NL8002476A - Hogedruk-asafdichting. - Google Patents

Description

v ' 80.3073/M/Rey

Korte aanduiding: Hogedruk-asafdichting.

De uitvinding heeft betrekking op een hogedruk-asafdichting voor het voorkomen van ongecontroleerde vloeistoflekkage langs een roterende as, zoals bijvoorbeeld de as van een roterende vloeistof-pomp.

5 Alhoewel de asafdichting volgens de onderhavige uitvinding niet is beperkt tot een bepaald toepassingsgebied is deze afdichting ontwikkeld voor de strenge eisen en extreme omstandigheden bij oorspronkelijke koelpompen voor kerncentrales, waarbij de bekende afdichtingen niet of ternauwernood aan de eisen blijken te voldoen.

10 Een betrouw- en voorspelbare werking van de afdichtingen van de koelpompen van de reactor is essentieel voor de veilige werking en het toepassen van kerncentrales. Het onverwachts uitvallen van de centrale ten gevolge van het slecht functioneren of kapotgaan van de afdichting kan zowel vcor het nutsbedrijf als voor de leverancier 15 van de afdichting zeer duur zijn. Het vervangen van dergelijke afdichtingen is ten gevolge van de straling en de beperkte toegankelijkheid in het reactorgebouw een zeer moeilijk en veeleisend karwei.

De afdichtingen van reactorkoelpompen moeten onder extreme 20 omstandigheden, die niet in andere toepassingsgebieden voorkomen kunnen werken. Terwijl het voortdurend functioneren onder hoge druk en temperatuur op zich zelf belangrijke problemen geeft, zijn de afdichtingen van reactorkoelpompen onderhevig aan sterk wisselende drukken en temperaturen en moeten werken met een wisselende stand 25 van de as.

' De normale werkdruk in een waterdrukreactor bedraagt ongeveer 15.200 kPa terwijl tijdens het opstarten van de centrale de druk wel tot 2050 kPa kan afnemen. Andere afwijkingen van de normale pompwerking ten gevolge van het slecht functioneren of het 30 stukgaan van het hulpsysteem veroorzaken eveneens grote variaties 800 2 4 76 «** - 2 - in de werkdruk van het systeem. De op de afdichting werkende druk kan zodoende in een groot gebied variëren.

Het zelfde treedt op met betrekking tot de temperatuur.

De normale werktemperatuur van het water in het reactor-koelsysteem 5 bedraagt ongeveer 315°C. Onder normale werkomstandigheden worden de asafdichtingen gekoeld en worden door het toevoeren van water van een hulphogedruk-injectiesysteem druktrappen gevormd. De nominale temperatuur van het water dat het gebied van de afdichting binnenkomt bedraagt 30°C. Bij het slecht functioneren of het stukgaan van 10 het injectiesysteem, wordt het water in de holte van de afdichting vervangen door water uit het reactor-koelsysteem. Daar dit water uitzonderlijk heet is, moet het voordat het in het gebied van de afdichting komt worden gekoeld in de warmtewisselaar van de pomp. Gedurende deze wijze van werken is de temperatuur van het water in 15 het gebied van de afdichting afhankelijk van de totale stroom uit de afdichtingen (lekkage plus de toegevoerde stroom) en van de eigenschappen van de warmtewisselaar. De temperaturen die worden bereikt en de mate waarin zij gedurende een bepaalde storing in het injectiesysteem veranderen kunnen zodoende zeer sterk variëren.

20 Een vertikale reactorkoelpomp is voorzien van een as die wordt ondersteund door drie lagers, waarvan twee lagers zich in de motor aan het bovenste uiteinde van de as en een lager zich in de pomp net boven de centrifugaalwaaier bevindt. Tijdens het bedrijf wordt de as ten gevolge van de niet uitgebalanceerde radiale 25 belasting op de waaier, hetgeen een onvermijdelijke eigenschap van een centrifugaalpomp is, tussen het pomplager en de motorlagers gebogen. Tijdens de werking wordt de as tevens in vertikale richting (axiaal) verplaatst ten gevolge van druk op het uiteinde van de as (drukbelasting) en ten gevolge van thermische expansie. De 30 grootte en de mate van de verplaatsing hangen af van de werkomstandigheden van het systeem (temperatuur, druk, volumestroora).

