WO2020104050A1 - Pump device - Google Patents

Pump device

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Publication number
WO2020104050A1
WO2020104050A1 PCT/EP2019/000313 EP2019000313W WO2020104050A1 WO 2020104050 A1 WO2020104050 A1 WO 2020104050A1 EP 2019000313 W EP2019000313 W EP 2019000313W WO 2020104050 A1 WO2020104050 A1 WO 2020104050A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pump
drive
pump device
hydraulic drive
shaft
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/000313
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Zoran Vujic
Frank Steiner
Álvaro PÉREZ-SAJADO KAMPS
Felix Sassen
Paul BELZ
Emil Kostov
Original Assignee
Westinghouse Electric Germany Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Germany Gmbh filed Critical Westinghouse Electric Germany Gmbh
Priority to EP19808976.5A priority Critical patent/EP3884165A1/en
Publication of WO2020104050A1 publication Critical patent/WO2020104050A1/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/08Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being radioactive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00Pumping installations or systems
    • F04D13/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/04Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven
    • F04D13/043Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven the pump wheel carrying the fluid driving means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046Bearings
    • F04D29/047Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/06Lubrication
    • F04D29/061Lubrication especially adapted for liquid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08Sealings
    • F04D29/10Shaft sealings
    • F04D29/106Shaft sealings especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/108Shaft sealings especially adapted for liquid pumps the sealing fluid being other than the working liquid or being the working liquid treated

Definitions

  • the invention relates to a pumping device for conveying a contaminated liquid with a pump which is driven by a flydraulic drive, the flydraulic drive being drivable by a drive fluid, and the pump and the fluid drive being mechanically connected.
  • Pumping devices for conveying contaminated liquids are very special devices that have to meet a variety of extreme design conditions. For example, such devices are also used at high pressures and high temperatures.
  • the type of contamination of the liquid also plays a role.
  • a nuclear reactor In order to ensure the highest level of safety even in the event of a malfunction, a nuclear reactor is surrounded by a hermetically sealed safety container or a containment / confinement, which means that in the event of a malfunction, the radioactive substances that may escape from the reactor core cannot escape into the environment, but rather be held back in the containment.
  • a safety medium collection area or a so-called reactor sump is usually provided within a security container, in which in the event of a malfunction, for example, radioactive contaminated cooling water escaping from a leaking cooling system is collected, cooled if necessary, and returned to the cooling system or the reactor core or other systems.
  • the heat energy then generated by the nuclear reactor or another heat source in the safety container or in its cooling medium collection area must be conducted outside in the form of heated medium to be cooled. If this does not happen, an increased formation of water vapor could create a dangerous overpressure in the safety container, which should be released directly from the safety container into the environment if a critical level is exceeded, if a failure of the safety container is to be avoided.
  • appropriate cooling systems which typically have a heat exchanger, by means of which it is ensured that radioactive contaminants remain within the containment and are not released into the environment.
  • a heat exchanger is cooled on the primary side in a cooling circuit by the heated one Medium flows through, typically in the event of an accident of radioactively contaminated water.
  • the secondary side of such a heat exchanger is flowed through by a coolant, which absorbs heat energy from the heated to cool the medium and cools it, but does not come into direct contact with it, so that it is not contaminated by it.
  • the uncontaminated coolant in turn emits the thermal energy it absorbs to a heat sink outside the containment.
  • cooling systems must be very powerful and able to transport larger amounts of heat from the cooling medium collecting area of a safety container to the outside even over a long period of time, for example two months or more.
  • the electric motors for the pumps are arranged within the containment.
  • a disadvantage of this prior art is that, especially in the event of a malfunction, the operation of active drive devices such as motors within the containment can be associated with increased uncertainty due to the conditions prevailing in the event of a malfunction, such as elevated temperature and an atmosphere with radioactive contaminated steam. This contradicts the safety endeavor to maintain the highest level of reliability of the safety container cooling system, especially in the event of a malfunction.
  • Patent document DE 10 2011 107470 A1 discloses a nuclear reactor cooling system, comprising a reactor pressure vessel, which in turn is arranged within a first spatial area surrounded by a first protective wall, and a second spatial area, which is arranged at a similar geodetic height to the first area and is surrounded by a second protective wall since it is intended to collect cooling water emerging from a primary cooling system interacting with the reactor pressure vessel.
  • the nuclear reactor cooling System has means to flood the first spatial area with cooled cooling water in an emergency.
  • a safety container cooling system has a heat exchanger and a pump, the pump being driven by a turbine. In this way, the electric motor-driven pump is avoided.
  • a pump device for conveying a contaminated liquid with a pump which is driven by a hydraulic drive, where the hydraulic drive can be driven by a drive liquid, and the pump and the liquid drive are mechanically connected.
  • the pump device is characterized in that a pump shaft of the pump and a hydraulic drive shaft of the hydraulic drive are supported by slide bearings, that a lubricant for the slide bearings is the drive fluid, that drive fluid is guided to the slide bearings by at least one lubricant medium line, and that the drive fluid after one Flow through the plain bearing can be diverted from the pump device.
  • the pump for conveying a contaminated liquid is driven by a hydraulic drive.
  • a hydraulic drive can be, for example, a drive turbine, a drive pump or a hydraulic motor.
  • a drive of the pump with electrical auxiliary energy is avoided, the electrical auxiliary energy can fail on the one hand during the operating time and on the other hand, electric motors are comparatively prone to failure.
  • the use of an internal combustion engine as a drive for such a pump is also avoided.
  • An internal combustion engine is also unsuitable for the use of the pump according to the invention.
  • the basic idea of the invention is to provide the movable Chen or rotating parts by plain bearings instead of the usual bearing with rolling elements, such as balls in ball bearings.
  • Slide bearings are also significantly more robust against mechanical influences, for example small particles that could penetrate the slide bearing.
  • Plain bearings are usually lubricated with a lubricant that reduces the friction of a moving surface of the plain bearing against a fixed surface of the plain bearing.
  • the invention provides that the drive fluid of the hydraulic drive is used as the lubricant or lubricant.
  • the pump device is only dependent on a supply medium that both operates or drives the hydraulic drive of the pump device and also provides the lubricant for the storage of the pump device. This avoids a further possible source of error for the failure of such a pump device, as a result of which the pump device itself becomes more robust and is suitable for long-term operation.
  • robust is understood to mean that the pumping device can be operated over a long period of time without failure, that is to say in an actionable or functional state.
  • a long period of time, or suitable for long-term operation is, for example, a period of at least two months or possibly an even longer period of, for example, six or twelve months of uninterrupted operation.
  • the pump device provides that the drive fluid is not only passed to the slide bearings as a lubricant, but is also discharged from the pump device after the slide bearings have flowed through.
  • a pressure at which the drive fluid is fed to the hydraulic drive is in any case higher than the pressure at which the contaminated fluid to be conveyed has.
  • a backflow preventer, non-return flaps or the like can also be arranged at a suitable point, for example in the housing of the pump device, in order to prevent the backflow of contaminated liquid even when the pump is at a standstill.
  • the design of a pump impeller ensures that the final pressure of the pump is in any case lower than the pressure prevailing in the drive medium that the hydraulic drive is supplied to. Another constructive possibility to ensure the above-mentioned pressure conditions is also to match the constructive design of the impeller of the hydraulic drive to the design of the pump wheel in such a way that a higher pressure on the outflow side of the pump than the pressure in the drive medium is avoided.
  • An advantageous embodiment of the pump device is characterized in that the pump and the hydraulic drive have a common rotary shaft. This simplifies the construction.
  • the pump device is made compact and also has fewer parts that could fail during operation of the pump device. This advantageously reduces possible sources of error. This promotes trouble-free long-term operation.
  • a common bearing housing in which the common rotary shaft is arranged also simplifies the construction of the pumping direction and enables an even more compact design. For example, this reduces the number of seals required on shafts. This technical measure also favors long-term operation.
  • the pump device can also be configured such that an axis of rotation of the rotary shaft is arranged vertically, as seen in the geodetic direction. In this way, an intake port of the pump can be positioned at a position that is as low as possible in the geodetic direction.
  • the pump device is arranged in a pump sump or liquid sump, so that inlet conditions for the liquid to be pumped into the suction side of the pump are most favorable at this geodetically located point.
  • Such pumps which are at least partially immersed in the liquid to be pumped, are then also referred to as submersible pumps, for example.
  • Another advantage of the pump device is obtained if an impeller of the pump and / or a drive wheel of the flydraulic drive are mounted on the fly, i.e. Both the impeller and the drive wheel are attached to one shaft end, in particular to the shaft ends of a common rotary shaft.
  • This provides the constructive possibility of providing both the pump and the hydraulic drive with a common bearing for the common rotary shaft.
  • a very compact construction is possible, which at the same time is particularly robust because it has the smallest possible number of components.
  • a lubricant medium line is designed as a recess or bore in the bearing housing.
  • the lubricant line is therefore integrated in the bearing housing. This also serves to further simplify the construction and compact design.
  • the pumping device is designed in such a way that a first end of a lubricant medium line is arranged at a point in the bearing housing which is enclosed by a hydraulic drive housing.
  • the drive liquid is taken directly from a pressure side of the hydraulic drive, that is to say a point in which the pressure of the supplied drive liquid prevails, and directed to a point in the region of the slide bearings, so that the drive flow liquid is fed to the plain bearings as a lubricant and serves as a lubricant for the plain bearings.
  • the supply of the sliding bearing with lubricant is particularly simple and insensitive to failure. This configuration also makes a contribution to trouble-free long-term operation.
  • a seal or a sealing system is arranged between the bearing housing and the rotary shaft, by means of which the penetration of contaminated liquid into the bearing housing is prevented. In this way, even when the pump device is at a standstill or when it is not in operation or in a transient operating state during starting or stopping the pump device, it is ensured that no contaminated liquid passes through a space between the bearing housing and the rotary shaft penetrates into the inner area of the bearing housing.
  • a further embodiment of the seal of the pump device provides that the seal is a spring-loaded mechanical seal, that the mechanical seal is closed by spring forces of the spring-loaded mechanical seal when the hydraulic drive is out of operation, that the mechanical seal is opened slightly against a spring force of the spring when the hydraulic drive is in operation, and that a small partial flow of the drive fluid from an inner region of the bearing housing passes through a gap between the slide ring and the counter ring of the mechanical seal into an interior of the pump housing when the hydraulic drive is in operation. In this way, the ingress of contaminated liquid into the inner region of the bearing housing of the pump device is reliably avoided when the pump device is out of operation.
  • a further embodiment of the seal of the pump device provides that the seal is a spring-loaded mechanical seal, that the mechanical seal is constantly closed by spring forces of the spring-loaded mechanical seal, regardless of whether the hydraulic drive is in operation or not, and that a partial flow of the drive fluid from one Inside the bearing housing through radial holes in the rotating shaft (and rotating components) and a connected axial hole in the rotating shaft enters a low-pressure interior of the hydraulic drive housing when the hydraulic drive is in operation. Due to the permanently sealed mechanical seal, the penetration of contaminated liquid into the inner area of the bearing housing of the pump device is reliably avoided, regardless of whether the pump device is in operation or not.
  • An advantageously configured pump device is also characterized in that the volume flow of the drive fluid flowing from the hydraulic drive housing through the lubricant medium lines into the bearing housing of the pump device is dimensioned for a defined operating state in such a way that the heat flow resulting from the friction on the slide bearings is generated by this volume flow and / or the heat flow transferred from an environment to the pump device is conveyed through the gap into the pump housing or through the bores in the rotary shaft into the hydraulic drive housing.
  • the pump device is in partially designed robust and has a correspondingly long trouble-free operating time with full functionality.
  • a further embodiment of the pump device is achieved if the seal is made of a material and is designed such that it can function with a liquid contaminated by a predetermined radioactive radiation during an operating time of at least two months, but also up to six or twelve months or that it can function as a contaminated liquid during a period of operation of at least two months, but also up to six or twelve months, with a predetermined load of an acid or an alkali.
  • An important property of the pump device is to have a robust design, that is to guarantee a long operating time, although the contaminated liquid to be conveyed often places high demands on the material, in particular the material of the seal.
  • Flier Solutions proposes to choose a sealing material that can withstand the contaminated liquid to be pumped for a correspondingly long time and at the same time ensures the technical function of the tightness.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of an exemplary safety container cooling system
  • FIG 2 shows an exemplary pump device for use in a safety container cooling system.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an exemplary first safety container cooling system 10 according to a prior art as an application example for an inventive pump device.
  • a security container 12 in this case a con- tainment / confinement made of concrete or steel for a nuclear reactor, encloses an atmospheric area 14 and a cooling medium collecting area 18, for example a reactor sump.
  • the cooling medium collecting area 18 is filled with a medium 16 to be cooled, in this case with cooling water, the surface of which is indicated by a line in the figure.
  • the medium to be cooled is heated by a heat source 40, in this example a nuclear reactor located at least partially in the cooling medium collecting area 18, which in the event of a specific malfunction releases its decay power to the medium 16 to be cooled.
  • Typical pressures and temperatures of the medium to be cooled are, for example, in the range from 1 bar to 4 bar or in the range from 50 ° C. to 110 ° C.
  • the medium 16 to be cooled is guided in a first cooling circuit through the primary side 22 of a heat exchanger 20 located above the cooling medium collecting area 18.
  • a first pump arrangement 38 is arranged in the cooling medium collecting area 18, which presses the medium to be cooled from below into the primary side 22 of the first heat exchanger 20 via a line 26.
  • There the medium is cooled and exits again as a cooled medium via a line 28.
  • the line 28 can either be returned directly to the cooling medium collection area, but in the drawing it is indicated that the line 28 ends in the atmospheric area 14 and the medium 16 is distributed via crushing or spraying devices, not shown, and is then collected again in the cooling medium collection area 18 .
  • the secondary side 24 of the heat exchanger 20 is flowed through by a coolant, which is supplied via a second pump arrangement 34 through a line 30 from outside of the security container 12.
