Überstand hergestellt wird, eine von der Druckdifferenz, die von den in Betrieb befindlichen Pumpen erzeugt wird, abhängige zusätzliche Schließkraft aufgebracht werden Bei einer weiteren günstigen Weiterbildung weist der Ventiikorb eine Durchgangsbohrung im Boden auf, durch die sich eine Führungsstange erstreckt. Im Ventilkörper ist dabei ein Sackloch vorgesehen, in das die Führungsstange zur betriebssicheren Führung des Ventilkörpers hineinragt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Nuklearreaktor mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen
Der Nuklearreaktor weist zur Lösung der gestellten Aufgabe eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung auf.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Nuklearreaktors mit daran angeordneten erfindungsgemäßen Pumpenanordnungen,
Figur 2 den Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Pumpenanordnung mit Pumpenteil, Verbindungseiement und Motorteil,
Figur 3 einen Längsschnitt durch das Pumpenteil aus Fig. 2 mit einem geschlossenen
Ventil,
Figur 4 einen Längsschnitt durch das Pumpenteil aus Fig. 2 mit einem geöffneten
Ventil,
Figur 5 den Längsschnitt durch den Pumpenteils einer zweiten Ausführungsform mit einem geöffnetem Ventil, und
Figur 6 den Längsschnitt durch den Pumpenteils einer dritten Ausführungsform mit einem geöffnetem Ventil, Fig. 1 zeigt einen Reaktor 1 , an dem über den Außenumfang vorzugsweise gleichmäßig verteilte erfindungsgemäße Pumpenanordnungen 2 zum Fördern von im Reaktor erwärmter Überträgerflüssigkeit angebracht sind. Figur 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung 2. Die Pumpenanordnung 2 weist einen Pumpenteil 3 und einen Motorteil 4 auf, die mittels eines Verbindungselementes 5 aneinandergekoppelt sind.
Im Motorteil 4 ist ein nicht dargestellter Antrieb, üblicherweise ein von einem Kühlmedi- um durchströmter Elektromotor oder Spaltrohr-Elektromotor, untergebracht. Dessen Abtriebswelle 6 erstreckt sich durch das Verbindungselement 5 in den Pumpenteil 3. Gegebenenfalls kann innerhalb des Verbindungselementes 5 eine Schwungscheibe an der Abtriebswelle 6 angeordnet sein, die bei Ausfall des Antriebs die Fördertätigkeit kurzzeitig aufrechterhält.
Wie in Fig. 3 detaillierter dargestellt, umfasst der Pumpenteil 3 ein Gehäuse 7 mit darin angeordneten nachstehend näher beschriebenen Hydraulikteilen. Das Gehäuse 7 verfügt über einen im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper 8 mit einer Mittellängsachse X, die mit der Drehachse der Abtriebswelle 6 zusammenfällt. Der Grundkörper 8 ist an der dem Motor abgewandten Seite mittels eines gewölbten Bodens 9 geschlossen. Der Boden 9 des Gehäuses 7 wird durch einen im Wesentlichen kugelabschnittförmigen Kalottenbereich 10 und einen den Übergangsbereich zwischen Grundkörper 8 und Kalottenbereich 10 formenden Krempenbereich 11 gebildet. An der dem Boden 9 gegenüberliegenden Seite ist das Gehäuse 7 von einem Deckelelement 12 verschlossen, wo- bei in dem Deckeielement 12 eine zentrale Öffnung 13 vorgesehen ist, durch weiche sich die Abtriebswelle 6 in einen Innenraum 14 des Gehäuses 7 erstreckt.