De maximale verplaatsing (de radiale uitbuiging) treedt op bij de 800 2 4 76 V- - 3 - plaats waar de afdichtelementen zijn aangebracht. Daar de conventionele afdichtingen nauwelijks blijken te kunnen voldoen aan de extreme en wisselende werkomstandigheden die in reactorkoelpompen optreden, beoogt de uitvinding een verbeterde hogedruk-asafdichting 5 te verschaffen die on-der de beschreven normale en wisselende omstandigheden doelmatig kan functioneren. Tevens beoogt de uitvinding een afdichting te verschaffen die een langere levensduur heeft dan de conventionele afdichtingen, en een meer voorspelbare werking heeft met een grotere betrouwbaarheid en duurzaamheid, 10 en welke afdichting gemakkelijker en sneller in de inrichting kan worden gemonteerd.

De uitvinding gaat uit van een asafdichting van het type dat is voorzien van een niet-roterende afdichtring en een roterende afdichtring die via een eindvlak met elkaar in contact staan, 15 welke asafdichting zich onderscheidt door een achter !4n van de genoemde afdichtringen geplaatste draagring, op de afdichtring en op de draagring aangebrachte naar elkaar toe gerichte afdicht-vlakken, een ringvormig uitstekend deel op een van de tégenover elkaar gelegen vlakken, welk deel in verbinding staat met het 20 tegenover liggen da vlak voor het ondersteunen van de afdichtring op de draagring, een achter de draagring aangebrachte ringvormige steun, waarbij de ringvormige steun en de draagring elk zijn voorzien van tegenover elkaar gelegen afdichtvlakken en op een van dewfuervoor genoemde afdichtvlakken aangebracht ringvormig 25 uitstekend deel dat in aanraking staat met het tegenover liggende afdichtvlak voor het ondersteunen van de draagring op de ringvormige steun, welke ringvormige uitstekende delen zodanige diameters hebben dat er normaliter geen ongebalanceerde krachten op de draagring werken.

30 Volgens de uitvinding omvat de afdichting een afdicht- ringhouder voor de niet-roterende afdichtring, een stationaire pakkingsbus, en een aantal axiale drukveren die tussen de houder 800 24 76 - 4 - en de pakkingsbus zijn samengedrukt teneinde de niet-roterende afdichtring tegen de roterende afdichtring te drukken, waarbij de lengte en de vorm van de afdichtringhouder voldoende groot is om de niet-roterende afdichtring in contact te houden met de 5 roterende afdichtring en de axiale verplaatsing van de as waaraan de ringvormige steun is bevestigd kan volgen.

De oorspronkelijke constructie waarop de hier beschreven uitvinding is gebaseerd is die van de "Gebalanceerde Mechanische Vlakafdichting", waarin alle geometrische "gebalanceerde" gebieden 10 (diameters) op de "zwevende" niet-roterende delen (stator) zijn aangebracht. Deze constructie (gebalanceerde stator) is een van de vier "basis" vormen van de gebalanceerde mechanische vlakafdichtingen die heden in de praktijk in gebruik zijn.

Een dergelijke constructie is voor déze toepassing (af-15 dichting voor een reactor-koelpomp gekozen) daar deze constructie de eigenschap heeft het kantelen van de as van de pomp toe te laten (indien deze bewegingsvrijheid heeft) zonder dat de "zwevende" stator en de secundaire afdichting een axiale cyclische beweging maken ten opzichte van de secundaire afdichtbus. De veerkrachtige 20 0-ringen van de secundaire afdichting en de secundaire afdicht-bussen staan in deze constructie niet bloot aan axiale slijtage zoals in de bekende "zwevende" rotorafdichtingen. De constructie met de gebalanceerde statorafdichting biedt tevens de mogdijkheid een constant geometrisch evenwicht te handhaven indien een afdicht-25 vlak radiaal wordt verplaatst ten opzichte van het andere ten gevolge van het kantelen van de as of wanneer de as in radiale richting niet goed is uitgelijnd ten opzichte van het pomphuis.