  • the second pump arrangement 34 sets the coolant in such a way that a turbine 36 arranged in the line 30 is driven thereby.
  • the first pump arrangement 38 is coupled to the turbine 36 in such a way that it is driven by it.
  • the first pump arrangement 38 and the turbine 36 are mechanically coupled to one another by a common rotary shaft.
  • the medium to be cooled in the first cooling circuit is indirectly caused to flow by a motor arranged outside the security container 12 or another drive device of the second pump arrangement 34.
  • an active electric motor such as a Internal combustion or electric motor for driving the first pump arrangement 38 within the containment 12 is advantageously avoided.
  • the then heated coolant is passed via a line 32 to the outside of the containment 12, where the thermal energy is then given to any heat sink.
  • the first safety container cooling system 10 shown in the figure is only intended to serve as an example of how a pump device according to the invention is used in a field of technology which, in the event of a corresponding accident in a nuclear power plant, contaminates liquid, namely essentially water, the radioactive particles or May contain components is used.
  • a corresponding example can, however, also be found easily for a chemical plant in which chemical fluids collect at a geodetically low-lying point and contaminate this area accordingly.
  • the pumping device is designed to convey the contaminated liquid, which also includes the conveyance of normal, ie non-contaminated liquid.
  • FIG. 2 shows an exemplary pump device 50 that has a shaft 52 that rotates about an axis of rotation 54.
  • a drive wheel 56 is attached to an upper shaft end.
  • a centrifugal pump wheel is selected as the drive wheel 56 and a screw connection is selected as the connection between the drive wheel 56 and the upper shaft end.
  • a hydraulic turbine with a turbine wheel or another type of pump with an impeller or impeller is used as the hydraulic drive.
  • a tongue and groove connection or a form-fitting connection type can also be selected as the type of connection between the drive wheel 56 of the shaft 52.
  • a pump impeller 58 is also attached to a lower shaft end.
  • a centrifugal pump is shown as the type of pump in the exemplary embodiment shown, which means for the pump impeller 58 that it is a centrifugal pump wheel. Both the drive wheel 56 and the pump impeller 58 are attached to one of the shaft ends, so they are overhung.
  • the shaft 52 is arranged in a bearing housing 60, the bearing being carried out by means of a slide bearing system which transfers both axial and radial bearing forces from the shaft 52 into the bearing housing 60.
  • the bearing housing 60 has fastening means with which it can be connected, attached or mounted on the floor or on a fixed component at the installation location. However, this is not shown in the figure.
  • the plain bearing system has a plain bearing sleeve 62 which has the shape of a tube piece, the inner diameter of which is adapted to an outer diameter of the shaft 62.
  • the slide bearing sleeve 62 is connected to the shaft 52, so that both components rotate together when the pump device 50 is operating.
  • the plain bearing system has a first 64 and egg NEN second plain bearing ring 66, which are each connected to the bearing housing 60. Accordingly, the plain bearing rings 64, 66 remain stationary at their installation location in the bearing housing 60, even when the shaft 52 rotates.
  • the slide bearing system has a third slide bearing ring 100 and a fourth slide bearing ring 102, which are each connected to the shaft 62, so that these slide bearing rings rotate together with the shaft when the pump device 50 is in operation.
  • a length of long-term operation with the pump device 50 can be influenced by selecting the diameter of the shaft 52 to be larger than would be necessary according to a design based on the minimum values of a calculated shaft diameter. In the same way, the length of long-term operation can be increased by selecting the slide bearing system to be larger than would be necessary for the slide bearing system as a minimum size according to a calculation.
  • a first shoulder 68 is attached to the bearing housing 60.
  • the first paragraph 68 is provided as a connection point for a drive housing, which is not shown in the figure.
  • two indicated screws 70 are intended to show that the drive housing can be connected, for example, with screws to the first shoulder 68 and thus to the bearing housing 60.
  • the drive wheel 56 With a mounted drive housing, the drive wheel 56 is completely enclosed by an interior of the drive housing.
  • the drive housing itself has an inlet and at suitable points a drain opening for a drive medium, such as water, oil or other liquids. For use in the nuclear field for the example shown in the figure, however, water is generally used as the driving fluid.
  • the bearing housing 60 also has a first 72 and a second bore 74.
  • Each of the bores 72, 74 is closed on its side facing the external environment with a screw plug 76. For example, this can be opened temporarily for ventilation purposes. Otherwise, they serve for the liquid-tight sealing of the bores 72, 74.
  • the bores 72, 74 also each have a further opening on the side opposite the locking screws 76 to the inside of the bearing housing 60. The further opening is between the first 64 and second slide bearing rings 66 arranged.
  • first bore 72 is connected to a first end of a first lubricant medium line 78, a second end of the first lubricant medium line 78 ending at a point in the bearing housing 60 which faces the interior of the drive housing, so that the interior of the drive housing is hydraulically connected to the other Opening is connected.
  • a correspondingly designed second lubricant medium line 80 also connects the second bore 74 to the interior of the drive housing.
  • the lubricant lines 78, 80 are designed as bores in the bearing housing 60.
  • a connecting line 82 is shown, which in the exemplary embodiment shown is also designed as a bore in the bearing housing 60, which connects the first bore 72 hydraulically with an inner region of the housing interior of the bearing housing 60 facing the pump impeller 58.
  • a second shoulder 84 is formed on the bearing housing 60, the second paragraph 84 being provided for positioning and flanging a pump housing which completely surrounds the pump impeller 58.
  • the connection between the pump housing and the second shoulder 84 is indicated by connecting screws 86.
  • the pump housing is not shown in the figure, but has a suction opening and a pressure-side outlet opening for the liquid to be pumped.
  • An essential area of application of the pump device 50 is the conveyance of contaminated liquid.
  • Contaminated liquid is to be understood as a contamination with radioactive substances, as occurs, for example, in the event of a serious accident in a nuclear power plant.
  • a contaminated liquid can also be a contaminated nation with chemical substances, for example acids or alkalis or otherwise harmful substances or poisons or liquids.
  • the materials used for the pumping device must then also be designed in particular for the type of contamination. This means that the materials used endure a radioactive radiation of a fixed amount for a certain period of time, for example 2 or 3 months, but up to six or twelve months, in such a way that the function of the pump device is retained. The same applies to a contamination of the material by chemical contamination.
  • a functional operation of the pump device of at least two months is already considered as trouble-free long-term operation.
  • An important property of the pump device 50 is to prevent contaminated liquid from getting into the drive liquid.
  • a drive fluid is introduced into the interior of the housing via the inlet opening in the drive housing, and the drive wheel 56 is thereby set into a rotational movement by the movement of the drive fluid to be directed. Together with the drive wheel 56, the shaft 52 and the pump impeller 58 rotate.
  • the drive fluid under a predetermined drive pressure passes from the housing interior of the drive housing via the lubricant medium lines 78, 80 into the bores 72, 74.
  • a partial flow of the drive fluid in the bores 72, 74 reaches an area formed by the slide bearing sleeve 62, the slide bearing rings 64, 66 and the bearing housing 60.
  • the drive fluid under the drive pressure also flows in the area of sliding surfaces between the plain bearing rings 64, 66 and the plain bearing sleeve 62, or in the area of sliding surfaces between the plain bearing rings 64 and 100, or 66 and 102, so that a lubricating medium film is formed in the sliding bearings by the drive fluid, which is independent of the rotational movement of the shaft 52.
  • the friction or wear due to friction in the slide bearings is advantageously reduced, regardless of the operation or the rotational movement of the shaft.
  • Even in the operating case of the pump device 50 sufficient lubrication of the sliding surfaces as a whole is ensured by a steady inflow of drive fluid which serves as a lubricant for the sliding bearing system.
  • Another partial flow of the drive fluid passes via the connecting line 82 into the inner region 88 of the bearing housing facing the pump impeller 58. ses 60. Contaminated liquid could get into this inner region, which is sucked in by the pump with its pump impeller 58 during operation and is then in contact with the side of the bearing housing 60 facing the pump impeller 58. However, this is prevented by the further partial flow of the drive fluid.
  • the further partial flow is namely under the same pressure as the drive fluid, which is selected to be higher than the pressure prevailing on the side of the bearing housing 60 facing the pump runner 58. In this way, a steady, low fluid flow of drive fluid from the drive side of the pump device 50 through the bearing housing 60 to the pump side is ensured.
  • the volume flow of the further partial flow is united by the choice of the diameter of the connecting line 82 and by the choice for the pressure of the drive fluid
  • Another application of the pump device 50 is the use as a submersible pump device. Then the case may arise that the pump device 50 is in contaminated liquid while the pump device 50 is not in operation. In this case, too, it is expedient for contaminated liquid to penetrate into the inner region 88, that is to say the inside of the bearing housing 60, and thus for possible mixing of contaminated liquid with the drive liquid to be avoided.
  • a mechanical seal 90 is arranged according to the invention between a static component of the bearing housing 60 and a rotating component of the shaft 52 or a rotating shaft. The secure closing between rotating and standing parts of the pump device 50 is shown in FIG. 2 in the view shown on the right half of the figure.
  • a slide ring system has a plurality of springs, of which a spring 92 is shown.
  • the spring 92 is arranged in a cover 94 and a slide ring holder 96 in such a way that the spring force of the spring 92 causes the mechanical seal 90 against the shaft 52 or against the shaft 52 rotating component is pressed. In this way, the sealing effect of the mechanical seal 90 is improved.
  • the situation is shown on the right half of the figure when the pump device 50 is out of operation. Then the inner region 88 is depressurized, so that penetration of contaminated liquid into the inner region 88 is prevented by the spring-loaded mechanical seal 90.
  • the mechanical load on the mechanical seal 90 is advantageously prevented or at least reduced during operation of the pump device 50, for example due to friction or abrasion.
  • the mechanical seal 90 is thus lubricated at least in the period of starting the pump device 50 and in the transient phase from the start of the pump device 50 to continuous operation.
  • the mechanical seal only has to have its sealing effect when the pump device 50 is out of operation or in the transient phase described when starting or ending the operation.
  • the sealing effect is then supported by the spring action of the springs.

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Abstract

The invention relates to a pump device (50) for conveying a contaminated liquid by means of a pump which is driven by a hydraulic drive, said hydraulic drive being driven by a drive liquid and the pump and the hydraulic drive being connected mechanically. In addition, a pump shaft of the pump and a hydraulic drive shaft of the hydraulic drive are mounted by means of plain bearings (62, 64, 66, 100, 102). The drive liquid is a lubricating medium for the plain bearing (62, 64, 66). Drive liquid is thus carried to the plain bearings (62, 64, 66, 100, 102) by at least one lubricating medium conduit (78, 80) and the drive liquid, after flowing through the sliding bearings (62, 64, 66, 100, 102), can be conducted out of the pump device.

Description

Pumpyorrichtunq  Pump device
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Pumpvorrichtung zum Fördern einer kontaminierten Flüs sigkeit mit einer Pumpe, die mit einem Flydraulikantrieb angetrieben ist, wobei der Flydraulikantrieb durch eine Antriebsflüssigkeit antreibbar ist, und wobei die Pumpe und der Flüssigkeitsantrieb mechanisch verbunden sind. The invention relates to a pumping device for conveying a contaminated liquid with a pump which is driven by a flydraulic drive, the flydraulic drive being drivable by a drive fluid, and the pump and the fluid drive being mechanically connected.
Pumpvorrichtungen zum Fördern von kontaminierten Flüssigkeiten sind sehr speziel le Vorrichtungen, die einer Vielzahl von extremen Auslegungsbedingungen genügen müssen. Beispielsweise werden solche Vorrichtungen auch bei hohen Drücken und hohen Temperaturen eingesetzt. Auch die Art der Kontamination der Flüssigkeit spielt eine Rolle. Im Wesentlichen kommen dabei radioaktiv kontaminierte Flüssigkeiten in Betracht oder Flüssigkeiten die durch chemische Stoffe, beispielsweise giftige, ätzende oder saure Stoffe kontaminiert sind. Pumping devices for conveying contaminated liquids are very special devices that have to meet a variety of extreme design conditions. For example, such devices are also used at high pressures and high temperatures. The type of contamination of the liquid also plays a role. Essentially, radioactive contaminated liquids or liquids which are contaminated by chemical substances, for example toxic, caustic or acidic substances, come into consideration.
Ein wichtiger Anwendungsfall für eine Pumpvorrichtung zum Fördern von kontami- nierten Flüssigkeiten ist also das Fördern von mit radioaktiven Stoffen kontaminierten Flüssigkeiten, insbesondere Wasser. Es ist allgemein bekannt, dass in kerntechni schen Anlagen eine Vielzahl an Vorkehrungen zum Schutz der Umwelt vor möglichen Schäden bei einem eventuellen Störfall getroffen wird. Ein Störfall kann mit einer erhöhten Temperaturentwicklung innerhalb eines Kernreaktors einhergehen, wenn die vorgesehenen Kernreaktor-Sicherheitskühlsysteme ausfallen. In solchen Fällen wird die reaktorseitig erzeugte Wärmeenergie, beispielsweise die Nachzer fallsleistung, nicht in genügendem Maße abgeführt und es kann zu einer Überhitzung des Kernreaktors kommen. An important application for a pumping device for conveying contaminated liquids is therefore the conveying of liquids contaminated with radioactive substances, in particular water. It is generally known that a large number of precautions are taken to protect the environment from possible damage in the event of a malfunction in nuclear plants. An accident can be accompanied by an increased temperature development within a nuclear reactor if the intended nuclear reactor safety cooling systems fail. In such In some cases, the thermal energy generated on the reactor side, for example the secondary power, is not dissipated to a sufficient extent and the nuclear reactor may overheat.
