DE2019653B2 - Metalldampfsperrenanordnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Metalldampfsperrenanordnung der im Oberbegriff des vorstehenden Hauptanspruchs genannten Art.

Aus der Zeitschrift »Transactions of ASME, Journal of Engineering for Power«, Januar 1966, Seite 13, ist eine Metalldampfsperrenanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art bekannt, bei der der Durchtritt von Lithiumdampf entlang der vertikalen Antriebswelle durch einen besonderen Spülgaskreislauf verhindert wird, indem das Spülgas entgegen der Lcckslrömung entlang der Antriebswelle gedrückt wird. Das den Litl.lumdampf mitnehmende Spülgas tritt in das Gehäuse ein. Das aus dem Gehäuse abzuführende Spülgas wird durch einen besonderen Kondensator geführt, in dem der von dem Spülgas mitgenommene Lithium'dampf auskondensiert wird. Diese Anordnung ist recht aufwendig.

Weiterhin ist es aus der US-PS 34 22 766 bekannt, bei einer in einem flüssiges, von einem Schutzgas überlagertes Metall enthaltenden Gehäuse angeordneten Flüssigmetall-Kreiselpumpe den Durchtritt von Flüssigmetall entlang der vertikalen Antriebswelle in einen oberhalb des Gehäuses liegenden Raumes zu verhindern, indem an der Scheidewand zwischen dem Gehäuseinneren und diesem Raum eine die Antriebswelle umgebende Flüssigkeitslabyrinthdichtung angeordnet wird. Die Rippen des drehbaren Teiles und die Rippen des stationären Teils erstrecken sich radial zur Antriebswelle und greifen ineinander, um einen möglichst langen Labyrinthweg zu erzielen, so daß die Reibungslänge der Leckströmung mit der Totflüssigkeit in der Labyrinthdichtung möglichst lang wird. Unterhalb der Labyrinthdichtung ist die Antriebswelle in einer Buchse gelagert, die mit unter Druck stehendem Flüssigmetall geschmiert wird. Auf der von dem Lager abgewanciten Seite ist der Labyrinthdichtung ein von außen durch einen Kühlgasstrom gekühlter und gegenüber der Antriebswelle isolierter Ausfrierringraum zugeordnet, in dem das doch noch aus der Labyrinthdichtung austretende Flüssigmetall ausgefroren wird. Da sich die Isolierhülse mit der Antriebswelle dreht, kommt es hier zu Schwerwirkungen in dem ausgefrorenen Metall und zur Wämeerzeugung, die eine Erhöhung des Kühlleistungsbedarfs erforderlich macht.

Aus dem Buch von K.Trutnovsky »Berührungsfreie Dichtungen«, 1964, S. 170 bis S. 176, sind Flüssigkeitslabyrinthdichtungen bekannt, bei denen sich die Labyrinthrippen nicht im wesentlichen senkrecht zur Leckströmung erstrecken, sondern sich sowohl die drehenden als auch die stationären Rippen sich schräg entgegen der Leckströmung erstrecken.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metalldampfsperrenanordnung der im Oberbegriff des vorstehenden Hauptanspruchs genannten Art zu schaffen, bei der die Metalldampfsperre selbst den Metalldampf kondensiert und somit die Anordnung in ihrem Aufbau wesentlich einfacher ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des vorstehenden Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Metali dampfsperrenanordnung ist ein besonderer Spülgaskreislauf nicht erforderlich, da die Metalldampfsperre selbst als Rücklaufkondensator wirkt, in dem der Metalldampf zu einer Flüssigkeit kondensiert wird, die dann entgegen der Leckströmung in das Gehäuse zurückläuft. Die Drehung der Welle und damit der innenliegenden Rippen fördert die Kondensationsleistung durch die den Dampfteilchen aufgeprägte Bewegungskomponente in Richtung auf die Kondensierflächen. Durch den Rücklauf des flüssigen Kondensats entgegen der Leckströmung wird die Sperrwirkung der Metalldampfsperre noch erhöht.

Die erfindungsgemäße Metalldampfsperre gewähr-

leistet eine lange Lebensdauer der mechanischen Dichtung für das Schutzgas.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun an einem Ausführungsbeispiel und anhand der belügenden Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Teil einer Flüssignatrium-Kreiselpumpe, in der eine Natriumdampfsperre gemäß der Erfindung eingebaut ist;

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht durch einen Teil der Natriumdampfsperre nach F i g. 1 und

Fig.3 einen Schnitt im verkleinerten Maßstab entlang der Linie 3-3 in F i g. 2.