Het belangrijkste kenmerk van de afdichting volgens de onderhavige uitvinding is de wijze waarop de roterende afdichtring 30 (wolfraamcarbide) is gemonteerd op en afgezonderd van de afdichtbus (roestvrijstaal). De roterende afdichtring wordt ondersteund op en afgezonderd van de afdichtbus door het toepassen van een tussen- 800 24 76 τ 5 - τ draagring en een niet-afdichtende O-ring in de binnendiameter. Alhoewel de draagring dunner is dan de roterende afdichtring heeft deze dezelfde radiale afmetingen en materiaal eigenschappen, zodat de beide ringen dezelfde vormstijfheid en radiale uitzettings-5 verhoudingen hebben.

Ten gevolge van het verschil in de toegepaste materialen zet de bus echter niet in dezelfde mate uit als deze ringen, zodat in het scheidingsvlak tussen de bus en de draagring tijdens temperatuur en drukwisselingen een radiale wrijvingskracht ontstaat. 10 Deze radiale kracht op de draagring onderwerpt de ring aan een ongebalanceerd moment waardoor de ring lichtelijk uitwijkt of draait. Daar de roterende afdichtring echter wordt ondersteund op een smalle neus (ringvormig uitstekend deel) heeft de resulterende uitwijking van de draagring tijdens de overgangsomstandigheden 15 een onbetekenend effect op het uitwijken van de roterende afdichtring·

De tussen de bus en de binnendiameters van zowel de roterende als de draagringen aangebrachte CUringen, centreren deze ringen op de bus en laten een brede radiale speling tussen 20 de ringen en de bus vrij voor het tijdens temperatuurwisselingen opnemen van het verschil in thermische uitzetting.

De afdichting volgens de onderhavige uitvinding kan zich in tegenstelling tot de bekende eindvlak-afdichtingen tijdens het bedrijf aanpassen aan grote veranderingen in de axiale stand 25 van de as. Deze eigenschap maakt het mogelijk dat de afdichting wordt "ingesteld" met een zeer grote vrije ruimte teneinde de afdichting tijdens de axiale verplaatsing van de as.tegen stoten te beschermen en maakt het tevens mogelijk dat de afdichtconstruc-tie grote verplaatsingen van. de as toelaat wanneer de askoppeling 30 wordt verwijderd voor onderhoud-werkzaamheden aan de pomp of aan de motor. De totaal toelaatbare axiale verplaatsing in deze afdichting zonder dat het contact tussen de afdichtvlakken 800 24 76 - 6 - verloren gaat bedraagt twee centimeter.

Daar de stator het "zwevende" element van de afdicht*· constructie vormt, moet rotatie om de hartlijn van de as worden voorkomen. Dit wordt bereikt door middel van een enkele anti-5 rotatienok die direkt ter hoogte van de secundaire afdichting is geplaatst. Een enkele nok bij de secundaire afdichting optimaliseert de belasting op de stator en geeft de afdichtvlakken (radiale) bewegingsvrijheid om zich aan te passen aan het kantelen van de as.

10 Volgens de uitvinding is de afdichting voorzien van drie identieke afdichttrappen die als een enkele eenheid zijn samengevoegd voor een snelle en gemakkelijke montage in een reactor-koelpomp.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de 15 tekening. ·

Fig, 1 toont een schematisch aanzicht van een reactor koelpomp met motor waarin de afdichting volgens de uitvinding kan worden toegepast.

Fig. 2 toont het probleem bij het kantelen van de as 20 in een bekende afdichting waarin de "zwevende" afdichting en de secundaire afdichting zich op de rotor bevinden en met de afdicht-bus en de as roteren, waarbij de kantelhoek van de as en de schaal terwille van de duidelijkheid zijn overdreven.

