DE2019653A1

DE2019653A1 - Metalldampfverschluss

Info

Publication number: DE2019653A1
Application number: DE19702019653
Authority: DE
Inventors: Ball Rowland E
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: BW IP International Inc
Priority date: 1969-05-05
Filing date: 1970-04-23
Publication date: 1970-11-19
Also published as: GB1259935A; CH513353A; NL163310C; JPS5026761B1; DE2019653C3; NL163310B; ZA701441B; BR7017585D0; DE2019653B2; NL7006076A; FR2047249A5; US3630529A

Description

PATENTANWÄLTE

dr. ing. H. NEGENDANK · dipping. H. HAUCK · dipl-phys. W. SCHMITZ

HAMBUHG-MÜNCHEN ZUSTEIil/UNGSANSCHRXFT: HAMBURG 36 · NEUER WAL·!. 41

TEI.. 367428 TJND 3 0 4115

Borg-Warner Corporation iklegh. »βοεβαρατινι hakbdbg

__,,.,. . MÜNCHEN 15 ■ MOZARTSTR. S3

200 South Michigan Avenue

m · τ-, -i · T mrr~.A /τ-rri « TEl.5380586

Chicago, Illinois 60604/USA

° ' _ TElEQR. NEGEDAPATENT MÜNCHEN

Hamburg, 22. April 1970

Metalldampfverschluß

Die Erfindung bezieht sich auf einen Metalldampfverschluß zum Abdichten einer drehbaren Welle gegen ein Gehäuse, das eine Wellenöffnung mit einer sich durch diese erstreckenden drehbaren Wellen aufweist, insbesondere für Natriumdampf. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen derartigen Verschluß, der sich zwischen einer vertikalen Welle und einem diese umgebenden Gehäuse einbauen,läßt. Der Natriumdampfverschluß gemäß vorliegender Erfidung ist geeignet, das Entweichen von Natriimdampf entlang der vertikalen Welle einer IPlüssignatriumpumpe aus dem Raum innerhalb der Pumpe in den Raum außerhalb der Pumpe zu verhindern.

Einige bekannte Flüssignatriumpumpen weisen ein Zentrifugal- · rad auf, das von einer vertikalen Welle angetrieben wird, die sich oberhalb des Rads durch einen Pumpenzylinder erstreckt und durch eine Wellenöffnung in dem Kopf des Zylinders geführt ist. Die Welle wird dreh einen oben auf dem Zylinder montierten Elektromotor angetrieben. Eine Wellendichtung vom

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mechanischen Dichtungstyp und Wellenlager sind zwischen dem Kopf des Pumpenzylinders und dem darüber liegenden Elektromotor vorgesehen. Die Wellendichtung verhindert das Entweichen von Argon, das als Schutzatmosphäre über dem flüssigen Natrium in der Pumpe verwendet wird. Die Pumpenradwelle rotiert in einem Rohr, das mit einem kleinen Spiel im Abstand von der Welle angeordnet ist und durch Querwände oben und unten an dem Roh-r gegen das Innere des Pumpenzylinders abgedichtet ist. Der von der oberen und unteren !Trennwand, dem Wellenrohr und dem Pumpenzylinder eingeschlossene Raum ist mit IaoLier- ader Abschirmmaterial gefüllt, um das Entweichen von Natriumdampf zu verhindern oder auf ein Mindestmaß herabzumindern und die Strahlung abzuschirmen, wenn das Natrium radiaktiv·ist. Der Raum zwischen der Welle und dem Wellenrohr iüt jedoch unten zu der Natriumdampf enthaltenden Atmospäre über dem flüssigen Natrium in der Pumpe hin offen und ist oben offen» um das Entweichen von Natriumdampf in den darüber liegenden mechanischen Dichtungsraum zu gestatten.

Dieser in den mechanischen Dichtungsraum wandernde Natriumdampf kondensiert darin zu festem Natrium und beeinträchtigt die Arbeitsweise der Dichtungen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Natriumdampfverschluß zu schaffen, um im wesentlichen das Entweichen von Natriumdampf aus einem Gehäuse entlang einer Welle

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zu vermeiden, ζ. B. einer Pumpenradwelle, die sich in das Gehäuse durch eine Wellenöffnung erstreckt.