Um auch im Störfall ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten, ist ein Kernreaktor von einem hermetisch geschlossenen Sicherheitsbehälter beziehungsweise ei nem Containment / Confinement umgeben, wodurch im Falle eines Störfalls die mög licherweise aus dem Reaktorkern entweichenden radioaktiven Stoffe nicht in die Umgebung austreten können, sondern vielmehr in dem Sicherheitsbehälter zurück gehalten werden. Innerhalb eines Sicherheitsbehälters ist zumeist ein Kühlmediumsammelbereich oder ein sogenannter Reaktorsumpf vorgesehen, in welchem bei einem eventuellen Störfall beispielsweise aus einem leckenden Kühlsystem austretendes radioaktiv kontaminiertes Kühlwasser gesammelt, bedarfsweise gekühlt und dem Kühlsystem beziehungsweise dem Reaktorkern oder anderen Systemen wieder zugeführt wird. Es existieren auch Schutzkonzepte, bei welchen ein Kernreaktor in einem Kühlmediumsammelbereich angeordnet ist, welcher im Störfall mit Kühlwasser geflutet wird, um eine erhöhte Kühlung zu erzielen, wobei auch hier das sich im Kühlmediumsammelbereich ansammelnde radioaktiv kontaminierte Kühlwasser ge kühlt werden muss. In order to ensure the highest level of safety even in the event of a malfunction, a nuclear reactor is surrounded by a hermetically sealed safety container or a containment / confinement, which means that in the event of a malfunction, the radioactive substances that may escape from the reactor core cannot escape into the environment, but rather be held back in the containment. A safety medium collection area or a so-called reactor sump is usually provided within a security container, in which in the event of a malfunction, for example, radioactive contaminated cooling water escaping from a leaking cooling system is collected, cooled if necessary, and returned to the cooling system or the reactor core or other systems. There are also protection concepts in which a nuclear reactor is arranged in a cooling medium collection area, which is flooded with cooling water in the event of a malfunction in order to achieve increased cooling, the radioactive contaminated cooling water collecting in the cooling medium collection area also having to be cooled here.
In einem Störfall muss die dann durch den Kernreaktor oder eine sonstige Wärme quelle in dem Sicherheitsbehälter beziehungsweise in dessen Kühlmediumsammel bereich in Form von erhitztem zu kühlendem Medium anfallende Wärmeenergie nach außerhalb geführt werden. Wenn dies nicht geschieht, könnte durch eine vermehrte Bildung von Wasserdampf ein gefährlicher Überdruck im Sicherheitsbehälter entstehen, welcher bei Übersteigen eines kritischen Niveaus direkt aus dem Sicherheitsbe hälter in die Umgebung abgelassen werden müsste wenn ein Versagen des Sicher heitsbehälters vermieden werden soll. In the event of a malfunction, the heat energy then generated by the nuclear reactor or another heat source in the safety container or in its cooling medium collection area must be conducted outside in the form of heated medium to be cooled. If this does not happen, an increased formation of water vapor could create a dangerous overpressure in the safety container, which should be released directly from the safety container into the environment if a critical level is exceeded, if a failure of the safety container is to be avoided.
Zur Gewährleistung einer hinreichenden Kühlung sind entsprechende Kühlsysteme vorgesehen, welche typischerweise einen Wärmetauscher aufweisen, durch welchen sichergestellt wird, dass radioaktiv kontaminierte Stoffe innerhalb des Sicherheitsbe hälters verbleiben und nicht an die Umgebung abgegeben werden. Ein solcher Wärmetauscher wird primärseitig in einem Kühlkreislauf von dem erhitzten zu kühlenden Medium durchflossen, in einem Störfall also typischerweise von radioaktiv kontaminiertem Wasser. Die Sekundärseite eines derartigen Wärmetauschers wird von ei nem Kühlmittel durchflossen, welches Wärmeenergie von dem erhitzten zu kühlen den Medium aufnimmt und dieses damit kühlt, mit diesem aber nicht in direkten Kontakt tritt, so dass es auch nicht dadurch kontaminiert wird. Das nicht kontaminierte Kühlmittel gibt seinerseits die von ihm aufgenommene Wärmeenergie an eine Wär mesenke außerhalb des Sicherheitsbehälters ab. To ensure adequate cooling, appropriate cooling systems are provided, which typically have a heat exchanger, by means of which it is ensured that radioactive contaminants remain within the containment and are not released into the environment. Such a heat exchanger is cooled on the primary side in a cooling circuit by the heated one Medium flows through, typically in the event of an accident of radioactively contaminated water. The secondary side of such a heat exchanger is flowed through by a coolant, which absorbs heat energy from the heated to cool the medium and cools it, but does not come into direct contact with it, so that it is not contaminated by it. The uncontaminated coolant in turn emits the thermal energy it absorbs to a heat sink outside the containment.
Je nach Art des Störfalls müssen derartige Kühlsysteme sehr leistungsfähig und in der Lage sein, auch über einen langen Zeitraum von beispielsweise zwei Monaten oder mehr größere Wärmemengen aus dem Kühlmediumsammelbereich eines Si cherheitsbehälters nach außerhalb zu transportieren. Hierzu ist es gemäß dem Stand der Technik üblich, mittels elektromotorbetriebener Pumpen einen Strom des zu küh lenden Mediums durch den Kühlkreislauf zu erzwingen. Dies führt zu einem erhöhten Wärmedurchsatz des Wärmetauschers und damit zu einer erhöhten Kühlwirkung. Hierbei sind die Elektromotoren für die Pumpen innerhalb des Sicherheitsbehälters angeordnet. Depending on the type of accident, such cooling systems must be very powerful and able to transport larger amounts of heat from the cooling medium collecting area of a safety container to the outside even over a long period of time, for example two months or more. For this purpose, it is customary in accordance with the prior art to force a flow of the medium to be cooled through the cooling circuit by means of electric motor-driven pumps. This leads to an increased heat throughput of the heat exchanger and thus to an increased cooling effect. Here, the electric motors for the pumps are arranged within the containment.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass gerade in einem Störfall der Betrieb von aktiven Antriebsvorrichtungen wie Motoren innerhalb des Sicherheitsbehälters aufgrund der in einem Störfall herrschenden Bedingungen wie erhöhter Temperatur und einer Atmosphäre mit radioaktiv kontaminiertem Wasserdampf mit einer erhöh ten Unsicherheit verbunden sein kann. Dies widerspricht dem Sicherheitsbestreben, gerade in einem Störfall ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit des Sicherheitsbehälter kühlsystems vorzuhalten. A disadvantage of this prior art is that, especially in the event of a malfunction, the operation of active drive devices such as motors within the containment can be associated with increased uncertainty due to the conditions prevailing in the event of a malfunction, such as elevated temperature and an atmosphere with radioactive contaminated steam. This contradicts the safety endeavor to maintain the highest level of reliability of the safety container cooling system, especially in the event of a malfunction.
Das Patentdokument DE 10 2011 107470 A1 offenbart ein Kernreaktorkühlsystem, aufweisend einen Reaktordruckbehälter, welcher seinerseits innerhalb eines von ei ner ersten Schutzwandung umgebenen ersten räumlichen Bereiches angeordnet ist sowie einen auf ähnlicher geodätischen Höhe zum ersten Bereich angeordneten zweiten von einer zweiten Schutzwandung umgebenen räumlichen Bereich, der da für vorgesehen ist, aus einem primären mit dem Reaktordruckbehälter zusammenwirkenden Kühlsystem austretendes Kühlwasser zu sammeln. Das Kernreaktorkühl- System weist Mittel auf, in einem Notfall den ersten räumlichen Bereich mit gekühltem Kühlwasser zu fluten. Patent document DE 10 2011 107470 A1 discloses a nuclear reactor cooling system, comprising a reactor pressure vessel, which in turn is arranged within a first spatial area surrounded by a first protective wall, and a second spatial area, which is arranged at a similar geodetic height to the first area and is surrounded by a second protective wall since it is intended to collect cooling water emerging from a primary cooling system interacting with the reactor pressure vessel. The nuclear reactor cooling System has means to flood the first spatial area with cooled cooling water in an emergency.
Aus einer deutschen Patentanmeldung ist auch bekannt geworden, dass ein Sicher heitsbehälterkühlsystem einen Wärmetauscher und eine Pumpe aufweist, wobei die Pumpe mit einer Turbine angetrieben wird. Auf diese Weise ist die elektromotorbe triebene Pumpe vermieden. From a German patent application it has also become known that a safety container cooling system has a heat exchanger and a pump, the pump being driven by a turbine. In this way, the electric motor-driven pump is avoided.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Pumpvorrichtung zum Fördern einer kontaminierten Flüssigkeit mit einer Pumpe, die von einem Hydraulikantrieb angetrieben ist, anzugeben, die für einen störungsfreien Langzeitbetrieb geeignet ist und dabei eine Kontamination der Antriebsflüssigkeit des Hydraulikantriebs vermeidet. Based on this prior art, it is an object of the invention to provide a pump device for conveying a contaminated liquid with a pump which is driven by a hydraulic drive, which is suitable for trouble-free long-term operation and thereby avoids contamination of the drive fluid of the hydraulic drive.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpvorrichtung zum Fördern einer kontaminier ten Flüssigkeit mit einer Pumpe, die mit einem Hydraulikantrieb angetrieben ist, wo bei der Hydraulikantrieb durch eine Antriebsflüssigkeit antreibbar ist, und wobei die Pumpe und der Flüssigkeitsantrieb mechanisch verbunden sind. Die Pumpvorrich tung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpenwelle der Pumpe und eine Hydraulikantriebwelle des Hydraulikantriebs durch Gleitlager gelagert sind, dass ein Schmiermedium für die Gleitlager die Antriebsflüssigkeit ist, dass durch wenigstens eine Schmiermediumleitung Antriebsflüssigkeit zu den Gleitlagern geleitet ist, und dass die Antriebsflüssigkeit nach einem Durchströmen der Gleitlager aus der Pumpvorrichtung ausleitbar ist. The object is achieved by a pump device for conveying a contaminated liquid with a pump which is driven by a hydraulic drive, where the hydraulic drive can be driven by a drive liquid, and the pump and the liquid drive are mechanically connected. The pump device is characterized in that a pump shaft of the pump and a hydraulic drive shaft of the hydraulic drive are supported by slide bearings, that a lubricant for the slide bearings is the drive fluid, that drive fluid is guided to the slide bearings by at least one lubricant medium line, and that the drive fluid after one Flow through the plain bearing can be diverted from the pump device.
Die Pumpe zum Fördern einer kontaminierten Flüssigkeit wird mit einem Hydraulik antrieb angetrieben. Ein Hydraulikantrieb kann beispielsweise eine Antriebsturbine, eine Antriebspumpe oder ein Hydraulikmotor sein. Jedenfalls ist somit ein Antrieb der Pumpe mit elektrischer Hilfsenergie vermieden, wobei die elektrische Hilfsenergie zum einen während der Betriebszeit ausfallen kann und zum anderen Elektromotoren vergleichsweise störanfällig ist. Auch die Verwendung eines Verbrennungsmotors als Antrieb für eine solche Pumpe ist vermieden. Ein Verbrennungsmotor ist ebenfalls ungeeignet für die erfindungsgemäße Verwendung der Pumpe. Die Grund idee der Erfindung besteht darin, bei einer derartigen Pumpvorrichtung die bewegli- chen bzw. rotierenden Teile durch Gleitlager zu lagern, anstatt der sonst üblichen Lagerung mit Wälzkörpern, wie beispielsweise Kugeln in Kugellagern. Gleitlager sind zudem wesentlich robuster gegen mechanische Einflüsse, beispielsweise kleine Partikel, die in das Gleitlager eindringen könnten. Gleitlager werden üblicherweise mit einem Schmiermittel geschmiert, das die Reibung einer bewegten Fläche des Gleit lagers gegenüber einer feststehenden Fläche des Gleitlagers verringert. Die Erfin dung sieht dabei vor, dass als Schmiermittel beziehungsweise Schmiermedium die Antriebsflüssigkeit des Hydraulikantriebs verwendet wird. Auf diese Weise ist die Pumpvorrichtung lediglich auf ein Versorgungsmedium angewiesen, dass sowohl den Hydraulikantrieb der Pumpvorrichtung betreibt beziehungsweise antreibt, als auch das Schmiermedium für die Lagerung der Pumpvorrichtung zur Verfügung stellt. Hierdurch ist eine weitere mögliche Fehlerquelle für das Versagen einer derartigen Pumpvorrichtung vermieden, wodurch die Pumpvorrichtung selbst robuster wird und für einen Langzeitbetrieb geeignet ist. Als robust wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die Pumpvorrichtung über längere Zeit ohne Versagen, also akti- ons- oder funktionsfähigen Zustand betrieben werden kann. Als lange Zeit, bezie hungsweise für einen Langzeitbetrieb geeignet, ist zum Beispiel ein Zeitraum von wenigstens zwei Monaten oder gegebenenfalls ein noch größerer Zeitraum von beispielsweise sechs oder zwölf Monaten eines ununterbrochenen Betriebes anzuse hen. Außerdem sieht die Pumpvorrichtung vor, dass die Antriebsflüssigkeit nicht nur zu den Gleitlagern als Schmiermedium geleitet wird, sondern auch nach dem Durch strömen der Gleitlager aus der Pumpvorrichtung ausgeleitet wird. Das bedeutet, dass ein stetiger Volumenstrom von Antriebsflüssigkeit, jedoch ein vergleichsweise kleiner Teilstrom der zur Verfügung gestellten Antriebsflüssigkeit für den Hydraulikantrieb, das Gleitlager durchströmt, dabei zum Beispiel die im Gleitlager durch Friktion er zeugte Wärme aufnimmt, wobei derart das Gleitlager gekühlt ist. Nach dem Durch strömen der Gleitlagerung, die zwei oder mehrere Gleitlager aufweisen kann, wird die erwärmte Antriebsflüssigkeit aus der Pumpvorrichtung ausgeleitet und somit eine effektive Kühlung der Pumpvorrichtung insgesamt gewährleistet. Schließlich kann - je nach Umgebungsbedingungen - die Pumpvorrichtung selbst über ihr Gehäuse auch Wärme aufnehmen. Die aufgenommene Wärme wird über den oben beschriebenen Mechanismus, nämlich dem Durchströmen der Antriebsflüssigkeit im Bereich der La gerung der Pumpvorrichtung bzw. im Innern von deren Gehäuse, und der anschlie ßenden Ausleitung der erwärmten Antriebsflüssigkeit in einen Bereich außerhalb der Pumpvorrichtung wieder abgeben. Auf diese Weise ist eine effektive Kühlung für einen sowohl robusten als auch einen Langzeitbetrieb gewährleistet. The pump for conveying a contaminated liquid is driven by a hydraulic drive. A hydraulic drive can be, for example, a drive turbine, a drive pump or a hydraulic motor. In any case, a drive of the pump with electrical auxiliary energy is avoided, the electrical auxiliary energy can fail on the one hand during the operating time and on the other hand, electric motors are comparatively prone to failure. The use of an internal combustion engine as a drive for such a pump is also avoided. An internal combustion engine is also unsuitable for the use of the pump according to the invention. The basic idea of the invention is to provide the movable Chen or rotating parts by plain bearings instead of the usual bearing with rolling elements, such as balls in ball bearings. Slide bearings are also significantly more robust against mechanical influences, for example small particles that could penetrate the slide bearing. Plain bearings are usually lubricated with a lubricant that reduces the friction of a moving surface of the plain bearing against a fixed surface of the plain bearing. The invention provides that the drive fluid of the hydraulic drive is used as the lubricant or lubricant. In this way, the pump device is only dependent on a supply medium that both operates or drives the hydraulic drive of the pump device and also provides the lubricant for the storage of the pump device. This avoids a further possible source of error for the failure of such a pump device, as a result of which the pump device itself becomes more robust and is suitable for long-term operation. In this context, robust is understood to mean that the pumping device can be operated over a long period of time without failure, that is to say in an actionable or functional state. A long period of time, or suitable for long-term operation, is, for example, a period of at least two months or possibly an even longer period of, for example, six or twelve months of uninterrupted operation. In addition, the pump device provides that the drive fluid is not only passed to the slide bearings as a lubricant, but is also discharged from the pump device after the slide bearings have flowed through. This means that a constant volume flow of drive fluid, but a comparatively small partial flow of the drive fluid made available for the hydraulic drive, flows through the slide bearing, for example absorbing the heat generated in the slide bearing by friction, the slide bearing being cooled in this way. After flowing through the plain bearing, which can have two or more plain bearings, the heated drive fluid is discharged from the pump device, thus ensuring effective cooling of the pump device as a whole. Finally, depending on the ambient conditions, the pump device itself can also absorb heat via its housing. The heat absorbed is via the mechanism described above, namely the flow of the drive fluid in the storage area of the pumping device or inside the housing thereof, and the subsequent discharge of the heated drive fluid into an area outside of the Release the pumping device again. This ensures effective cooling for both robust and long-term operation.