Fig. 3 toont de uitwijking van de as, berekend voor een 25 reactor koelpomp met drie lagers volgens Fig. 1, bij nominale werkomstandigheden ten opzichte van de hartlijn van de pomp.

Fig. 4 toont een vertikale doorsnede van de drie-traps-afdichtconstructie met de afdichting volgens de uitvinding gemonteerd in een reactor koelpomp.

30 Fig. 5 toont op vergrote schaal een doorsnede van één van de afdichttrappen volgens Fig. 4, waarbij de as in het middelste 800 2 4 76 V» - 7 - gedeelte is onderbroken.

Fig. 6 toont schematisch de radiale wrijvingskracht op het scheidingsvlak van de ondersteuningsneus tussen de draagring en de bus en het resulterende koppel dat op de draagring van de roterende 5 afdichtconstructie volgens Fig. 5 werkt.

Fig. 7 toont op vergrote schaal een doorsnede van de afdichtbus en de roterende afdichtconstructie uit Fig. 5.

Fig. 8 toont een gedeeltelijk perspectivisch aanzicht van een gedeelte van de inwendige filterconstructie uit Fig. 4.

10 In Fig· 1 is de mechanische constructie van een reactor- koelpomp weergegeven. Een waaier 10 van de pomp die een grote capaciteit heeft, is op het onderste uiteinde van een vertikaie pompas 11 met een grote diameter gemonteerd, welke as via een motoras 12 en een koppeling 13 die de motoras 12 stijf met 15 de pompas 11 verbindt/aangedreven door een motor 9. De koppeling 13 is zo lang dat de afdichtconstructie die als een enkele unit in het afdichtgebied 20 is aangebracht kan worden verwijderd.

De assen, de waaier en de koppeling worden ondersteund door een dubbelwerkend druklager 14, een bovenste motorlager 15, 20 een onderste motorlager 16 en door een met water gesmeerd pomp-lager 17 dat net boven de stromingsbeperkende naaf 18 en de waaier 10 is gelegen. De motor 9 wordt ondersteund door een voetstuk 19 dat door middel van een pakkingsbus 22 aan de pomp 21 is bevestigd.

25 In het met het verwijzingscijfer 20 aangegeven afdicht gebied binnen de pakkingsbus 22 wordt injectiewater 23.in de afdichtconstructie toegevoerd, dat zowel dient voor het koelen als voor het vormen van druktrappen in de afdichting. Tijdens de normale werking waarbij het voedingssysteem voor injectiewater 23 30 functioneert, wordt het injectiewater 23 voordat het de pakkingsbus 22 binnenkomt gemengd met de recirculatiestroom 25 van de warmtewisselaar 24. De recirculatiestroom 25 wordt door middel van 80024 76 - 8 - een kleine axiale pomp 26 die boven het pomplager 17 op de pompas 11 is gemonteerd rondgepompt door de warmtewisselaar 24 en het pomplager 17.

Tijdens het normale bedrijf stroomt tevens een deel van 5 de injectiestroom 23 door de stromingsbeperkende naaf 18, die tossen het pomplager 17 en de waaier 10 is geplaatst in de reactor koelpomp 21. Dit deel van het injectiewater voorkomt dat het hete reactor koelmiddel 27 via de stromingsbeperkende naaf 18 in de pakkingsbus 22 en het afdichtgebied 20 stroomt.

10 Een ander deel van het injectiewater 23 stroomt door het afdichtgebied 20 en verlaat de pakkingsbus 22 via de returnleiding 28, en indien de bovenste afdichttrap lekt, verlaat een deel van dit water de pakkingsbus via de returnleiding 29 voor lekvloeistof.

Het kantelen van de as in een reactor-koelpomp wordt sterk 15 beïnvloed door het ontwerp en de voor de onderhavige afdichting gekozen basisafdichtvorm. Teneinde de invloed op de werking van de afdichting goed te begrijpen volgt een toelichting van de oorzaak en de mate van kantelen van de as.