Der Grundkörper 8 ist an der dem Boden 9 gegenüberliegenden Seite mit einer ringartigen Anschlussvorrichtung 15 versehen, die in axialer Richtung vorspringt und an der Stirnseite des Grundkörpers 8 eine Stufe 16 bildet. Mittels nicht gezeigten Gewindebohrungen in der Anschiussvorrichtung 15 und Schrauben oder Gewindestangen ist der Grundkörper 8 mit dem in Fig. 2 gezeigten Motorteil 4 und dem Verbindungselement 5 verbindbar. Das Deckelelement 12 ist an dem in Fig. 2 dargestellten Verbindungselement 5 angebracht und liegt im zusammengebauten Zustand an der Stufe 16 an und trennt den hydraulischen Strömungsraum, also den Innenraum 14 im Pumpengehäuse 7 von dem darüber liegenden Verbindungselement 5 ab. Die Erstreckung des De- ckelelementes 12 in axialer Richtung entspricht im Wesentlichen der axialen Erstreckung der Anschlussvorrichtung 15. Nicht dargestellte Dichtungselemente sorgen für die notwendige Dichtheit der Bauteile.
Mittels einer oder mehreren Haltevorrichtungen 12a mit dem Deckelelement 12 verbunden, ragt eine Fluidführungsvorrichtung 17 von oben in den Innenraum 14 und umgibt dabei wenigstens teilweise die Abtriebswelle 6 und ein daran angebrachtes Laufrad 18. Vorzugsweise sind die Haltevorrichtungen 12a, das Deckelelement 12 und die Fluidführungsvorrichtung 17 einteilig ausgebildet. Ein Diffusor 19 ist an dem freien nach unten in den Innenraum 14 ragenden Ende der Fluidführungsvorrichtung 17 angebracht und erstreckt sich weiter nach unten in den Innenraum 14. Die Verbindungsstelle von Fluidführungsvorrichtung 17 und Diffusor 19 ist zur Zentrierung des Diffusors 19 stufenförmig ausgebildet.
Im Diffusor 9 sind zum einen Leitradschaufeln 20 zum Führen der Überträgerflüssigkeit vorgesehen, zum anderen ist im Inneren des Diffusors 19 eine Lageraufnahme 21 realisiert, welche durch die Leitradschaufeln 20 konzentrisch im Diffusor 19 gehalten wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Lageraufnahme 2 mittels Rippen 22 konzentrisch im Diffusor 19 gehalten werden. In der Lageraufnahme 21 ist ein Radiallager 23 vorgesehen, welches das Ende der Abtriebswelle 6 lagert. Um eine Ansammlung von Teilchen zu verhindern, ist am unteren, dem Laufrad 18 abgewandten Ende der Lageraufnahme 21 eine Öffnung 24 vorgesehen.
Das der Fluidführungsvorrichtung 17 abgewandte Ende des Diffusors 19 weist eine Öffnung 25 auf und ist mit einem sich in Radialrichtung erstreckenden Ring 26 versehen, der weitestgehend an der Innenseite des Grundkörpers 8 anliegt und mittels nicht dargestellter Dichteiemente den Innenraum 14 in einen über dem Ring 26 gebildeten Ring- räum 27 mit einem Zuströmbereich 28 und einen darunterliegenden Abstömbereich 29 teilt.
Der Grundkörper 8 des Gehäuses 7 ist an einer Seitenwand mit einem Befestigungs- stutzen 30 versehen, der druckdicht mit dem Reaktormantel verbindbar ist. Innerhalb des Befestigungsstutzens 30 erfolgt die horizontale Zu- und die Abströmung der Pumpenanordnung. Dabei ist der Befestigungsstutzen 30 ähnlich einem doppelwandigen Rohr ausgebildet. Der Befestigungsstutzen 30 verfügt über einen Durchgang 31 , durch welchen zu förderndes Fluid über eine Zuströmöffnung 32 in den Zuströmbereich 28 bzw. über eine Abströmöffnung 33 aus dem Abströmbereich 29 strömen kann.