Eine weitere Aufgabe ist es, einen Verschluß zu schaffen, der als Rücklauf kondensat or wirksam ist, um den Natriumdampf zu einer Flüssigkeit zu kondensieren und ihn als Flüssigkeit in das Gehäuse zurückzuführen.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden dadurch gelöst, daß ein Hatriumdampfverschluß zum Abdichten einer drehbaren Welle gegen ein Gehäuse geschaffen wird, das eine Wellenöffnung mit einer sich durch diese erstreckenden drehbaren Welle aufweist, wobei der Verschluß im wesentlichen das Entweichen von ITatriumdarapf entlang der Welle aus dem Raum innerhalb des Gehäuses in den Raum außerhalb des Gehäuses verhindert und sich dadurch auszeichnet, daß er folgende Teile aufweist: ein drehbares Teil, das "von der Welle getragen wird und an dieser abgedichtet ist; ein stationäres Teil, das das drehbare Teil umgibt und von dem Gehäuse getragen wird und an diesem abgedichtet ist, wobei das drehbare T_eil axial im Abstand angeordnete, querverlaufende Leitflächenteile aufweist, die von seiner Achse hinweg vorragen* und

axial
stationäre Teil/im Abstand angeordnete,

aufweist, die zu seiner leise Ma vori*ägöti ©it i#fi ss8@j*st ©ifwähaten Ireitfläefaenteileti

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ten, um einen gewundenen Kanal zu schaffen, der den Raum innerhalb des Gehäuses mit dem Raum außerhalb des Gehäuses verbindet.

In den Zeichnungen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, ist:

!"ig. 1 ein Axialschnitt durch einen Teil einer Natriumpumpe, in der ein Natriumdampf Verschluß gemäß vorliegender Erfindung eingebaut ist;

Pig. 2 ein vergrößerter Axialschnitt durch einen Teil der

Konstruktion nach Pig 1, der den in Pig. 1 in Ansicht

dargestellten Natriumdampfverschluß im Schnitt zeigt, und

Pig. 3 ein Schnitt im verkleinerten Maßstab auf der linie 3-3 in Pig. 2.

In den verschiedenen Piguren der Zeichnungen und in der folgenden Beschreibung ist das gleiche Teil stets mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In den Zeichnungen und insbesondere in Pig. 1 ist ein Teil einer Plüssignatriumpumpe dargestellt, die einen Pumpenzylinder 10 mit einem oben angeschweißten Plansch 11 aufweist. Ein Kopf 12 ist an dem Plansch 11 durch einen O-Ring 13 abgedichtet. Ein ringförmiges Teil 14 liegt auf dem Kopf 12

auf und ist an dem Kopf durch einen weiteren O-Ring 15 abgedichtet. Das Teil 14 trägt einen konzentrischen Ring 16, wobei die beiden Teile durch einen weiteren O-Ring 17 gegeneinander abgedichtet sind. Ein zylindrisches Gehäuseteil 18 ist oben an dem Ring 16 angeschweißt, wobei das Gehäuseteil 18 einen nicht dargestellten Elektromotor trägt, der in bekannter Weise das nicht dargestellte Pumpenrad über eine Welle 19 aninsibt. Bolzen 21, 21 mit Muttern 22, werden verwendet, um die konzentrischen ringförmigen Teile 11, 12, 14 und 16 aneinander zu befestigen.

Eine Haube 23 ist an das ringförmige Teil 16 angeschweißt und weist eine angeschweißte Hülse 24 auf, die die Welle 19 umgibt, wie deutlicher aus Pig. 2 hervorgeht.