Zudem ist ein Druck, mit dem die Antriebsflüssigkeit den Hydraulikantrieb zugeleitet wird, jedenfalls höher, als der Druck den die zu fördernde kontaminierte Flüssigkeit hat. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass aufgrund der Druckverhältnisse zwischen Antriebsflüssigkeit und zu pumpender kontaminierter Flüssigkeit sich die Antriebsflüssigkeit im Inneren des Gehäuses oder des Lagergehäuses der Pumpvorrichtung nur in Richtung der kontaminierten Flüssigkeit bewegt. Ein Rückfluss von kontami nierter Flüssigkeit in Richtung der Antriebsflüssigkeit ist aufgrund der Druckverhält nisse - dem Druckgefälle zwischen Antriebsflüssigkeit und kontaminierter Flüssigkeit - während des Betriebes der Pumpvorrichtung nicht möglich. Eine Kontamination der Antriebsflüssigkeit mit kontaminierter Flüssigkeit ist somit verhindert. Zudem kann an geeigneter Stelle, beispielsweise im Gehäuse der Pumpvorrichtung zusätzlich Rück flussverhinderer, Rückschlagklappen oder Ähnliches angeordnet werden, um auch bei Stillstand der Pumpe den Rückfluss von kontaminierter Flüssigkeit zu verhindern. Zudem ist durch die konstruktive Ausgestaltung eines Pumpenlaufrades sicherge stellt, dass der Enddruck der Pumpe jedenfalls geringer ist, als der Druck, der im An triebsmedium herrscht, dass dem Hydraulikantrieb zugeleitet ist. Eine weitere konstruktive Möglichkeit die vorstehend genannten Druckverhältnisse sicherzustellen ist es zudem, auch die konstruktive Gestaltung des Laufrades des Hydraulikantriebs so auf die Ausgestaltung des Pumpenrads abzustimmen, dass ein höherer Druck an der Abströmseite der Pumpe als der Druck im Antriebsmedium vermieden ist. In addition, a pressure at which the drive fluid is fed to the hydraulic drive is in any case higher than the pressure at which the contaminated fluid to be conveyed has. In this way it is ensured that, due to the pressure relationships between the drive liquid and the contaminated liquid to be pumped, the drive liquid inside the housing or the bearing housing of the pump device only moves in the direction of the contaminated liquid. A backflow of contaminated liquid in the direction of the drive liquid is not possible due to the pressure conditions - the pressure drop between the drive liquid and contaminated liquid - during operation of the pump device. Contamination of the drive fluid with contaminated fluid is thus prevented. In addition, a backflow preventer, non-return flaps or the like can also be arranged at a suitable point, for example in the housing of the pump device, in order to prevent the backflow of contaminated liquid even when the pump is at a standstill. In addition, the design of a pump impeller ensures that the final pressure of the pump is in any case lower than the pressure prevailing in the drive medium that the hydraulic drive is supplied to. Another constructive possibility to ensure the above-mentioned pressure conditions is also to match the constructive design of the impeller of the hydraulic drive to the design of the pump wheel in such a way that a higher pressure on the outflow side of the pump than the pressure in the drive medium is avoided.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Pumpvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe und der Hydraulikantrieb eine gemeinsame Drehwelle haben. Der konstruktive Aufbau ist hierdurch vereinfacht. Die Pumpvorrichtung ist kompakt aus gestaltet und weist zudem weniger Teile auf, die im Betrieb der Pumpvorrichtung versagen könnten. Mögliche Fehlerquellen sind hierdurch vorteilhaft reduziert. Ein störungsfreier Langzeitbetrieb ist hierdurch befördert. An advantageous embodiment of the pump device is characterized in that the pump and the hydraulic drive have a common rotary shaft. This simplifies the construction. The pump device is made compact and also has fewer parts that could fail during operation of the pump device. This advantageously reduces possible sources of error. This promotes trouble-free long-term operation.
Eine weitere Variante der Pumpvorrichtung sieht vor, dass die Drehwelle in einem Lagergehäuse angeordnet ist. Auch ein gemeinsames Lagergehäuse, in dem die gemeinsame Drehwelle angeordnet ist, vereinfacht die Konstruktion der Pumpvor- richtung und ermöglicht eine noch kompaktere Bauart. Dadurch verringert sich zum Beispiel die Anzahl der notwendigen Dichtungen an Wellen. Auch diese technische Maßnahme begünstigt einen Langzeitbetrieb. Another variant of the pump device provides that the rotary shaft is arranged in a bearing housing. A common bearing housing in which the common rotary shaft is arranged also simplifies the construction of the pumping direction and enables an even more compact design. For example, this reduces the number of seals required on shafts. This technical measure also favors long-term operation.
Die Pumpvorrichtung ist auch so ausgestaltbar, dass eine Drehachse der Drehwelle in geodätischer Richtung gesehen vertikal angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich ein Ansaugstutzen der Pumpe an einer möglichst weit in geodätischer Richtung gesehen unten gelegenen Position positionieren. Das ist dann von Vorteil, wenn beispielsweise die Pumpvorrichtung in einem Pumpensumpf oder Flüssigkeitssumpf angeordnet ist, so dass an dieser geodätisch unten gelegenen Stelle Zulaufbedingungen für die zu fördernde Flüssigkeit in die Ansaugseite der Pumpe am günstigs ten sind. Solche Pumpen, die zumindest teilweise in die zu fördernde Flüssigkeit ein getaucht sind, werden dann beispielsweise auch als Tauchpumpen bezeichnet. The pump device can also be configured such that an axis of rotation of the rotary shaft is arranged vertically, as seen in the geodetic direction. In this way, an intake port of the pump can be positioned at a position that is as low as possible in the geodetic direction. This is advantageous if, for example, the pump device is arranged in a pump sump or liquid sump, so that inlet conditions for the liquid to be pumped into the suction side of the pump are most favorable at this geodetically located point. Such pumps, which are at least partially immersed in the liquid to be pumped, are then also referred to as submersible pumps, for example.
Ein weiterer Vorteil der Pumpvorrichtung ergibt sich, wenn ein Flügelrad der Pumpe und/oder ein Antriebsrad des Flydraulikantriebs fliegend gelagert sind, d.h. sowohl Flügelrad als auch Antriebsrad sind an einem Wellenende angebracht, insbesondere an den Wellenenden einer gemeinsamen Drehwelle. Hierdurch besteht die konstruk tive Möglichkeit, sowohl die Pumpe als auch den Hydraulikantrieb mit einer gemein samen Lagerung der gemeinsamen Drehwelle zu versehen. Im Resultat ist hierdurch eine sehr kompakte Konstruktion möglich, die gleichzeitig besonders robust ist, da sie eine möglichst geringe Anzahl von Bauteilen aufweist. Another advantage of the pump device is obtained if an impeller of the pump and / or a drive wheel of the flydraulic drive are mounted on the fly, i.e. Both the impeller and the drive wheel are attached to one shaft end, in particular to the shaft ends of a common rotary shaft. This provides the constructive possibility of providing both the pump and the hydraulic drive with a common bearing for the common rotary shaft. As a result, a very compact construction is possible, which at the same time is particularly robust because it has the smallest possible number of components.
Zur Versorgung der Lagerung der Pumpvorrichtung ist es vorgesehen, dass eine Schmiermediumleitung als Ausnehmung oder Bohrung im Lagergehäuse ausgestaltet ist. Die Schmiermittelleitung ist also in das Lagergehäuse integriert. Auch das dient zur weiteren Vereinfachung der Konstruktion und kompakten Bauart. To supply the bearing of the pump device, it is provided that a lubricant medium line is designed as a recess or bore in the bearing housing. The lubricant line is therefore integrated in the bearing housing. This also serves to further simplify the construction and compact design.
Die Pumpvorrichtung ist nach einer weiteren Variante so ausgestaltet, dass ein ers tes Ende einer Schmiermediumleitung an einer Stelle im Lagergehäuse angeordnet ist, die von einem Hydraulikantriebgehäuse umschlossen ist. Auf diese Weise wird einer Druckseite des Hydraulikantriebs, also einer Stelle in der etwa der Druck der zugeleiteten Antriebsflüssigkeit herrscht, die Antriebsflüssigkeit unmittelbar entnommen und an eine Stelle im Bereich der Gleitlager geleitet, so dass die Antriebsflüs- sigkeit als Schmiermedium den Gleitlagern zugeleitet ist und für die Gleitlager als Schmiermittel dient. Die Versorgung der Gleitlager mit Schmiermedium ist derart be sonders einfach und störungsunanfällig realisiert. Auch diese Ausgestaltung leistet einen Beitrag für einen störungsfreien Langzeitbetrieb. According to a further variant, the pumping device is designed in such a way that a first end of a lubricant medium line is arranged at a point in the bearing housing which is enclosed by a hydraulic drive housing. In this way, the drive liquid is taken directly from a pressure side of the hydraulic drive, that is to say a point in which the pressure of the supplied drive liquid prevails, and directed to a point in the region of the slide bearings, so that the drive flow liquid is fed to the plain bearings as a lubricant and serves as a lubricant for the plain bearings. The supply of the sliding bearing with lubricant is particularly simple and insensitive to failure. This configuration also makes a contribution to trouble-free long-term operation.
Alternativ zu einer Ausleitung von Antriebsflüssigkeit irgendwo an der Pumpvorrich tung oder am Lagergehäuse ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Lagergehäuse und der Drehwelle eine Dichtung oder ein Dichtsystem angeordnet ist, durch die ein Eindringen von kontaminierter Flüssigkeit in das Lagergehäuse verhindert ist. Auf diese Weise ist auch im Falle des Stillstandes der Pumpvorrichtung bzw. wenn diese nicht in Betrieb oder in einem transienten Betriebszustand während des Startens o- der des Abstellens der Pumpvorrichtung ist, sichergestellt, dass keine kontaminierte Flüssigkeit durch einen Raum zwischen dem Lagergehäuse und der Drehwelle in den inneren Bereich des Lagergehäuses eindringt. As an alternative to discharging drive fluid somewhere on the pump device or on the bearing housing, it is advantageous if a seal or a sealing system is arranged between the bearing housing and the rotary shaft, by means of which the penetration of contaminated liquid into the bearing housing is prevented. In this way, even when the pump device is at a standstill or when it is not in operation or in a transient operating state during starting or stopping the pump device, it is ensured that no contaminated liquid passes through a space between the bearing housing and the rotary shaft penetrates into the inner area of the bearing housing.