Zwischen dem Abströmbereich 29 und dem Kalottenbereich 10 weist der Innenraum 14 einen topfartig ausgebildeten Bereich 34 auf, in dem eine Ventilvorrichtung 35 in Form eines Rückschlagventils angeordnet ist. Die Ventilvorrichtung 35 umfasst einen Ventil- korb 36, eine Ventilfeder 37 sowie einen kolbenartigen Ventilkörper 38. Die Ventilfeder 37 stützt sich am Ventilkorb 36 ab und beaufschlagt den Ventilkörper 38 mit einer Federkraft in Richtung des Diffusere 19. Unterhalb des Abströmbereichs 29 verfügt der Grundkörper 8 über eine Stufe 39, die durch eine Verstärkung der Wand des Grundkörpers 8 nach innen in den Innenraum 14 entsteht. Der Venti [korb 36 weist an der dem Kalottenbereich 10 des Pumpengehäuses 7 abgewandten Seite einen sich in radialer Richtung erstreckenden Ringkragen 40 auf, der an der Stufe 39 des Grundkörpers 8 zur Anlage kommt. Nicht gezeigte Schrauben erstrecken sich durch in dem Ringkragen 40 ausgebildete, ebenfalls nicht dargestellte Bohrungen, die in nicht sichtbare Gewindebohrungen in der Stufe 39 eigeschraubt werden und den Ventilkorb 36 mit dem Grund- körper 8 des Gehäuses 7 verbinden.
Der konzentrisch zur ittellängsachse X angeordnete Ventilkorb 36 weist einen dem Kalottenbereich 0 zugewandten Boden 41 auf, der über einer Führungswand 42 mit dem Ringkragen 40 verbunden ist
Wenigstens eine Bohrung 43 erstreckt sich in axialer Richtung durch den Ventilkorb 36. Bei der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich wenigstens zwei Bohrungen 43 durch den Boden 41. In der Mitte des Bodens 41 ist ein in das Innere des Ventilkorbs 36 ragender scheibenartiger Vorsprung 44 zum Halten und Führen der Ventilfeder 37 vorgesehen. Im Ringkragen 40 ist wenigstens eine sich parallel zur Mittellängsachse X verlaufende Axialbohrung 45 ausgebildet. In der wenigstens einen Axialbohrung 45 ist ein Rohr 46 eingesetzt, welches sich nach oben in eine zu der wenigstens einen Axialbohrung 45 ausgerichteten Ausnehm ung 47 in den am freien Ende des Diffusors 19 angeordneten Ring 26 erstreckt und den Zuströmbereich 28 mit dem Bereich 34 des Innenraumes 14 verbindet. Der topfartig ausgestaltete Ventilkörper 38 verfügt über eine dem Diffusor 19 zugewandten Dichtfläche 48 und eine sich von der Dichtfläche 48 in Richtung Boden 41 erstreckende Ringwand 49. Die Dichtfläche 48 weist eine in Richtung Diffuser 19 weisende Wölbung auf. Mittels der Ringwand 49 ist der Ventilkörper 38 axial beweglich in dem Ventilkorb 36 entlang der Führungswand 42 führbar angeordnet. Im Inneren, an der dem Boden 41 zugewandten Seite, weist der Ventilkörper 38 einen scheibenartigen Vorsprung 50 zum Halten und Führen der Ventilfeder 37 auf. Der Rand der Öffnung 25 im Diffusor 19 bildet den Ventilsitz für den Ventilkörper 38.