Wie Fig. 1 zeigt, ist eine Querplatte 25 an dem Gehäuseteil 18 angeschweißt und ist oberhalb der Haube 23 angeordnet. Diese Platte 25 trägt einen Ring 26, der einen Sitz für eine mechanische Dichtungsbaugrqpe bildet, die im allgemeinen mit 27 bezeichnet ist und eine stationäre U_nterbaugruppe 28 und eine von der Welle 19 getragene drehbare Unterbaugruppe 29 aufweist. Die stationäre Unterbaugruppe besitzt einen drehfesten mechanischen Dichtungsring 30. In einem drehenden abdichtenden Verhältnis zu diesem Dichtungsring befindet sich ein drehbarer mechanischer Dichtungsring 31. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist eine Kammer 32 in der stationären Un-"

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terbaugruppe 28 vorgesehen, die mit Öl unter einem statischen Druck gefüllt ist, der etwas über dem statischen Druck des Gases in dem Raum 33 unterhalt) der mechanischen Dichtungsbaugruppe und oberhalb der Haube 23 liegt. Diese mechanische Dichtungsbaugruppe verhindert das Entweichen von Gas entlang der Welle von unterhalb der mechanischen Dichtungsbaugruppe in die Atmospäre. Da eine mechanische Dichtungsbaugruppe dieser Art in der Technik bekannt ist, wird eine weitere ausführliche Beschreibung derselben hier nicht für erforderlich erachtet.

Die drehbare Unterbaugruppe 29 der mechanischen Dichtung v/eist einen sich nach unten erstreckenden Kragen 61 auf, der einen mit der Welle rotierten Plansch oder ein vorstehendes Teil 62 trägt. Etwaiges an den Dichtungsringen 30, 31 vorbeisikkerndes Öl wird von dem llansch 62 aufgefangen und nach außen in die Kammer 63 geschleudert. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, führt eine Leitung 64 das Öl aus der Kammer 63 in einen Sammelbehälter 65 ab, aus dem es sich nach Entfernen des Stopfens 66 abziehen läßt. Auf diese Weise wird verhindert, ' dai3 01 nach unten entlang der Welle in die Natriumpumpe fließt.

Wie aus Pig. 2 hervorgeht, besitzt die Welle 19 einen unteren Teil 19a, der durch eine Schraube 34 an einem oberen Teil 19b befestigt ist, wobei die beiden Wellenteile durch einen Keil 35 an einer gegenseitigen Drehung gehindert werden.

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Ein Natriumdampfverschluß, der im allgemeinen mit 36 bezeichnet ist, ist zwischen die Welle 19 und den Kopf 12 geschaltet, um im wesaatlichen das Entweichen von Natriümdampf entlang der Welle und durch den Kopf zu verhindern. Der ITatriumdampfverschluß weist ein stationäres Teil 37, das von dem Kopf 12 getragen wird, und ein drehbares Teil 38 auf, das von der Welle 19 getragen wird; diese Teile sind vorzugsweise aus austenitischem rostfreien Stahl hergestellt*

Das drehbare Teil 38 besitzt einen zylindrischen Abschnitt ■ 39, der auf den Wellenteil 19b aufgepaßt ist. Ein im Durchmesser verringerter Abschnitt 41 des drehbaren Teils ist in einer entsprechenden Nut 42 in dem Wellenteil 19a aufgenommen. Das drehbare Teil ist an dem Wellenteil durch eine Stellschraube 43 gesichert. Der zylindrische Abschnitt 39 trägt axial im Abstand angeordnete, nach außen vorstehende, nach unten geneigte Leitflächen in der Form von Rippen 44. Diese Rippen sind Drehkörper und haben den gleichen Außendurchmesser; sie sind in axialer Richtung in gleichen Abstanden angeordnet und in einem Winkel von ungefähr 30 °von der Horizontalen nach unten geneigt. Das drehbare Teil 38

en

besitzt einen Kapp/fceil 45 mit einer horizontalen Oberseite 46 und einem sich nach unten erstreckenden Schurz 47. Die läppe greift über das stationäre Teil 37 und ist in einem geringen Abstand von diesem angeordnet, so daß sie sich

frei und unbehindert drehen und außerdem für den nach außen gerichteten Gasstrom zwischen dem stationären Teil und dem drehbaren Teil des Verschlusses sorgen kann. Ein O-Ring dichtet das drehbare Teil an dem unteren Wellenteil 19a ab. Wie ersichtlich ist, weisen die Rippen 44 eine gleichmäßige Stärke auf.