In den verschiedenen Figuren und in der folgenden Beschreibung ist das gleiche Teil stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.

In den Figuren und insbesondere in F i g. 1 ist ein Teil einer Flüssigkeitsnatrium-Kreiselpumpe dargestellt, die ein zylindrisches Pumpengehäuse 10 mit einem oben angeschweißten Flansch 11 aufweist. Ein Kopf 12 ist gegenüber dem Flansch Il durch einen O-Ring 13 abgedichtet. Ein ringförmiges Teil 14 liegt auf dem Kopf 12 auf und ist gegenüber diesem durch einen weiteren O-Ring 15 abgedichtet Das Teil 14 stützt einen konzentrischen Ring 16, wobei die beiden Teile durch einen weiteren O-Ring 17 gegeneinander abgedichtet sind. Ein zylindrisches Gehäuseteil 18 ist oben am Ring 16 angeschweißt, wobei am Gehäuseteil 18 ein nicht dargestellter Elektromotor gelagert ist, der in bekannter Weise das nicht dargestellte Pumpenrad über eine Welle 19 antreibt. Die konzentrischen ringförmigen Teile 11,12,14 und 16 sind durch Bolzen 21 und Muttern 22 aneinander befestigt

Eine Haube 23 ist an das ringförmige Teil 14 angeschweißt und weist eine die Welle 19 umgebende angeschweißte Hülse 24 auf, wie insbesondere aus F i g. 2 hervorgeht.

Wie F i g. 1 zeigt, ist eine quer zur Welle stehende Platte 25 an dem Gehäuseteil 18 oberhalb der Haube 23 angeschweißt. An der Platte 25 ist eine Buchse 26 für eine mechanische Dichtungsbaugruppe 27 angeordnet, die eine stationäre Unterbaugruppe 28 und eine an der Welle 19 abgestützte drehbare Unterbaugruppe 29 aufweist. Die stationäre Unterbaugruppe weist einen drehfesten mechanischen Dichtungsring 30 auf. Ferner ist ein gegenüber diesem Dichtungsring abdichtender und sich drehender mechanischer Dichtungsring 31 vorgesehen. Wie in F i g. 2 gezeigt ist, ist eiüc Kammer 32 in der stationären Unterbaugruppe 28 vorgesehen, die mit öl unter einem statischen Druck gefüllt ist, der etwas über dem statischen Druck des Gases in dem Raum 33 unterhalb der mechanischen Dichtungsbaugruppe und oberhalb der Haube 23 liegt. Diese mechanische Dichtungsbaugruppe verhindert das Entweichen von Gas unterhalb der mechanischen Dichtungsbaugruppe entlang der Welle in die Atmosphäre.

Da eine derartige mechanische Dichtungsbaugruppe bekannt ist, erübrigt sich ihre ausführliche Beschreibung.

Die drehbare Unterbaugruppe 29 der mechanischen Dichtungsbaugruppe weist einen sich nach unten erstreckenden Kragen 61 auf, an dem ein mit der Welle rotierender Flansch 62 angeordnet ist. Etwaiges an den Dichtungsringen 30, 31 vorbeisickerndes öl wird von dem Flansch 62 aufgefangen und nach außen in eine Kammer 63 geschleudert Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, führt eine Leitung 64 das öl aus der Kammer 63 in einen Sammelbehälter 65 ab, aus dem es sich nach Entfernen eines Stopfens 66 abziehen läßt. Auf diese Weise wird verhindert, daß öl nach unten entlang der Welle in die Natriumpumpe fließt
Wie aus Fig.2 hervorgeht, weist die Welle 19 einen unteren Teil 19a, der durch eine Schraube 34 an einem oberen Teil 19/j befestigt ist, wobei die beiden Wellenteile durch einen Keil 35 an einer gegenseitigen Drehung gehindert werden, auf.

Eine Natriumdampfsperre 36 ist zwischen der Welle

ίο 19 und dem Kopf 12 angeordnet, um das Entweichen von Natriumdampf entlang der Welle und durch den Kopf zu verhindern. Die Natriumdampfsperre weist ein stationäres, buchsenförmiges Teil 37, das arr. Kopf 12 angeordnet ist, und ein drehbares, buchsenförmiges Teil 38 auf, das an der Welle 19 angeordnet ist; diese Teile sind vorzugsweise aus austenitischem rostfreien Stahl hergestellt.