Die Fig. 3 zeigt den Pumpengteil 3 während des regulären Betriebs der Pumpenanord- nung 2. Die Überträgerflüssigkeit strömt, verursacht durch Drehung der Abtriebswelle 6 und somit des Laufrades 18, in den Zuströmbereich 28. Von dort wird die horizontal gerichtete Zuströmung umgelenkt und vertikal aufwärts gerichtet und durch den von Grundkörper 8, Diffusor 19, Fluidführungsvorrichtung 17 gebildeten Ringraum 27 gefördert. Vom Ringraum 27 strömt das Fluid zu dem an der dem Innenraum 14 zugewand- ten Seite als Krümmer ausgebildeten Deckelelement 12 und wird von dort radialsymmetrisch abwärts in das Innere der Fluidführungsvorrichtung 7 zum Laufrad 18 abgelenkt. Unter erhöhtem Druck strömt das Fluid durch einen weiteren Ringraum 51 , der im Inneren des Diffusors 19 durch die Lageraufnahme 22 und die Wandung des Diffusors 9 definiert ist, in den Abströmbereich 29. In diesem erfolgt die Umlenkung der Strö- mung in eine horizontale Richtung und das Fluid strömt dann über die Abströmöffnung zum Reaktor. Der Ventilkörper 38 ist dabei vollständig in den Ventilkorb 36 eingeschoben und gibt dabei den Strömungsweg vollständig frei. Der Ventilkörper 38 bildet zu den strömungsführenden Bereichen des Ringkragens 40 keinen Absatz oder Stufe. Die Dichtfläche 48 stellt zudem eine strömungsführende Kontur dar. Durch diese Anordnung verursacht die geöffnete Ventilvorrichtung 35 keinen Strömungswiderstand. Die Fig. 4 zeigt den Pumpenteil 3 bei Stillstand der Pumpenanordnung 2. Nachdem das Laufrad 18 kein Fluid mehr fördert, ist die den Ventilkörper 38 beaufschlagende Kraft der Ventilfeder 37 größer als die Druckkraft der über dem Ventilkörper 38 stehenden Wassersäule. Dadurch wird der Ventilkörper 38 gegen den durch den Rand der Öffnung 25 im Diffusor 19 gebildeten Ventilsitz gedrückt. Gleichzeitig kann Fluid aus dem Ring- räum 27 durch das Rohr 46 und die wenigstens eine Bohrung 43 im Boden 41 in das Innere von Ventilkörper 38 und Ventilkorb 36 strömen und die Schließbewegung des Ventilkörpers 38 unterstützen.
Geht die Pumpenanordnung 2 wieder in Betrieb, wird das Fluid vom Laufrad 18 wieder gegen den Ventilkörper 38 gedrückt, wodurch dieser, wie in der Fig. 3 dargestellt, in den Ventilkorb 36 verfahren wird. Gleichzeitig kann zur Druckentlastung der Unterseite des Ventilkörpers 38 das Fluid aus dem Inneren von Ventilkörper 38 und Ventilkorb 36 herausströmen,. wobei sich eine Saugwirkung durch das in Richtung Deckelelement 12 strömende Fluid einstellt, die das Abstömen des Fluids durch das Rohr 46 und somit das Einschieben des Ventilkörpers 38 in den Ventilkorb 36 unterstützt.
Bei der in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsform mit vereinfacht dargestelltem Lagerträ- gereiement 21 weist das Deckelelement 12 einen Bereich mit größerer radialer Ausdehnung auf als bei den vorstehend gezeigten und beschriebenen Figuren. Die axiale Erstreckung der Anschlussvorrichtung 15 ist dabei geringer als bei der Ausführungsform in Fig. 3. Ein Bereich des Deckelelementes 12 erstreckt sich über die Anschlussvorrichtung 15 des Grundkörpers 8. Der Ventilkörper 38 der in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist pilzkopfartig oder stufenförmig ausgebildet. Die Dichtfläche 48 erstreckt sich dabei radial über die Ringwand 49 hinaus. Im Bereich des Ringkragens 40 ist eine axiale Rücknehmung 52 vorgesehen, in welche bei in den Ventilkorb 36 eingeschobenem Ventilkörper 38 die radial überstehende Dichtfläche 48 aufgenommen wird. Durch die pilzkopfartige oder stufenförmige Ausbildung des Ventilkörpers 38 kann in Abhän- gigkeit der jeweiligen Durchmesser über die ringförmige Differenzfläche D eine von der Druckdifferenz, die von den in Betrieb befindlichen Pumpen erzeugt wird, abhängige zusätzliche Schiießkraft aufgebracht werden Bei der in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsform liegt ein erster Teilbereich 53 des De- ckeleiementes 12 an der Stufe 16 an. In radialer Richtung ist zwischen dem Teilbereich 53 und der Anschlussvorrichtung 15 des Gehäuses 7 ein Teil 54 des in der Figur 1 gezeigten Verbindungselementes 5 angeordnet Ein zweiter Teilbereich 55 des Deckelelementes 12 erstreckt sich zumindest teilweise in den Innenraum 14 des Gehäu- ses 7. Es versteht sich, dass jede gezeigte Variante des Deckelelementes 12 mit entsprechend angepassten Abmessungen auf allen gezeigten Gehäusen 7 zum Einsatz kommen kann.