Tijdens de werking van de pomp ontstaat op de waaier 10 20 een niet-gebalanceerde radiale belasting (een onvermijdelijke eigenschap van de meeste pompen) waardoor de as zoals weergegeven in Fig. 3 buigt. Hierdoor wordt de as 11 niet alleen radiaal in het afgedichte gebied 20 verplaatst, maar wordt tevens gekanteld zoals overdreven in Fig. 2 en 3 is weergegeven. De kantelhoek is 25 in Fig. 2 aangegeven met 35 waarbij het duidelijk zal zijn dat deze hoek in beide richtingen langs de as in grootte varieert, zoals grafisch is weergegeven in-Fig. 3.

In Fig. 3 geeft de lijn A de uitwijking weer van de as 11 tijdens de normale werking, waarbij de coördinaten B en C resp. de 30 radiale verplaatsing van de hartlijn van de as in mm en de plaats op de as in meters weergeven. De lijnen D tot I geven longitudinaal 800 24 76 * - 9 - van de as de positie van de verschillende componenten van de pomp aan, waarbij D de plaats van het motoriager 15, E de plaats van het motoriager 16, F de plaats van de onderste koppelflens, G de plaats van de bovenste afdichting, H de plaats van het pomplager 5 17, en I de plaats van de waaier aangeeft waar de radiale belas ting op de as A aangrijpt.

De in Fig. 2 weergegeven "zwevende" rotorafdicht-constructie werd toegepast bij de bekende in reactor-koelpompen aangebrachte afdichtingen en is niet langer aan te bevelen bij pompen waarvan 10 de as een grote diameter heeft en die werkt met een as die in de in Fig. 3 weergegeven mate kantelt. Ten gevolge van de kantelhoek 35 glijdt in deze bekende afdichting de secundaire afdichtbus 38 axiaal in de roterende secundaire afdichting 37, die wordt vastgehouden door een roterende afdichtring 36 en zodoende niet samen 15 met de secundaire afdichtbus 38 kan kantelen. Deze glijdende beweging komt cyclisch, eenmaal per omwenteling van de as 11 voor, en treedt op ten gevolge van drie in deze bekende constructie aanwezige factoren.

De eerste factor is dat de roterende afdichtring 36 door 20 niet weergegeven veren naar boven wordt gedrukt, totdat de ring in aanraking komt met het stationaire afdichtvlak 30, waarbij zijn draaiingsas samenvalt met of evenwijdig loopt aan de hartlijn van de pomp, en niet kan kantelen om de rotatieas te laten samenvallen met de gekantelde hartlijn van de secundaire afdichtbus 38.

25 De tweede factor is dat de door pennen 39 aangedreven roterende afdichtring 36 met de as meedraait. De derde factor is dat de as 11 en de stijf aan de as 11 bevestigde secundaire afdichtbus 38 door het afdichtgebied lopen met een hoek 35. Deze hoek 35 is in Fig. 2 getekend tussen de hartlijn 11A van de as en de hartlijn 30 118 van de pomp. De hartlijn van de roterende afdichtring 36 loopt evenwijdig aan de hartlijn van de pomp zodat de hoek 35 8ÖT2T76 * - 10 - altijd tussen de roterende afdichtring 36 en de as 11 aanwezig is.

Deze hoekverplaatsing is er de oorzaak van dat de secundaire afdichting 37 met dezelfde hoek 35 schuin ten opzichte van de as 11 komt te staan (zie Fig. 2). Wanneer de as 11 en de 5 roterende afdichtring 36 een complete omwenteling maken, wordt de secundaire afdichting 37 ten opzichte van de secundaire afdicht-bus 38 verplaatst van punt 40 tot punt 41 en vervolgens terug naar het punt 40 op de aanrakingszSne 42 (het kruislings gearceerde gebied) van de bus 38.