Das mit der Welle umlaufende Teil 38 weist einen zylindrischen Abschnitt 39 auf, der auf den Wellenteil 196 aufgepaßt ist. Ein im Durchmesser kleinerer Abschnitt 41 des umlaufenden Teils befindet sich in einer entsprechenden Nut 42 in dem Wellenteil 19a. Das umlaufende Teil ist an dem Wellenteil durch eine Stellschraube 43 gesichert. Der zylindrische Abschnitt 39 weist axial in Abständen angeordnete, nach außen vorstehende und nach unten geneigte Leitflächen in Form von Rippen 44 auf. Diese Rippen sind Drehkörper und haben den gleichen Außendurchmesser; sie sind in axialer Richtung in gleichen Abständen angeordnet und in einem Winkel von ungefähr 30° gegen die Horizontale nach unten geneigt. Das umlaufende Teil 38 weist eine Kappe 45 mit einer horizontalen Oberseite 46 und einem sich nach unten erstreckenden Schurz 47 auf. Die Kappe greift über das stationäre Teil 37 und ist in einem geringen Abstand von diesem angeordnet, so daß sie sich frei und ungehindert drehen und außerdem für den nach außen gerichteten Gasstrom zwischen dem stationären Teil und dem umlaufenden Teil der Metalldampfsperre sorgen kann. Ein O-Ring 48 dichtet das umlaufende Teil gegenüber dem unteren Wellenteil 19a ab. Wie ersichtlich ist, weisen die Rippen eine gleichmäßige Stärke auf.

Das stationäre Teil 37 der Metalldampfsperre ist an den Kopf 12 angeschweißt. Das stationäre Teil ist im allgemeinen zylindrisch ausgebildet. Es weist einen unteren Endabschnitt 49 auf, der den Wellenteil 19a eng umschließt und unter dem Endabschnitt des drehbaren Teils 38 liegt. Der Endabschnitt 49 nimmt das obere Ende eines Rohres 51 auf, das den unteren Teil 19a der Welle umgibt und im Abstand von diesem angeordnet ist, wobei ein Zwischenraum 52 geschaffen wird. Das obere Ende des Rohres 51 ist in einer Ausnehmung in dem Endabschnitt des stationären Teils aufgenommen und in dieser verschweißt. Das stationäre Teil 37 besitzt eine Vielzahl von nach innen ragenden Leitflächen in Form von Rippen 54, die gegenüber den Zwischenräumen zwischen den Rippen 44 und dem umlaufenden Teil angeordnet sind. Die Rippen 54 besitzen im wesentlichen horizontale Bodenflächen 55, zylindrische Innenflächen 56 und nach unten geneigte obere Flächen 57. Die Innendurchmesser der Rippen 54 sind gleich und etwas größer als die Außendurchmesser der Rippen 44 des umlaufenden Teils; dadurch läßt sich das umlaufende Teil in das stationäre Teil ein- und ausbauen.

Im Betrieb wirkt die Natriumdampfsperre 36 als Rücklaufkondensator, für den Natriumdampf, der durch den Zwischenraum 52 zwischen dem Wellenteil 19a und dem Rohr 51 aufsteigt. Dieser Natriumdampf wird in

einer Inertatmosphöre, ζ. B. einer Argonatmosphäre, mitgeführt, wobei das Argon zur Verhinderung einer Oxydation des Natriums bzw. des Natriumdampfes in der Pumpe verwendet wird. Der zwischen dem umlaufenden und dem stationären Teil der Sperre s hindurchströmende Natriumdampf wird durch die Rippen an den beiden Teilen gegen die inneren Flächen der Sperre gelenkt, auf denen der Natriumdampf sich im flüssigen Zustand niederschlägt, wobei die Flüssigkeit entlang den inneren Flächen der Sperre nach unten fließt und durch den Zwischenraum 52 zur Pumpe zurückkehrt.