Eine weitere Ausgestaltung der Dichtung der Pumpvorrichtung sieht vor, dass die Dichtung eine federbelastete Gleitringdichtung ist, dass durch Federkräfte der feder belasteten Gleitringdichtung die Gleitringdichtung verschlossen ist, wenn der Hydraulikantrieb außer Betrieb ist, dass die Gleitringdichtung gegen eine Federkraft der Feder geringfügig geöffnet ist, wenn der Hydraulikantrieb in Betrieb ist, und dass ein geringer Teilstrom die Antriebsflüssigkeit aus einem Innenbereich des Lagergehäu ses durch einen Spalt zwischen dem Gleit- und dem Gegenring der Gleitringdichtung in einen Innenraum des Pumpengehäuses gelangt, wenn der Hydraulikantrieb in Be trieb ist. Auf diese Weise ist das Eindringen von kontaminierter Flüssigkeit in den in neren Bereich des Lagergehäuses der Pumpvorrichtung sicher vermieden, wenn die Pumpvorrichtung außer Betrieb ist. Zudem ist sichergestellt, dass auch ein Eindrin gen von kontaminierter Flüssigkeit in den inneren Bereich des Lagergehäuses wäh rend des Betriebs der Pumpvorrichtung durch das Ausfließen eines kleinen Teil stroms der Antriebsflüssigkeit durch den Spalt vermieden ist. Gleichzeitig ist die me chanische Belastung der Gleitringdichtung während des Betriebs der Pumpvorrich tung verringert, da im Betriebsfall der Gleit- und der Gegenring der Gleitringdichtung durch die Antriebsflüssigkeit geschmiert wird und dementsprechend keinem Ver schleiß unterliegt. Das erhöht die Standzeit der Gleitringdichtung und damit der Pumpvorrichtung insgesamt. Eine weitere Ausgestaltung der Dichtung der Pumpvorrichtung sieht vor, dass die Dichtung eine federbelastete Gleitringdichtung ist, dass durch Federkräfte der feder belasteten Gleitringdichtung die Gleitringdichtung ständig verschlossen ist, unabhängig davon ob der Hydraulikantrieb in Betrieb ist oder nicht, und dass ein Teilstrom der Antriebsflüssigkeit aus einem Innenbereich des Lagergehäuses durch radiale Bohrungen in der Drehwelle (und rotierender Bauteile) sowie einer angeschlossenen axi alen Bohrung in der Drehwelle in einen Niederdruck-Innenraum des Hydraulikantriebgehäuses gelangt, wenn der Hydraulikantrieb in Betrieb ist. Durch die durch Fe derkräfte ständig verschlossene Gleitringdichtung ist das Eindringen von kontami nierter Flüssigkeit in den inneren Bereich des Lagergehäuses der Pumpvorrichtung sicher vermieden, unabhängig davon ob die Pumpvorrichtung in Betrieb ist oder nicht. Gleichzeitig ist die mechanische Belastung der Gleitringdichtung während des Betriebs der Pumpvorrichtung verringert, da die auf die Gleitringdichtung wirkende Kraft vermindert ist und dementsprechend weniger belastet wird. Das erhöht die Standzeit der Gleitringdichtung und damit der Pumpvorrichtung insgesamt. Im Fall des Einsatzes der Pumpvorrichtung in einem Kernkraftwerk wird insbesondere dadurch auch ein Verlust von sekundärseitigem Kühlmedium aus dem Hydraulikge häuse der Pumpvorrichtung in das Pumpengehäuse (also in den Sicherheitsbehälter) vermieden. A further embodiment of the seal of the pump device provides that the seal is a spring-loaded mechanical seal, that the mechanical seal is closed by spring forces of the spring-loaded mechanical seal when the hydraulic drive is out of operation, that the mechanical seal is opened slightly against a spring force of the spring when the hydraulic drive is in operation, and that a small partial flow of the drive fluid from an inner region of the bearing housing passes through a gap between the slide ring and the counter ring of the mechanical seal into an interior of the pump housing when the hydraulic drive is in operation. In this way, the ingress of contaminated liquid into the inner region of the bearing housing of the pump device is reliably avoided when the pump device is out of operation. In addition, it is ensured that penetration of contaminated liquid into the inner region of the bearing housing during operation of the pump device is avoided by the outflow of a small partial flow of the drive liquid through the gap. At the same time, the mechanical stress on the mechanical seal during operation of the pump device is reduced, since in the operating case the mechanical seal and the counter ring of the mechanical seal are lubricated by the drive fluid and accordingly are not subject to wear. This increases the service life of the mechanical seal and thus of the pump device as a whole. A further embodiment of the seal of the pump device provides that the seal is a spring-loaded mechanical seal, that the mechanical seal is constantly closed by spring forces of the spring-loaded mechanical seal, regardless of whether the hydraulic drive is in operation or not, and that a partial flow of the drive fluid from one Inside the bearing housing through radial holes in the rotating shaft (and rotating components) and a connected axial hole in the rotating shaft enters a low-pressure interior of the hydraulic drive housing when the hydraulic drive is in operation. Due to the permanently sealed mechanical seal, the penetration of contaminated liquid into the inner area of the bearing housing of the pump device is reliably avoided, regardless of whether the pump device is in operation or not. At the same time, the mechanical load on the mechanical seal is reduced during the operation of the pump device, since the force acting on the mechanical seal is reduced and, accordingly, is less loaded. This increases the service life of the mechanical seal and thus of the pump device as a whole. In the case of using the pumping device in a nuclear power plant, a loss of secondary-side cooling medium from the hydraulic housing of the pumping device into the pump housing (ie into the safety container) is avoided in particular.
Eine vorteilhaft ausgestaltete Pumpvorrichtung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom der Antriebsflüssigkeit aus dem Hydraulikantriebgehäuse durch die Schmiermediumleitungen in das Lagergehäuse der Pumpvorrichtung flie ßend, für einen definierten Betriebszustand so bemessen ist, dass durch diesen Vo lumenstrom der durch die Reibung an den Gleitlagern entstehende Wärmestrom und/oder der von einer Umgebung auf die Pumpvorrichtung übertragene Wär mestrom durch den Spalt in das Pumpengehäuse bzw. durch die Bohrungen in der Drehwelle in das Hydraulikantriebgehäuse gefördert wird. Sind der Volumenstrom der Antriebsflüssigkeit in vorstehender Weise berechnet und die Bauteile entspre chend ausgelegt, also beispielsweise unter Berücksichtigung einer Spaltbreite des Spalts oder eines Durchmessers der Bohrungen in der Drehwelle, der Druckverhält nisse von Antriebsflüssigkeit und zu fördernder kontaminierter Flüssigkeit, des Druck- und des Schmiermediumbedarfs der Gleitlager usw., ist die Pumpvorrichtung in vor- teilhafter Weise robust ausgestaltet und weist eine entsprechend lange störungsfreie Betriebszeit bei voller Funktionalität auf. An advantageously configured pump device is also characterized in that the volume flow of the drive fluid flowing from the hydraulic drive housing through the lubricant medium lines into the bearing housing of the pump device is dimensioned for a defined operating state in such a way that the heat flow resulting from the friction on the slide bearings is generated by this volume flow and / or the heat flow transferred from an environment to the pump device is conveyed through the gap into the pump housing or through the bores in the rotary shaft into the hydraulic drive housing. Are the volume flow of the drive fluid calculated in the above manner and the components designed accordingly, for example, taking into account a gap width of the gap or a diameter of the bores in the rotary shaft, the pressure ratios of drive fluid and contaminated fluid to be conveyed, the pressure and lubricant requirements the slide bearing, etc., the pump device is in partially designed robust and has a correspondingly long trouble-free operating time with full functionality.
Eine weitere Ausgestaltung der Pumpvorrichtung ist erreicht, wenn die Dichtung aus einem Material gefertigt und so ausgelegt ist, dass diese während einer Betriebszeit von wenigstens zwei Monaten, aber auch bis zu sechs oder zwölf Monaten, mit einer durch eine vorbestimmte radioaktive Strahlenbelastung kontaminierten Flüssigkeit funktionsfähig ist oder dass diese während einer Betriebszeit von wenigstens zwei Monaten, aber auch bis zu sechs oder zwölf Monaten, mit einer vorbestimmten Be lastung durch eine Säure bzw. durch eine Lauge als kontaminierte Flüssigkeit funkti onsfähig ist. Ein wichtige Eigenschaft der Pumpvorrichtung ist es eine robuste Bauart zu haben, also eine lange Betriebszeit zu gewährleisten, obwohl die zu fördernde kontaminierte Flüssigkeit oft hohe Anforderungen an das Material stellt, insbesonde re das Material der Dichtung. Flierfür wird vorgeschlagen, als Dichtungsmaterial ein solches zu wählen, dass die zu fördernde kontaminierte Flüssigkeit entsprechend lange erträgt und gleichzeitig die technische Funktion der Dichtheit gewährleistet.A further embodiment of the pump device is achieved if the seal is made of a material and is designed such that it can function with a liquid contaminated by a predetermined radioactive radiation during an operating time of at least two months, but also up to six or twelve months or that it can function as a contaminated liquid during a period of operation of at least two months, but also up to six or twelve months, with a predetermined load of an acid or an alkali. An important property of the pump device is to have a robust design, that is to guarantee a long operating time, although the contaminated liquid to be conveyed often places high demands on the material, in particular the material of the seal. Flierfür proposes to choose a sealing material that can withstand the contaminated liquid to be pumped for a correspondingly long time and at the same time ensures the technical function of the tightness.
Das sind beispielsweise säure- oder laugenbeständige Kunststoffe oder bestrah lungsresistente Elastomere oder Polymerwerkstoffe. These are, for example, acid or alkali-resistant plastics or radiation-resistant elastomers or polymer materials.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen An sprüchen zu entnehmen. Further advantageous design options can be found in the further dependent claims.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden. The invention, further embodiments and further advantages are to be described in more detail on the basis of the exemplary embodiments illustrated in the drawings.
Es zeigen Show it
Fig. 1 eine Prinzipskizze eines exemplarischen Sicherheitsbehälterkühlsystems, und  Fig. 1 is a schematic diagram of an exemplary safety container cooling system, and
Fig. 2 eine exemplarische Pumpvorrichtung zur Verwendung in einem Sicherheitsbehälterkühlsystem.  2 shows an exemplary pump device for use in a safety container cooling system.
Figur 1 zeigt in einer Prinzipskizze ein exemplarisches erstes Sicherheitsbehälter kühlsystem 10 nach einem Stand der Technik als Anwendungsbeispiel für eine erfin dungsgemäße Pumpvorrichtung. Ein Sicherheitsbehälter 12, in diesem Fall ein Con- tainment / Confinement aus Beton oder Stahl für einen Kernreaktor, umschließt einen atmosphärischen Bereich 14 und einen Kühlmediumsammelbereich 18, beispiels weise einen Reaktorsumpf. Der Kühlmediumsammelbereich 18 ist mit einem zu kühlenden Medium 16 gefüllt, in diesem Fall mit Kühlwasser, dessen Oberfläche in der Figur mit einer Linie angedeutet ist. Das zu kühlende Medium wird von einer Wärme quelle 40 erhitzt, in diesem Beispiel ein zumindest teilweise im Kühlmediumsammel bereich 18 befindlicher Kernreaktor, welcher im konkreten Störfall seine Nachzerfallsleistung an das zu kühlende Medium 16 abgibt. Typische Drücke und Temperaturen des zu kühlenden Mediums liegen beispielsweise im Bereich von 1 bar bis 4 bar bzw. im Bereich von 50 °C bis 110 °C. Figure 1 shows a schematic diagram of an exemplary first safety container cooling system 10 according to a prior art as an application example for an inventive pump device. A security container 12, in this case a con- tainment / confinement made of concrete or steel for a nuclear reactor, encloses an atmospheric area 14 and a cooling medium collecting area 18, for example a reactor sump. The cooling medium collecting area 18 is filled with a medium 16 to be cooled, in this case with cooling water, the surface of which is indicated by a line in the figure. The medium to be cooled is heated by a heat source 40, in this example a nuclear reactor located at least partially in the cooling medium collecting area 18, which in the event of a specific malfunction releases its decay power to the medium 16 to be cooled. Typical pressures and temperatures of the medium to be cooled are, for example, in the range from 1 bar to 4 bar or in the range from 50 ° C. to 110 ° C.
Das zu kühlende Medium 16 wird in einem ersten Kühlkreislauf durch die Primärseite 22 eines oberhalb des Kühlmediumsammelbereiches 18 befindlichen ersten Wärme tauschers 20 geführt. Unterhalb der Oberfläche des zu kühlenden Mediums 16 ist im Kühlmediumsammelbereich 18 eine erste Pumpanordnung 38 angeordnet, welche über eine Leitung 26 das zu kühlende Medium von unten in die Primärseite 22 des ersten Wärmetauschers 20 hineindrückt. Dort wird das Medium gekühlt und tritt wie der über eine Leitung 28 als gekühltes Medium wieder aus. Die Leitung 28 kann ent weder direkt in den Kühlmediumsammelbereich rückgeführt sein, in der Zeichnung ist jedoch angedeutet, dass die Leitung 28 im atmosphärischen Bereich 14 endet und das Medium 16 über nicht gezeigte Zerrieselungs- oder Sprühvorrichtungen verteilt wird und dann wieder im Kühlmediumsammelbereich 18 gesammelt wird. The medium 16 to be cooled is guided in a first cooling circuit through the primary side 22 of a heat exchanger 20 located above the cooling medium collecting area 18. Below the surface of the medium 16 to be cooled, a first pump arrangement 38 is arranged in the cooling medium collecting area 18, which presses the medium to be cooled from below into the primary side 22 of the first heat exchanger 20 via a line 26. There the medium is cooled and exits again as a cooled medium via a line 28. The line 28 can either be returned directly to the cooling medium collection area, but in the drawing it is indicated that the line 28 ends in the atmospheric area 14 and the medium 16 is distributed via crushing or spraying devices, not shown, and is then collected again in the cooling medium collection area 18 .