Das stationäre Teil 37 des Verschlusses ist an den Zylinderkopf 12 geschweißt. Das stationäre Teil ist im allgemeinen zylindrisch. Es weist einen Bodenteil 49 auf, der den Wellenteil 19a eng umschließt und unter dem Bodenteil des drehbaren Teils 38 liegt. Der Bodenteil 49 nimmt das obere Ende eines Rohrs 51 auf, das den unteren Teil 19a der Welle umgibt und im Abstand von diesem angeordnet ist, um einen Zwischenraum 52 zu schaffen. Das obere Ende des Rohrs 51 ist in einer Ausnehmung in dem Bodenteil des stationären Teils aufgenommen und in dieser verschweißt. Das stationäre Teil 37 besitzt eine Vielzahl von nach innen ragenden Leitflächenteilen 54, die gegenüber den Zwischenräumen zwischen den Rippen 44 an dem drehbaren Teil angeordnet sind. Diese Leitflächenteile besitzen im wesentlichen horizontale Bodenflächen 55» zylindrische Innenflächen 56 und nach unten geneigte obere Flächen 57. Die Innendurchmesser der Leitflächenteile sind gleich und etwas größer als die Außendurchmesser der Rippen 44 des drehbaren Teils; dadurch läßt sich das drehbare Teil in das stationäre Teil einsetzen und aus diesem entfernen.

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Im Betrieb wirkt der NatriumdampfverSchluß 36 als Rücklauf kondensat or für den Natriumdampf, der durch den Zwischenraum 52 zwischen dem Wellenteil 19a und dem Rohr 51 aufsteigt. Dieser Natiiumdampf wird in einer Inertatmosphäre, z. B. einer Argonatmosphäre, mitgeführt, wobei das Argon zur Verhinderung einer Oxydation des Natriums und des Na~ triumdampfes in der Pumpe verwendet wird. Der zwischen dem drehbaren und dem stationären Teil des Verschlusses hindurchströmende Natriumdampf wird durch die Rippen und LeItflächenteile segen die inneren Flächen des Verschlusses gelenkt, auf denen der Natriumdampf sich im flüssigen Zustand niederschlägt, wobei die Flüssigkeit entlang den inneren Fläc-hen des Verschlusses nach unten fließt und durch den Zwischenraum 52 zur Pumpe zurückkehrt.

Obwohl die besondere Form der Rippen 44 und Ieitflächenteile 54 sich etwas verändern läßt, sind die inneren Flächen der Verschlußteile so geneigt auszubilden, daß alles verflüssigte Metall zur Pumpe zurückfließt; vorzugsweise sollten keine Aussparungen in dem Verschluß vorhanden sein, um verflüssigtes Metall zurückzuhalten. Durch die Form und Anordnung der Rippen 44 wird der Argon- und Natriuradampfstrom im wesentlichen senkrecht auf die oberen Flächen 57 der Leitflächenteile 54 gerichtet. Diese Flächen 57 sind die Hauptkondensationsflächen des Verschlusses; sie werden rascher gekühlt als die Rippen 44, da die Wäme von den radialen äußeren Flächen dea ntationären Teils 37 nach außen strahlt. Durch