Der Ventilkorb 36 verfügt im Boden 41 über eine konzentrisch zur Mitteilängsachse X angeordnete Durchgangsbohrung 56, die als Stufenbohrung ausgeführt ist Die Durchgangsbohrung 56 verfügt über einem Bereich 57 mit vermindertem Innendurchmesser und über einen Bereich 58 mit vergrößertem Innendurchmesser. Durch die Durchgangsbohrung 56 erstreckt sich eine Führungsstange 59, die über einen Bereich 60 mit einem verminderten Außendurchmesser, der dem Bereich 57 mit vermindertem Innen- durchmesser zugeordnet ist, und über einen Bereich 61 mit vergrößertem Außendurchmesser, der dem Bereich 58 mit vergrößertem Innendurchmesser zugeordnet ist, verfügt. Das sich in Richtung Kalottenbereich 10 des Gehäuses 7 erstreckende freie Ende der Führungsstange 59 ist mit einem Gewinde versehen, auf welches eine Mutter 62 aufschraubbar ist. Dadurch wird in axialer Richtung der den vergrößerten Außen- durchmesser aufweisende Bereich 61 der Führungsstange 59, gegen den Bereich 57 der Durchgangsbohrung 56, der über den vermindertem Innendurchmesser verfügt, gepresst, und die Führungsstange 59 sicher gehalten.
Der Boden 41 weist auf der der Mutter 62 gegenüberliegenden Seite einen wannenarti- gen Bereich 63 auf, in dem die Ventilfeder 37 angeordnet ist. Die wenigstens eine Bohrung 43 erstreckt sich in radialer Richtung durch den Ventilkorb 36. Bei der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die wenigstens eine Bohrung 43 durch die Füh- rungswand 42 des Ventilkorbs 36. Bei einer nicht gezeigten Variante der in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsform kann sich die wenigstens eine Bohrung 43 in axialer Richtung, wie unter Anderem in Fig. 3 dargestellt, oder in schräger Richtung durch den Boden 41 des Ventilkorbs 36 erstrecken.
Der Ventilkörper 38 ist pilzkopfartig ausgebildet, wobei der sich in Richtung Boden 41 erstreckende Vorsprung 50 im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 35 bis zum wannenartigen Bereich 63 erstreckt. Der Vorsprung 50 weist dabei einen konisch verlaufenden Abschnitt 64 und einen zylindrischen Abschnitt 65 auf. Im Ventilkörper 38, insbesondere im Vorsprung 50, ist ein Sackloch 66 vorgesehen, in den die Führungsstange 59 hineinragt, wodurch der Ventilkörper 38 bei seiner Axiaibewegung sicher führbar ist.