Die Sekundärseite 24 des Wärmetauschers 20 wird von einem Kühlmittel durchflos sen, welches über eine zweite Pumpanordnung 34 durch eine Leitung 30 von außer halb des Sicherheitsbehälters 12 zugeführt wird. Die zweite Pumpanordnung 34 versetzt das Kühlmittel derart in Strömung, dass eine in der Leitung 30 angeordnete Turbine 36 dadurch angetrieben wird. Die erste Pumpanordnung 38 ist derart mit der Turbine 36 gekoppelt, dass sie durch diese angetrieben wird. In diesem Fall sind die erste Pumpanordnung 38 und die Turbine 36 durch eine gemeinsame Drehwelle mechanisch miteinander gekoppelt. Somit wird das zu kühlende Medium im ersten Kühlkreislauf indirekt durch einen außerhalb des Sicherheitsbehälters 12 angeordne ten Motor oder eine sonstige Antriebsvorrichtung der zweiten Pumpanordnung 34 in Strömung versetzt. Dadurch ist ein aktiver Elektromotor wie beispielsweise ein Ver- brennungs- oder Elektromotor zum Antrieb der ersten Pumpanordnung 38 innerhalb des Sicherheitsbehälters 12 in vorteilhafter Weise vermieden. The secondary side 24 of the heat exchanger 20 is flowed through by a coolant, which is supplied via a second pump arrangement 34 through a line 30 from outside of the security container 12. The second pump arrangement 34 sets the coolant in such a way that a turbine 36 arranged in the line 30 is driven thereby. The first pump arrangement 38 is coupled to the turbine 36 in such a way that it is driven by it. In this case, the first pump arrangement 38 and the turbine 36 are mechanically coupled to one another by a common rotary shaft. Thus, the medium to be cooled in the first cooling circuit is indirectly caused to flow by a motor arranged outside the security container 12 or another drive device of the second pump arrangement 34. This means that an active electric motor, such as a Internal combustion or electric motor for driving the first pump arrangement 38 within the containment 12 is advantageously avoided.
Nach Durchströmen der Sekundärseite 24 des Wärmetauschers 20 wird das dann erwärmte Kühlmittel über eine Leitung 32 nach außerhalb des Sicherheitsbehälters 12 geführt, wo die Wärmeenergie dann an eine beliebig geartete Wärmesenke abge geben wird. After flowing through the secondary side 24 of the heat exchanger 20, the then heated coolant is passed via a line 32 to the outside of the containment 12, where the thermal energy is then given to any heat sink.
Das in der Figur gezeigte erste Sicherheitsbehälterkühlsystem 10 soll dabei lediglich als Beispiel dafür dienen, wie eine erfindungsgemäße Pumpvorrichtung in einem Be reich der Technik eingesetzt wird, der im Falle eines entsprechenden Störfalls in einem Nuklearkraftwerk kontaminierte Flüssigkeit, nämlich im Wesentlichen Wasser, das radioaktive Partikel oder Bestandteile enthalten kann, eingesetzt wird. Ein ent sprechendes Beispiel kann aber auch ohne weiteres für eine Chemieanlage gefun den werden, bei der sich an einer geodätisch tief gelegenen Stelle, chemische Flüs sigkeiten sammeln, die diesen Bereich entsprechend kontaminierten. Ob die zu för dernde Flüssigkeit tatsächlich kontaminiert ist oder nicht, spielt für den Betrieb der Pumpvorrichtung keine Rolle. Die Pumpvorrichtung ist jedenfalls auf das Fördern der kontaminierten Flüssigkeit ausgelegt, was das Fördern von normaler, also nicht- kontaminierter Flüssigkeit mit beinhaltet. The first safety container cooling system 10 shown in the figure is only intended to serve as an example of how a pump device according to the invention is used in a field of technology which, in the event of a corresponding accident in a nuclear power plant, contaminates liquid, namely essentially water, the radioactive particles or May contain components is used. A corresponding example can, however, also be found easily for a chemical plant in which chemical fluids collect at a geodetically low-lying point and contaminate this area accordingly. Whether the liquid to be conveyed is actually contaminated or not is irrelevant to the operation of the pump device. In any case, the pumping device is designed to convey the contaminated liquid, which also includes the conveyance of normal, ie non-contaminated liquid.
Fig. 2 zeigt eine exemplarische Pumpvorrichtung 50, die eine Welle 52 aufweist, die um eine Drehachse 54 dreht. In dieser Ansicht oben ist ein Antriebsrad 56 an einem oberen Wellenende angebracht. Im gewählten Beispiel ist als Antriebsrad 56 ein Kreiselpumpenrad gewählt und ist als Verbindung zwischen dem Antriebsrad 56 und dem oberen Wellenende eine Schraubverbindung gewählt. Es ist aber auch innerhalb des Erfindungsgedankens, wenn als Hydraulikantrieb eine Hydraulikturbine mit einem Turbinenrad oder eine andere Pumpenart mit einem Flügelrad oder Laufrad eingesetzt ist. Zudem kann als Verbindungsart zwischen dem Antriebsrad 56 der Welle 52 ohne weiteres auch zum Beispiel eine Nut- und Feder-Verbindung oder eine formschlüssige Verbindungsart gewählt werden. In dieser Ansicht unten ist zudem ein Pumpenlaufrad 58 an einem unteren Wellenende angebracht. Als Pumpenart ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Kreiselpumpe gezeigt, was für das Pumpenlaufrad 58 bedeutet, dass es ein Kreiselpumpenrad ist. Sowohl das Antriebsrad 56 als auch das Pumpenlaufrad 58 sind an einem der Wellenenden angebracht, sind also fliegend gelagert. 2 shows an exemplary pump device 50 that has a shaft 52 that rotates about an axis of rotation 54. In this top view, a drive wheel 56 is attached to an upper shaft end. In the example selected, a centrifugal pump wheel is selected as the drive wheel 56 and a screw connection is selected as the connection between the drive wheel 56 and the upper shaft end. However, it is also within the inventive concept if a hydraulic turbine with a turbine wheel or another type of pump with an impeller or impeller is used as the hydraulic drive. In addition, a tongue and groove connection or a form-fitting connection type can also be selected as the type of connection between the drive wheel 56 of the shaft 52. In this bottom view, a pump impeller 58 is also attached to a lower shaft end. A centrifugal pump is shown as the type of pump in the exemplary embodiment shown, which means for the pump impeller 58 that it is a centrifugal pump wheel. Both the drive wheel 56 and the pump impeller 58 are attached to one of the shaft ends, so they are overhung.
Die Welle 52 ist in einem Lagergehäuse 60 angeordnet, wobei die Lagerung über ein Gleitlagersystem erfolgt, welches sowohl axiale als auch radiale Lagerkräfte von der Welle 52 in das Lagergehäuse 60 abträgt. Das Lagergehäuse 60 weist Befestigungsmittel auf, mit dem es am Boden oder an einem feststehenden Bauteil am Montageort verbindbar, anbringbar oder montierbar ist. Dies ist in der Figur jedoch nicht gezeigt. Dabei weist das Gleitlagersystem eine Gleitlagerhülse 62 auf, die die Gestalt eines Rohrstücks aufweist, wobei deren inneren Durchmesser auf einen äußeren Durchmesser der Welle 62 angepasst ist. Zudem ist die Gleitlagerhülse 62 mit der Welle 52 verbunden, so dass beide Bauteile im Betriebsfall der Pumpvorrichtung 50 gemeinsam rotieren. Zudem weist das Gleitlagersystem einen ersten 64 und ei nen zweiten Gleitlagerring 66 auf, die jeweils mit dem Lagergehäuse 60 verbunden sind. Demgemäß verbleiben die Gleitlagerringe 64, 66 feststehend an ihrer Einbaustelle im Lagergehäuse 60, auch wenn sich die Welle 52 dreht. Zudem weist das Gleitlagersystem einen dritten Gleitlagerring 100 und einen vierten Gleitlagerring 102 auf, die jeweils mit der Welle 62 verbunden sind, so dass diese Gleitlagerringe im Betriebsfall der Pumpvorrichtung 50 gemeinsam mit der Welle rotieren. Eine Länge eines Langzeitbetriebs mit der Pumpvorrichtung 50 kann beeinflusst werden, indem der Durchmesser der Welle 52 größer gewählt wird, als das gemäß einer Auslegung nach den minimalen Werten eines berechneten Wellendurchmessers notwendig wäre. Genauso kann die Länge eines Langzeitbetriebes vergrößert werden, indem das Gleitlagersystem größer gewählt wird, als nach einer Berechnung nach als minimale Größe für das Gleitlagersystem notwendig wäre. The shaft 52 is arranged in a bearing housing 60, the bearing being carried out by means of a slide bearing system which transfers both axial and radial bearing forces from the shaft 52 into the bearing housing 60. The bearing housing 60 has fastening means with which it can be connected, attached or mounted on the floor or on a fixed component at the installation location. However, this is not shown in the figure. The plain bearing system has a plain bearing sleeve 62 which has the shape of a tube piece, the inner diameter of which is adapted to an outer diameter of the shaft 62. In addition, the slide bearing sleeve 62 is connected to the shaft 52, so that both components rotate together when the pump device 50 is operating. In addition, the plain bearing system has a first 64 and egg NEN second plain bearing ring 66, which are each connected to the bearing housing 60. Accordingly, the plain bearing rings 64, 66 remain stationary at their installation location in the bearing housing 60, even when the shaft 52 rotates. In addition, the slide bearing system has a third slide bearing ring 100 and a fourth slide bearing ring 102, which are each connected to the shaft 62, so that these slide bearing rings rotate together with the shaft when the pump device 50 is in operation. A length of long-term operation with the pump device 50 can be influenced by selecting the diameter of the shaft 52 to be larger than would be necessary according to a design based on the minimum values of a calculated shaft diameter. In the same way, the length of long-term operation can be increased by selecting the slide bearing system to be larger than would be necessary for the slide bearing system as a minimum size according to a calculation.
Auf der zum Antriebsrad 56 weisenden Seite des Lagergehäuses 60 ist ein erster Absatz 68 am Lagergehäuse 60 angebracht. Der erste Absatz 68 ist als Verbin dungsstelle für ein Antriebsgehäuse vorgesehen, das in der Figur jedoch nicht gezeigt ist. Jedoch sollen zwei angedeutete Schrauben 70 zeigen, dass das Antriebsgehäuse beispielsweise mit Schrauben mit dem ersten Absatz 68 und somit mit dem Lagergehäuse 60 verbindbar ist. Mit einem anmontierten Antriebsgehäuse ist das Antriebsrad 56 von einem Innenraum des Antriebsgehäuses vollständig umschlossen. Das Antriebsgehäuse selbst weist dabei an geeigneten Stellen eine Zulauf- und eine Ablauföffnung für ein Antriebsmedium, beispielsweise Wasser, Öl oder andere Flüssigkeiten auf. Für die Anwendung im Nuklearbereich für das in der Figur gezeig te Beispiel wird jedoch in der Regel Wasser als Antriebsflüssigkeit verwendet. On the side of the bearing housing 60 facing the drive wheel 56, a first shoulder 68 is attached to the bearing housing 60. The first paragraph 68 is provided as a connection point for a drive housing, which is not shown in the figure. However, two indicated screws 70 are intended to show that the drive housing can be connected, for example, with screws to the first shoulder 68 and thus to the bearing housing 60. With a mounted drive housing, the drive wheel 56 is completely enclosed by an interior of the drive housing. The drive housing itself has an inlet and at suitable points a drain opening for a drive medium, such as water, oil or other liquids. For use in the nuclear field for the example shown in the figure, however, water is generally used as the driving fluid.
Das Lagergehäuse 60 weist zudem eine erste 72 und eine zweite Bohrung 74 auf. Jede der Bohrungen 72, 74 ist auf ihrer zur äußeren Umgebung weisenden Seite mit einer Verschlussschraube 76 verschlossen. Diese kann beispielsweise zu Entlüf tungszwecken zeitweise geöffnet werden. Ansonsten dienen sie zum flüssigkeitdichten Verschluss der Bohrungen 72, 74. Die Bohrungen 72, 74 haben auch an ihrer den Verschlussschrauben 76 entgegengesetzten Seite jeweils eine weitere Öffnung zum Gehäuseinneren des Lagergehäuses 60. Dabei ist die jeweils weitere Öffnung zwischen dem ersten 64 und zweiten Gleitlagerring 66 angeordnet. Zudem ist die erste Bohrung 72 mit einem ersten Ende einer ersten Schmiermediumleitung 78 ver bunden, wobei ein zweites Ende der ersten Schmiermediumleitung 78 an einer Stelle im Lagergehäuse 60 endet, die zum Innenraum des Antriebsgehäuses weist, so dass der Innenraum des Antriebsgehäuses hydraulisch mit der weiteren Öffnung verbun den ist. Eine entsprechend gestaltete zweite Schmiermediumleitung 80 verbindet die zweite Bohrung 74 ebenfalls mit dem Innenraum des Antriebsgehäuses. Im gezeig ten Beispiel sind die Schmiermediumleitungen 78, 80 als Bohrungen im Lagergehäu se 60 ausgeführt. Zudem ist eine Verbindungsleitung 82 gezeigt, die im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls als Bohrung im Lagergehäuse 60 ausgeführt ist, wel che die erste Bohrung 72 hydraulisch mit einem zum Pumpenlaufrad 58 weisenden Innenbereich des Gehäuseinneren des Lagergehäuse 60 verbindet. Außerdem ist auf der zum Pumpenlaufrad 58 weisenden Seite des Lagergehäuses 60 ein zweiter Absatz 84 am Lagergehäuse 60 angeformt, wobei der zweite Absatz 84 zum Positio nieren und Anflanschen eines Pumpengehäuses vorgesehen ist, welches das Pum penlaufrad 58 vollständig umschließt. Die Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse und dem zweiten Absatz 84 ist durch Verbindungsschrauben 86 angedeutet. Das Pumpengehäuse ist in der Figur nicht gezeigt, weist jedoch eine Ansaugöffnung und eine druckseitige Auslassöffnung für die zu fördernde Flüssigkeit auf. Ein wesentliches Einsatzgebiet der Pumpvorrichtung 50 ist das Fördern von kontaminierter Flüs sigkeit. Dabei ist unter kontaminierter Flüssigkeit eine Kontamination mit radioaktiven Stoffen, wie sie beispielsweise bei einem schweren Störfall in einem Kernkraftwerk auftreten zu verstehen. Als kontaminierte Flüssigkeit kann aber auch eine Kontami- nation mit chemischen Stoffen, beispielsweise Säuren oder Laugen oder sonst wie schädlich aktiven Substanzen oder Giften beziehungsweise Flüssigkeiten verstanden werden. Die für die Pumpvorrichtung verwendeten Materialien müssen dann insbe sondere auch auf die Art der Kontamination ausgelegt werden. Das bedeutet, dass die verwendeten Materialien einer radioaktiven Bestrahlung einer festgelegten Höhe für einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise 2 oder 3 Monate, aber bis zu sechs oder zwölf Monate, so ertragen, dass die Funktion der Pumpvorrichtung erhalten bleibt. Entsprechendes gilt für eine Belastung des Materials durch eine chemische Kontamination. Ein funktionsfähiger Betrieb der Pumpvorrichtung von wenigstens zwei Monaten wird bereits als störungsfreier Langzeitbetrieb betrachtet. The bearing housing 60 also has a first 72 and a second bore 74. Each of the bores 72, 74 is closed on its side facing the external environment with a screw plug 76. For example, this can be opened temporarily for ventilation purposes. Otherwise, they serve for the liquid-tight sealing of the bores 72, 74. The bores 72, 74 also each have a further opening on the side opposite the locking screws 76 to the inside of the bearing housing 60. The further opening is between the first 64 and second slide bearing rings 66 arranged. In addition, the first bore 72 is connected to a first end of a first lubricant medium line 78, a second end of the first lubricant medium line 78 ending at a point in the bearing housing 60 which faces the interior of the drive housing, so that the interior of the drive housing is hydraulically connected to the other Opening is connected. A correspondingly designed second lubricant medium line 80 also connects the second bore 74 to the interior of the drive housing. In the example shown, the lubricant lines 78, 80 are designed as bores in the bearing housing 60. In addition, a connecting line 82 is shown, which in the exemplary embodiment shown is also designed as a bore in the bearing housing 60, which connects the first bore 72 hydraulically with an inner region of the housing interior of the bearing housing 60 facing the pump impeller 58. In addition, on the side facing the pump impeller 58 of the bearing housing 60, a second shoulder 84 is formed on the bearing housing 60, the second paragraph 84 being provided for positioning and flanging a pump housing which completely surrounds the pump impeller 58. The connection between the pump housing and the second shoulder 84 is indicated by connecting screws 86. The pump housing is not shown in the figure, but has a suction opening and a pressure-side outlet opening for the liquid to be pumped. An essential area of application of the pump device 50 is the conveyance of contaminated liquid. Contaminated liquid is to be understood as a contamination with radioactive substances, as occurs, for example, in the event of a serious accident in a nuclear power plant. A contaminated liquid can also be a contaminated nation with chemical substances, for example acids or alkalis or otherwise harmful substances or poisons or liquids. The materials used for the pumping device must then also be designed in particular for the type of contamination. This means that the materials used endure a radioactive radiation of a fixed amount for a certain period of time, for example 2 or 3 months, but up to six or twelve months, in such a way that the function of the pump device is retained. The same applies to a contamination of the material by chemical contamination. A functional operation of the pump device of at least two months is already considered as trouble-free long-term operation.