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die Kondensation des Natriumdampfes und die Wärmestrahlung γοη dem Verschluß werden die Kondensationsflächen des Verschlusses etwas über den Schmelzpunkt des Natriums, d. h. auf 99»5 0, gehalten. Der erfindungsgemäße Verschluß ist äußerst leistungsfähig und es tritt im wesentlichen kein Natdumdampf aus dem Verschluß in den Raum außerhalb des Verschlusses aus. Da ferner der Natriumdarapf zu einer Flüssigkeit und nicht zu festem Metall kondensiert, wird das Innere des Verschlusses nicht mit kondensiertem festen Metall verstopft. Die Drehung der Welle und somit des drehbaren Teils 38 des Verschlusses fördert die hohe Kondensationsleistung. Die Drehbewegung bewirkt, daß die Gase auf das stationäre Teil mit höherer Geschwindigkeit auftreffen, als dies der Pail ohne eine derartige Drehung wäre. Dies© höhere Geschwindigkeit verbessert die Kondensation. Obwohl der Verschluß wirksamer ist, wenn das Teil 38 rotiert, ist er auch dann ein wirksamer Rücklaufkondensator, wenn das Teil 38 stationär ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verschluß kann kein Natriumdampf aus der Pumpe im nennenswerten Umfang entweichen und als flüssiges oder festes Metall in der Welle und der mechanischen Dichtungsbaugruppe und um diese herum kondensieren.

Obwohl das dargestellte und beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Kondensation von Natriuradampf beschrieben worden ist, ist es selbsr-

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verständlich, daß der Verschluß auch verwendet werden kann, um andere Metalldampfe, insbesondere Alkalimetalldämpfe, und zwar Kaliumdämpi oder Dämpfe von Hatrium-KaIi-umlegier ungen, die als HAK bekannt sind, zu kondensieren. Daher wird der Ausdruck Natrium hier nur im allgemeinen Sinne verwendet und soll'die Erfindung nicht auf die Kondensation von Hatriumdampf beschränken.

Die Anzahl der abwechselnd angeordneten Rippen und Leitflächenteile kann mehr oder weniger als die vier in. der Zeichnung dargestellten betragen.

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Claims

- 12 Patentansprüche

M Λ MetalldampfVerschluß zum Abdichten einer drehbaren Welle gegen ein Gehäuse, insbesondere für Natriumdampf, das eine Wellenöffnung mit einar sich durch diese erstreckenden drehbaren Welle aufweist, wobei der YerSchluß im wesentlichen das Entweichen von Metalldampf entlang der V/el-Ie aus dem Raum innerhalb des Gehäuses in den Raum außerhalb des Gehäuses verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß folgende Teile aufweist:

a) ein drehbares Teil (38), das von der Welle (19) getragen wird und an dieser abgedichtet ist;

b) ein stationäres Teil (37), das das drehbare Teil (38) umgibt und von dem Gehäuse (18) getragen wird und an diesem abgedichtet istj

c) wobei das drehbare Teil axial im Abstand angeordnete, querverlaufende Leitflächenteile (44) aufweist, die von seiner Achse hinweg vorragen, und

d) das stationäre Teil (37) axial im Abstand angeordnete, querverlaufende Leitflächenteile (54) aufweist, die zu seiner Achse hin vorragen und mit den zuerst erwähnten Leitflächenteilen (44) zusammenarbeiten, um einen gewun-

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denen Kanal zu schaffen, der den Raum innerhalb des Gehäuses mit dem Raum außerhalb des Gehäuses verbindet.
2. Metalldampf Verschluß nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächenteile (44 > 54) Drehkörper s ind.
3. MetalldampfverSchluß nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitflächenteile (44> 54)

schräg nach unten zum Inneren des Gehäuses hin verlaufen.
4. Metalldampfverschluß nach Patentanspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß die leitflächenteile (44» 54) abwechselnd miteinander angeordnet sind.
5. Metalldampfverschluß nach Patentanspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare leil (38) einen Kappenteil (45) aufweist, der das axial äußere Ende des stationären Seils (37) umgibt und im Abstand von diesem

angeordnet ist.
6. Metalldampf Verschluß nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß das stationäre !eil einen axial inneren Bndteil (49) aufweist, der unter dem axial inneren Ende des drehbaren Teils (38) liegt.
7. Metalldampfverschluß nach irgendeinem der Patentansprüche

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1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, 6S die zuerst erwähnten Leitflächenteile (44) im Durchmesser etwas kleiner als die danach erwähnten Leitflächenteile (54) sind.
8. Metalldampfverschluß nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Teile aus austenitischem rostfreien Stahl bestehen.

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