Obwohl die besondere Form der Rippen 44 und 54 sich etwas abwandeln läßt, sind die inneren Flächen der Metalldampfsperre so in ihrer Neigung auszubilden, daß das gesamte verflüssigte Metall zur Pumpe zurückfließt; vorzugsweise sollten keine das verflüssigte Metall zurückhaltende Aussparungen in der Sperre vorhanden sein. Durch die Form und Anordnung der Rippen 44 wird der Argon- und Natriumdampfstrom im wesentlichen senkrecht auf die oberen Flächen 57 der Rippen 54 gerichtet. Diese Flächen 57 sind die Hauptkondensationsflächen der Metalldampfsperre; sie werden rascher gekühlt als die Rippen 44, da die Wärme von den äußeren Umfangsflächen des stationären Teils 37 nach außen strahlt. Durch die Kondensation des Natriumdampfes und durch die Wärmestrahlung der Metalldampfsperre werden die Kondensationsflächen der Sperre etwas über dem Schmelzpunkt des Natriums, d.h. auf 99,5°C gehalten. Die erfindungsgemäße Metalldampfsperre ist äußerst leistungsfähig und es triti praktisch kein Natriumdampf durch die Metalldampf sperre hindurch. Da ferner der Natriumdampf zu einei Flüssigkeit und nicht zu festem Metall kondensiert, wire das Innere der Sperre nicht mit kondensiertem fester Metall verstopft. Die Drehung der Welle und somit de: umlaufenden Teils 38 der Sperre fördert die hohe Kondensationsleistung. Die Drehbewegung bewirkt daß die Gase auf das stationäre Teil mit höherei Geschwindigkeit auftreffen, als dies der Fall ohne eine derartige Drehung wäre. Die höhere Geschwindigkeil verbessert die Kondensation. Obwohl die Sperre wirksamer ist, wenn das Teil 38 rotiert, ist auch dann eir wirksamer Rücklaufkondensator gegeben, wenn da: Teil 38 stationär bleibt.

Bei der erfindungsgemäßen Metalldampfsperre kanr kein Natriumdampf aus der Pumpe in nennenswerten" Umfang entweichen und als flüssiges oder festes Metal an der Welle und der mechanischen Dichtungsbaugrppe kondensieren.

Obwohl die dargestellte und beschriebene bevorzugte Ausführung der Erfindung anhand der Kondensation von Natriumdampf beschrieben worden ist, kanr selbstverständlich die Metalldampfsperre auch zui Kondensation anderer Metalldämpfe, insbesondere Alkalimetalldämpfe, wie Kaliumdämpfe oder Dämpfe von Natrium-Kalium-Legierungen, die als NAK bekannt sind, verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Metalldampfsperrenanordnung für eine in einem flüssiges, von einem Schutzgas überlagertes Metall enthaltenden Gehäuse angeordnete Flüssigmetall-Kreiselpumpe, die den Durchtritt von Metalldampf entlang der vertikalen Antriebswelle in einem Raum des Gehäuses verhindert, in dem eine mechanische, den Austritt des Schutzgases aus dem Gehäuse verhindernde Dichtung zwischen der Welle und dem Gehäuse angeordnet ist, mit einer konzentrisch zur Antriebswelle angeordneten Metalldampfsperre und einem Metalldampfkondensator, aus dem das Kondensat ins Gehäuse zurückfließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldampfsperre (36) ein dicht auf der Welle angeordnetes und mit dieser drehbares Teil (38) mit äußeren ringförmigen, in axialem Abstand angeordneten und sich schräg abwärts nach außen entgegen der Leckströmurig erstreckenden Rippen (44) aufweist, daß das drehbare Teii (38) von einem stationären Teil (37) mit inneren ringförmigen, in gleichen axialen Abständen wie die Rippen (44) des drehbaren Teils (38) angeordneten Rippen konzentrisch umgeben ist, die schräg abwärts nach innen entgegen der Leckströmung geneigte obere Flächen (57) aufweisen, und daß wenigstens die Rippen (54) des stationären Teils (37) auf einer oberhalb der Schmelztemperatur des Flüssigmetalls liegenden Temperatur haltbar sind, derart, daß auf den schräg abwärts nach innen geneigten oberen Flächen (57) der Rippen (54) der Metalldampf kondensiert und das Kondensat entgegen der Leckströmung in das Gehäuse zurückf ließt..

2. Metalldampfsperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Rippen (44) gegenüber den feststehenden Rippen (54) auf Lücke angeordnet sind.

3. Metalldampfsperre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des umlaufenden Teils (38) als Kappe (45) ausgebildet ist, die das obere Teil des stationären Teils (37) mit Abstand übergreift und umgibt.

4. Metalldampfsperre nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stationäre Teil (37) einen unteren Endabschnitt (49) aufweist, der einen axialen Abstand zum unteren Ende des umlaufenden Teils (38) hat.

5. Metallclampfsperre nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Rippen (44) des umlaufenden Teils (3ίΙ) etwas kleiner als der Innendurchmesser der Rippen (54) des stationären Teils (37) ist.

6. Metallclampfsperre nach einem der Ansprüehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende und das stationäre Teil (38 bzw. 37) aus austenitischem rostfreiem Stahl bestehen.