Eine wichtige Eigenschaft der Pumpvorrichtung 50 ist es zu verhindern, dass kontaminierte Flüssigkeit in die Antriebsflüssigkeit gelangt. Im Betrieb der Pumpvorrichtung 50 wird dies wie folgt erreicht. Über die Zulauföffnung im Antriebsgehäuse wird eine Antriebsflüssigkeit in das Gehäuseinnere eingeleitet und hierdurch das Antriebsrad 56 durch die Bewegung der zu geleiteten Antriebsflüssigkeit in eine Drehbewegung versetzt. Zusammen mit dem Antriebsrad 56 dreht sich die Welle 52 sowie das Pum penlaufrad 58. Gleichzeitig gelangt die unter einem vorgegebenen Antriebsdruck stehende Antriebsflüssigkeit vom Gehäuseinneren des Antriebsgehäuses über die Schmiermediumleitungen 78, 80 in die Bohrungen 72, 74. Ein Teilstrom der Antriebs flüssigkeit in den Bohrungen 72, 74 gelangt dabei in einen von der Gleitlagerhülse 62, den Gleitlagerringen 64, 66 sowie vom Lagergehäuse 60 gebildeten Bereich. Die unter dem Antriebsdruck stehende Antriebsflüssigkeit fließt dabei auch in den Bereich von Gleitflächen zwischen den Gleitlagerringen 64, 66 und der Gleitlagerhülse 62, , bzw. in den Bereich von Gleitflächen zwischen den Gleitlagerringen 64 und 100, bzw. 66 und 102, so dass ein Schmiermediumfilm in den Gleitlagern durch die An triebsflüssigkeit ausgebildet ist, der unabhängig von der Rotationsbewegung der Welle 52 ist. Hierdurch ist die Reibung bzw. der Verschleiß durch Reibung in den Gleitlagern unabhängig vom Betrieb oder von der Rotationsbewegung der Welle in vorteilhafter Weise verringert. Auch im Betriebsfall der Pumpvorrichtung 50 ist durch einen stetigen Zustrom von Antriebsflüssigkeit, die als Schmiermittel für das Gleitla gersystem dient, eine ausreichende Schmierung der Gleitflächen insgesamt gewährleistet. Ein weiterer Teilstrom der Antriebsflüssigkeit gelangt über die Verbindungslei tung 82 in den zum Pumpenlaufrad 58 weisenden Innenbereich 88 des Lagergehäu- ses 60. In diesen Innenbereich könnte kontaminierte Flüssigkeit gelangen, die von der Pumpe mit ihrem Pumpenlaufrad 58 im Betrieb angesaugt wird und dann mit der zum Pumpenlaufrad 58 weisenden Seite des Lagergehäuses 60 in Berührung steht. Dies wird jedoch durch den weiteren Teilstrom der Antriebsflüssigkeit verhindert. Der weitere Teilstrom steht nämlich unter demselben Druck wie die Antriebsflüssigkeit, der höher gewählt ist als der Druck, der auf der zum Pumpenlaufrat 58 weisenden Seite des Lagergehäuses 60 herrscht. Auf diese Weise ist nämlich ein stetiger, geringer Flüssigkeitsstrom von Antriebsflüssigkeit von der Antriebsseite der Pumpvorrichtung 50 durch das Lagergehäuse 60 auf die Pumpenseite gewährleistet. Der Vo lumenstrom des weiteren Teilstroms ist über die Wahl des Durchmessers der Ver bindungsleitung 82 sowie durch die Wahl für den Druck der Antriebsflüssigkeit ein- t An important property of the pump device 50 is to prevent contaminated liquid from getting into the drive liquid. In operation of the pump device 50, this is achieved as follows. A drive fluid is introduced into the interior of the housing via the inlet opening in the drive housing, and the drive wheel 56 is thereby set into a rotational movement by the movement of the drive fluid to be directed. Together with the drive wheel 56, the shaft 52 and the pump impeller 58 rotate. At the same time, the drive fluid under a predetermined drive pressure passes from the housing interior of the drive housing via the lubricant medium lines 78, 80 into the bores 72, 74. A partial flow of the drive fluid in the bores 72, 74 reaches an area formed by the slide bearing sleeve 62, the slide bearing rings 64, 66 and the bearing housing 60. The drive fluid under the drive pressure also flows in the area of sliding surfaces between the plain bearing rings 64, 66 and the plain bearing sleeve 62, or in the area of sliding surfaces between the plain bearing rings 64 and 100, or 66 and 102, so that a lubricating medium film is formed in the sliding bearings by the drive fluid, which is independent of the rotational movement of the shaft 52. As a result, the friction or wear due to friction in the slide bearings is advantageously reduced, regardless of the operation or the rotational movement of the shaft. Even in the operating case of the pump device 50, sufficient lubrication of the sliding surfaces as a whole is ensured by a steady inflow of drive fluid which serves as a lubricant for the sliding bearing system. Another partial flow of the drive fluid passes via the connecting line 82 into the inner region 88 of the bearing housing facing the pump impeller 58. ses 60. Contaminated liquid could get into this inner region, which is sucked in by the pump with its pump impeller 58 during operation and is then in contact with the side of the bearing housing 60 facing the pump impeller 58. However, this is prevented by the further partial flow of the drive fluid. The further partial flow is namely under the same pressure as the drive fluid, which is selected to be higher than the pressure prevailing on the side of the bearing housing 60 facing the pump runner 58. In this way, a steady, low fluid flow of drive fluid from the drive side of the pump device 50 through the bearing housing 60 to the pump side is ensured. The volume flow of the further partial flow is united by the choice of the diameter of the connecting line 82 and by the choice for the pressure of the drive fluid
stellbar. Ein Rückfluss von kontaminierter Flüssigkeit Richtung der Antriebsseite ist damit im Betrieb sicher verhindert. Im gezeigten Beispiel ist es auch vorgesehen, dass durch das Design bzw. die Ausgestaltung des Pumpenlaufrads 58 im Betrieb kein Druck auf der Druckseite der Pumpe auftreten kann, der größer ist als der Druck in der Antriebsflüssigkeit. Aus Gründen der Sicherheit und Zuverlässigkeit ist der Auslegungsdruck für das Pumpenlaufrad sogar um eine bestimmte Druckdifferenz geringer gewählt als der Druck in der Antriebsflüssigkeit. adjustable. A backflow of contaminated liquid towards the drive side is thus reliably prevented during operation. In the example shown, it is also provided that, due to the design or configuration of the pump impeller 58, no pressure can occur on the pressure side of the pump that is greater than the pressure in the drive fluid. For safety and reliability reasons, the design pressure for the pump impeller is even selected to be lower by a certain pressure difference than the pressure in the drive fluid.
Ein weiterer Anwendungsfall der Pumpvorrichtung 50 ist der Einsatz als Tauchpum penvorrichtung. Dann kann der Fall auftreten, dass die Pumpvorrichtung 50 in kon taminierter Flüssigkeit steht, während die Pumpvorrichtung 50 gar nicht in Betrieb ist. Auch für diesen Fall ist es zweckmäßig, dass ein Eindringen von kontaminierter Flüssigkeit in den Innenbereich 88, also das Gehäuseinnere des Lagergehäuses 60, und damit ein mögliches Vermischen von kontaminierter Flüssigkeit mit der Antriebsflüssigkeit vermieden ist. Für das Vermeiden des Eindringens von kontaminierter Flüssigkeit ist erfindungsgemäß eine Gleitringdichtung 90 zwischen einem statischen Bauteil des Lagergehäuses 60 und einem rotierenden Bauteil der Welle 52 oder ei ner Drehwelle angeordnet. Das sichere Verschließen zwischen rotierenden und ste henden Teilen der Pumpvorrichtung 50 ist in der Figur 2 in der dargestellten Ansicht auf der rechten Figurhälfte gezeigt. Zudem weist ein Gleitringsystem mehrere Federn auf, von denen eine Feder 92 gezeigt ist. Die Feder 92 ist dabei in einem Deckel 94 und einem Gleitringhalter 96 angeordnet und zwar derart, dass durch die Federkräfte der Feder 92 die Gleitringdichtung 90 gegen die Welle 52 bzw. ein mit der Welle 52 rotierendes Bauteil gedrückt ist. Auf diese Weise ist die Dichtwirkung der Gleitringdichtung 90 verbessert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf der rechten Hälf te der Figur die Situation gezeigt, wenn die Pumpvorrichtung 50 außer Betrieb ist. Dann ist nämlich der Innenbereich 88 drucklos, sodass durch die federbelastete Gleitringdichtung 90 ein Eindringen von kontaminierter Flüssigkeit in den Innenbe reich 88 verhindert ist. Wird die Pumpvorrichtung 50 nun in Betrieb genommen, baut sich im Innenbereich 88 ein Druck auf, der dem der Antriebsflüssigkeit entspricht. Da der Druck der Antriebsflüssigkeit höher ist als der Druck der kontaminierten Flüssigkeit und zudem hoch genug ist, gegen die Federkräfte der Federn des Gleitringsys tems zu wirken, bewegt sich die Gleitringdichtung 90 in die Richtung, in die die Feder 92 zusammengedrückt wird. Hierdurch entfernt sich die Gleitfläche der Gleitringdichtung 90 vom rotierenden Bauteil, so dass ein Spalt 98 entsteht, was auf der linken Hälfte der Figur dargestellt ist. Auf diese Weise gelangt Antriebsflüssigkeit im Be triebsfall der Pumpvorrichtung 50 vom Innenbereich 88 über das treibende Druckgefälle in die kontaminierte Flüssigkeit. Auf diese Weise ist die mechanische Belastung der Gleitringdichtung 90 im Betrieb der Pumpvorrichtung 50, beispielsweise durch Reibung oder durch Abrieb, vorteilhaft verhindert oder zumindest verringert. Die Gleitringdichtung 90 ist also zumindest im Zeitraum des Startens der Pumpvorrich tung 50 und in der transienten Phase vom Starten der Pumpvorrichtung 50 bis zum Dauerbetrieb geschmiert. Schließlich muss die Gleitringdichtung ihre Dichtwirkung nur dann aufweisen, wenn die Pumpvorrichtung 50 außer Betrieb oder in der be schriebenen transienten Phase beim Starten oder beim Beenden des Betriebes ist. Zudem wird dann die Dichtwirkung durch die Federwirkung der Federn unterstützt. Während im Betrieb der Pumpvorrichtung 50 ein stetiger, kleiner Flüssigkeitsstrom von Antriebsflüssigkeit vom Innenbereich 88 über den Spalt 98 in die kontaminierte Flüssigkeit die Dichtheit gewährleistet. Auf diese Weise ist der Betrieb der Pumpvor richtung 50 unter hohen Drücken von beispielsweise 5 bar, 10 bar, 20 bar, 50 bar oder sogar höheren Drücken und unter hohen Umgebungstemperaturen von bei spielsweise 50 °C, 90 °C, 120 °C oder sogar höher ohne Probleme gewährleistet. Bezuqszeichenliste Another application of the pump device 50 is the use as a submersible pump device. Then the case may arise that the pump device 50 is in contaminated liquid while the pump device 50 is not in operation. In this case, too, it is expedient for contaminated liquid to penetrate into the inner region 88, that is to say the inside of the bearing housing 60, and thus for possible mixing of contaminated liquid with the drive liquid to be avoided. To avoid the ingress of contaminated liquid, a mechanical seal 90 is arranged according to the invention between a static component of the bearing housing 60 and a rotating component of the shaft 52 or a rotating shaft. The secure closing between rotating and standing parts of the pump device 50 is shown in FIG. 2 in the view shown on the right half of the figure. In addition, a slide ring system has a plurality of springs, of which a spring 92 is shown. The spring 92 is arranged in a cover 94 and a slide ring holder 96 in such a way that the spring force of the spring 92 causes the mechanical seal 90 against the shaft 52 or against the shaft 52 rotating component is pressed. In this way, the sealing effect of the mechanical seal 90 is improved. In the exemplary embodiment shown, the situation is shown on the right half of the figure when the pump device 50 is out of operation. Then the inner region 88 is depressurized, so that penetration of contaminated liquid into the inner region 88 is prevented by the spring-loaded mechanical seal 90. If the pump device 50 is now put into operation, a pressure builds up in the inner region 88 which corresponds to that of the drive fluid. Since the pressure of the drive fluid is higher than the pressure of the contaminated fluid and is also high enough to act against the spring forces of the springs of the mechanical seal system, the mechanical seal 90 moves in the direction in which the spring 92 is compressed. This removes the sliding surface of the mechanical seal 90 from the rotating component, so that a gap 98 is formed, which is shown on the left half of the figure. In this way, drive fluid in the operating case of the pump device 50 passes from the inner region 88 via the driving pressure gradient into the contaminated liquid. In this way, the mechanical load on the mechanical seal 90 is advantageously prevented or at least reduced during operation of the pump device 50, for example due to friction or abrasion. The mechanical seal 90 is thus lubricated at least in the period of starting the pump device 50 and in the transient phase from the start of the pump device 50 to continuous operation. Finally, the mechanical seal only has to have its sealing effect when the pump device 50 is out of operation or in the transient phase described when starting or ending the operation. In addition, the sealing effect is then supported by the spring action of the springs. During operation of the pump device 50, a steady, small liquid flow of drive liquid from the inner area 88 via the gap 98 into the contaminated liquid ensures the tightness. In this way, the operation of the Pumpvor device 50 under high pressures of, for example, 5 bar, 10 bar, 20 bar, 50 bar or even higher pressures and under high ambient temperatures of, for example, 50 ° C, 90 ° C, 120 ° C or even guaranteed higher without problems. Reference list