Geht die Pumpenanordnung 2 in Betrieb, strömt bei dem Pumpenteil 3 das Fluid in den Zuströmbereich 28, von dort durch den Ringraum 27, dann durch den im Deckelelement 12 ausgebildeten Krümmer in den Ringraum 51 der im Inneren des Diffusors 19 durch die Lageraufnahme 21 und die Wandung des Diffusors 19 gebildet wird, und schließlich in den Abströmbereich 29. Der Ventilkörper 38 wird dabei durch den Impuls der Strömung vollständig in den Ventilkorb 36 gedrückt. Das zunächst im Inneren der Ventilvor- richtung 35 vorhandene Fluid entweicht währenddessen durch die wenigstens eine Bohrung 43 und die wenigstens eine Axialbohrung 45 in den Abströmbereich 29 und wird dann, zusammen mit dem im Abströmbereich 29 vorhandenen Fluid, über die Abströmöffnung 33 aus dem Pumpengehäuse 7 herausgeführt. Bei Stillstand des Laufrades 18 wird der Ventilkörper 38 von der Ventilfeder 37 in Richtung Diffusor 19 gegen den durch den Rand der Öffnung 25 gebildeten Ventilsitz gedrängt. Dabei kann Fluid aus dem Abströmbereich 29 durch wenigstens eine für den Druckausgleich erforderliche Axialbohrung 45 und die wenigstens eine Bohrung 43 in das Innere der Ventilvorrichtung 35 strömen.

Claims

1. Pumpenanordnung
(2) für die Anordnung an einen Nuklearreaktor und zum Fördern von im Reaktor erwärmter Überträgerflüssigkeit, mit einem Motorteil (4) und einem ein Gehäuse (7) aufweisenden Pumpenteil
(3), gekennzeichnet durch einen in einem Innenraum (14) des Gehäuses (7) angeordneten Diffuser (19) und einer in dem Innenraum (14) des Gehäuses (7) angeordneten Ventilvorrichtung (35), wobei eine Öffnung (25) des Diffusers (19) als Ventilsitz für einen Ventilkörpers (38) der Ventilvorrichtung (35) ausgebildet ist. 2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (35) einen Ventilkorb (36), eine in dem Ventilkorb (36) angeordnete Ventilfeder (37) und einen in dem Ventilkorb (36) verschiebbar angeordneten, durch die Ventilfeder (37) mit einer Federkraft beaufschlagten Ventilkörper (38) umfasst 3. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ventilvorrichtung (35) gegenüber der Öffnung (25) des Diffusers (19) in einem topfartigen Bereich (34) des Gehäuses (7) angeordnet ist.
4. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) einen Grundkörper (8) aufweist, der über eine durch eine
Verstärkung der Wand des Grundkörpers (8) nach innen in den Innenraum (14) entstehende Stufe (39) verfügt, und dass der Ventilkorb (36) einen sich in radialer Rieh- tung erstreckenden Ringkragen (40) aufweist, der an der Stufe (39) des Grundkörpers (8) zur Anlage kommt.
5. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Ringkragen (40) des Ventilkorbes (36) wenigstens eine Axialbohrung (45) ausgebildet ist, in der wenigstens ein Rohr (46) eingesetzt ist, welches sich in eine Ausnehmung (47) in einem am freien Ende des Diffusors (19) angeordneten Ring (26) erstreckt.
6. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkorb (36) einen Boden (41) aufweist, der über eine Führungswand (42) mit dem Ringkragen 39 verbunden ist.
7. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiikörper (38) über eine dem Diffusor (19) zugewandten Dichtfläche (48) und eine sich von der Dichtfläche (48) in Richtung Boden (41) des Ventilkorbes (36) erstreckende Ringwand (49) verfügt.
8. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (38) pilzkopfartig oder stufenförmig ausgebildet ist, wobei sich die Dichtfläche (48) radial über die Ringwand (49) hinaus erstreckt.
9. Pumpenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkorb (38) eine Durchgangsbohrung (56) im Boden (41) aufweist, durch die sich eine Führungsstange (59) erstreckt, und dass im Ventiikörper (38) ein Sackloch (66) vorgesehen ist, in das die Führungsstange (59) zur Führung des Ventilkörpers (38) hineinragt. lO. Nukiearreaktor (1) gekennzeichnet durch eine Pumpenanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10
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