10 Sicherheitsbehälterkühlsystem 10 safety container cooling system
12 Sicherheitsbehälter 12 security containers
14 atmosphärischer Bereich 14 atmospheric area
16 zu kühlendes Medium  16 medium to be cooled
18 Kühlmediumsammelbereich 18 Coolant collection area
20 erster Wärmetauscher 20 first heat exchanger
22 Primärseite 22 primary side
24 Sekundärseite 24 secondary side
26 Leitung  26 line
28 Leitung 28 line
30 Leitung 30 line
32 Leitung 32 line
34 zweite Pumpanordnung 34 second pump arrangement
36 Turbine  36 turbine
38 erste Pumpanordnung  38 first pump arrangement
40 Wärmequelle 40 heat source
50 Pumpvorrichtung 50 pumping device
52 Welle 52 wave
54 Drehachse  54 axis of rotation
56 Antriebsrad 56 drive wheel
58 Pumpenlaufrad 58 pump impeller
60 Lagergehäuse 60 bearing housings
62 Gleitlagerhülse 62 plain bearing sleeve
64 erster Gleitlagerring  64 first plain bearing ring
66 zweite Gleitlagerring 66 second plain bearing ring
68 erster Absatz 68 first paragraph
70 Schrauben 70 screws
72 erste Bohrung 72 first hole
74 zweite Bohrung  74 second hole
76 Verschlussschrauben 76 screw plugs
78 erste Schmiermediumleitung 78 first lubricant line
80 zweite Schmiermediumleitung 82 Verbindungsleitung 84 zweiter Absatz 86 Verbindungsschrauben 88 Innenbereich 80 second lubricant line 82 connecting line 84 second paragraph 86 connecting screws 88 interior
90 Gleitringdichtung90 mechanical seal
92 Feder 92 spring
94 Deckel 94 cover
96 Gleitringhalter 96 slide ring holder
98 Spalt 98 gap
100 dritter Gleitlagerring 102 vierter Gleitlagerring 100 third plain bearing ring 102 fourth plain bearing ring

Claims

Patentansprüche Claims
1. Pumpvorrichtung (50) zum Fördern einer kontaminierten Flüssigkeit mit einer Pumpe, die mit einem Hydraulikantrieb angetrieben ist, wobei der Hydraulikantrieb durch eine Antriebsflüssigkeit antreibbar ist, wobei die Pumpe und der Hydraulikan trieb mechanisch verbunden sind, 1. Pump device (50) for conveying a contaminated liquid with a pump which is driven by a hydraulic drive, the hydraulic drive being drivable by a drive liquid, the pump and the hydraulic drive being mechanically connected,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Pumpenwelle der Pumpe und eine Hydraulikantriebwelle des Hydraulikantriebs durch Gleitlager (62, 64, 66, 100, 102) gelagert sind, dass ein Schmiermedium für die Gleitlager (62, 64, 66, 100, 102) die Antriebsflüssigkeit ist, dass durch wenigstens eine Schmiermediumleitung (78, 80) Antriebsflüssigkeit zu den Gleitlagern (62, 64,a pump shaft of the pump and a hydraulic drive shaft of the hydraulic drive are mounted by slide bearings (62, 64, 66, 100, 102) that a lubricant for the slide bearings (62, 64, 66, 100, 102) is the drive fluid that by at least one Lubricant line (78, 80) drive fluid to the plain bearings (62, 64,
66, 100, 102) geleitet ist, und dass die Antriebsflüssigkeit nach einem Durchströmen der Gleitlager (62, 64, 66, 100, 102) aus der Pumpvorrichtung ausleitbar ist. 66, 100, 102) and that the drive fluid can be discharged from the pump device after flowing through the slide bearings (62, 64, 66, 100, 102).
2. Pumpvorrichtung (50) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hyd raulikantrieb eine Antriebsturbine, eine Antriebspumpe oder ein Hydraulikmotor ist. 2. Pump device (50) according to claim 1, characterized in that the hyd raulikantrieb is a drive turbine, a drive pump or a hydraulic motor.
3. Pumpvorrichtung (50) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe und der Hydraulikantrieb eine gemeinsame Welle (52) haben. 3. Pump device (50) according to claim 1 or 2, characterized in that the pump and the hydraulic drive have a common shaft (52).
4. Pumpvorrichtung (50) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (52) in einem Lagergehäuse (60) angeordnet ist. 4. Pump device (50) according to claim 3, characterized in that the shaft (52) is arranged in a bearing housing (60).
5. Pumpvorrichtung (50) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse (54) der Welle (52) in geodätischer Richtung gesehen vertikal ange ordnet ist. 5. Pumping device (50) according to claim 3 or 4, characterized in that an axis of rotation (54) of the shaft (52) is arranged vertically as seen in the geodetic direction.
6. Pumpvorrichtung (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Flügelrad der Pumpe und/oder ein Antriebsrad des Hydraulikan triebs fliegend gelagert sind. 6. Pump device (50) according to one of the preceding claims, characterized in that an impeller of the pump and / or a drive wheel of the hydraulic drive are overhung.
7. Pumpvorrichtung (50) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmiermediumleitung (78, 80) als Ausnehmung oder Bohrung im Lagergehäuse (60) ausgestaltet ist. 7. Pump device (50) according to claim 4 or 5, characterized in that a lubricant medium line (78, 80) is designed as a recess or bore in the bearing housing (60).
8. Pumpvorrichtung (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein erstes Ende einer Schmiermediumleitung (78, 80) an einer Stelle im Lagergehäuse (60) angeordnet ist, die von einem Hydraulikantriebgehäuse umschlossen ist. 8. Pump device (50) according to one of the preceding claims, characterized in that a first end of a lubricant medium line (78, 80) is arranged at a point in the bearing housing (60) which is enclosed by a hydraulic drive housing.
9. Pumpvorrichtung (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen dem Lagergehäuse (60) und der Welle (52) eine Dichtung oder ein Dichtsystem angeordnet ist, durch die ein Eindringen von kontaminierter Flüssigkeit in das Lagergehäuse (60) verhindert ist. 9. Pump device (50) according to one of the preceding claims, characterized in that a seal or a sealing system is arranged between the bearing housing (60) and the shaft (52), through which penetration of contaminated liquid into the bearing housing (60) is prevented.
10. Pumpvorrichtung (50) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dich tung aus einem Material gefertigt und so ausgelegt ist, dass diese während einer Be triebszeit von wenigstens zwei Monaten mit einer durch eine vorbestimmte radioakti ve Strahlenbelastung kontaminierte Flüssigkeit funktionsfähig ist oder dass diese während einer Betriebszeit von wenigstens zwei Monaten mit einer vorbestimmten Belastung durch eine Säure bzw. durch eine Lauge als kontaminierter Flüssigkeit funktionsfähig ist 10. Pumping device (50) according to claim 9, characterized in that the sealing device is made of a material and is designed such that it is functional during an operating time of at least two months with a liquid contaminated by a predetermined radioactive radiation or or it is functional as a contaminated liquid during a period of operation of at least two months with a predetermined load of an acid or an alkali
11. Pumpvorrichtung (50) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine federbelastete Gleitringdichtung (90) ist, dass durch Federkräfte der federbelsteten Gleitringdichtung (90) die Gleitringdichtung (90) verschlossen ist, wenn der Hydraulikantrieb außer Betrieb ist, dass die Gleitringdichtung (90) gegen eine Federkraft der Feder (92) oder Federn (90) geöffnet ist, wenn der Hydraulikantrieb in Betrieb ist, und dass ein Teilstrom die Antriebsflüssigkeit aus einem Innenbe reich (88) des Lagergehäuses (60) durch einen Spalt (98) zwischen der Gleitringdichtung (90) und der Welle (52) in einen Innenraum (88) des Pumpengehäuses gelangt, wenn der Hydraulikantrieb in Betrieb ist. 11. Pump device (50) according to claim 9 or 10, characterized in that the seal is a spring-loaded mechanical seal (90), that the mechanical seal (90) is closed by spring forces of the spring-loaded mechanical seal (90) when the hydraulic drive is out of operation, that the mechanical seal (90) is opened against a spring force of the spring (92) or springs (90) when the hydraulic drive is in operation, and that a partial flow of the drive fluid from an inner region (88) of the bearing housing (60) through a gap (98) between the mechanical seal (90) and the shaft (52) into an interior (88) of the pump housing when the hydraulic drive is in operation.
12. Pumpvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine federbelastete Gleitringdichtung (90) ist, dass durch Federkräfte der federbelasteten Gleitringdichtung (90) die Gleitringdichtung (90) ständig verschlossen ist, unabhängig davon ob der Hydraulikantrieb in Betrieb ist oder nicht, und dass ein Teilstrom der Antriebsflüssigkeit aus einem Innenbereich (88) des Lagergehäuses (60) durch wenigstens eine radiale Ausnehmung in der Welle (52) oder in rotierenden Bauteilen sowie einer mit der wenigstens einen radialen Ausnehmung verbundenen axialen Ausnehmung in der Welle (52) in einen Innenbe reich des Hydraulikantriebgehäuses gelangt, der einen niedrigeren Druck aufweist als der Druck in der Antriebsflüssigkeit , die dem Hydraulikantriebsgehäuse zugeleitet wird, wenn der Hydraulikantrieb in Betrieb ist. 12. Pump device (50) according to one of claims 9 to 1 1, characterized in that the seal is a spring-loaded mechanical seal (90) that by Spring forces of the spring-loaded mechanical seal (90), the mechanical seal (90) is constantly closed, regardless of whether the hydraulic drive is in operation or not, and that a partial flow of the drive fluid from an inner region (88) of the bearing housing (60) through at least one radial recess in the shaft (52) or in rotating components and an axial recess connected to the at least one radial recess in the shaft (52) reaches an inner region of the hydraulic drive housing that has a lower pressure than the pressure in the drive fluid that is supplied to the hydraulic drive housing when the hydraulic drive is in operation.
13. Pumpvorrichtung (50) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Vo lumenstrom des Teilstroms der Antriebsflüssigkeit für einen definierten Betriebszu stand so bemessen ist, dass durch den Volumenstrom die durch die Reibung an den Gleitlagern entstehende Wärmemenge und/oder die von einer Umgebung auf die Pumpvorrichtung übertragene Wärmemenge aufgenommen ist und durch den Spalt (98) in das Pumpengehäuse gefördert ist. 13. Pump device (50) according to claim 1 1, characterized in that a volume flow of the partial flow of the drive liquid for a defined Betriebszu was dimensioned such that the volume of heat generated by the friction on the plain bearings and / or by a The amount of heat transferred to the pump device is absorbed and is conveyed through the gap (98) into the pump housing.
14. Pumpvorrichtung (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Teilvolumenstrom der Antriebsflüssigkeit, der als Schmiermedium dient, für einen definierten Betriebszustand so bemessen ist, dass durch den Teilvolumenstrom die durch die Reibung an den Gleitlagern entstehende Wärmemenge und/oder die von einer Umgebung auf die Pumpvorrichtung übertragene Wärmemenge aufgenommen ist. 14. Pump device (50) according to any one of the preceding claims, characterized in that a partial volume flow of the drive fluid, which serves as a lubricant, is dimensioned for a defined operating state such that the amount of heat generated by the friction on the slide bearings and / or the amount of heat transferred from an environment to the pump device is absorbed.
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JPH07229499A (en) * 1993-12-24 1995-08-29 Taiheiyo Kiko Kk Turbine driving pump and fluid conveying method thereby
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