10 De grootte van de aanrakingszSne 42 die het gebied bepaalt waarin de secundaire afdichting 37 over de bus 38 glijdt, is afhankelijk van de kantelhoek 35 van de as en de diameter 43 van de bus. (Hoe groter de diameter 43, of hoe groter de kantelhoek 35 des te groter de afstand tussen de punten 40 en 41 op de bus 38).

15 Het hierboven beschreven cyclisch glijden is er eventueel de oorzaak van dat de secundaire afdichting 37 of de secundaire afdichtbus 38 in de aanrakingszSne 42 slijt, wat gewoonlijk resulteert in het stukgaan van de afdichting.

De hierna te beschrijven gebalanceerde stator afdichting 20 volgens de uitvinding wordt ten gevolge van de eigenschappen van de constructie echter niet beïnvloed door het kantelen van de as, in welke constructie de hartlijn van éen "zwevende" stator onafhankelijk van de stand van de as evenwijdig met de hartlijn van de as blijft.

25 Hier volgt een beschrijving van de drietraps afdicht- constructie zoals weergegeven in de Fig. 4 en 5. Eerst zuilen de roterende elementen worden beschreven.

Op de as 11 zijn onder elkaar een aandrijfbus 50, een bovenste afdichtbus 51, een middelste afdichtbus 52 en een onder-30 ste afdichtbus 53 gemonteerd, De drie afdichttrappen zijn in hoofdzaak identiek aan elkaar.

800 24 76 - 11 -

Het bovenste uiteinde van de aandrijfbus 50 is met de as verbonden door middel van een moer 54 op de bus en een moer 55 op de as, welke twee moeren door middel van schroeven 56 met elkaar zijn verbonden. De relatieve verdraaiing tussen de bus 50 5 en de as 11 wordt voorkomen door een in de as en de bus aangebrachte spie 57.

Het bovenste uiteinde van de bovenste afdichtbus 51 is met het onderste uiteinde van de aandrijfbus 50 verbonden door middel van een koppelring 60, een klemring 61 en een aantal 10 schroeven 62. Het bovenste uiteinde van de middelste afdichtbus 52 is aan het onderste einde van de bus 51 bevestigd door middel van een paar radiale aandrijfpennen 65 die vanaf de binnenkant van de bussen door in de beide bussen 51 en 52 aangebrachte gaten zijn gestoken. Het bovenste uiteinde van de onderste afdichtbus 15 53 is op dezelfde wijze verbonden met het onderste uiteinde van de bus 52. De vier bussen 50, 51, 52 en 53 worden zodoende door middel van de spie 57 en de pennen 65 gedwongen met de as 11 mee te draaien. Statische 0-ringen 66 die tussen de as 11 en de resp. afdichtbussen 51, 52 en 53 zijn geplaatst dichten de druk nabij 20 de inwendige diameter van de afdichtconstructie af.

Het onderste uiteinde van elke afdichtbus 51, 52 en 53 is voorzien van een radiale flens 71 die een ringvormige steun verschaft en een verhoogd ringvormige uitstekend deel 72 bevat, waarop een roterende draagring 75 rust. Op de draagring 75 25 rust via een verhoogd ringvormig deel 77 een roterende afdichbdng 76. Axiale pennen 78 verbinden de drie delen 51 (tevens 52 en 53), 75 en 76 losjes met elkaar, teneinde een relatieve verdraaiing tussen deze delen te voorkomen. De tussen de roterende afdicht-ring 76, de draagring 75 en om de buitendiameter van de verhoogde 30 ringvormige delen 72 en 77 op de flens 71 van de bus geplaatste 0-ringen 67 en 68, zijn afdichtringen, terwijl de 0-ringen 80 en 81 worden gebruikt om de roterende a'fdichtring 76 en de draagring 800 2 4 76 * - 12 - 75 op de bussen 51, 52 en 53 te centreren.

Aan de hand van de Fig. 4 en 5 volgt een beschrijving van de niet-roterende elementen van de drietraps afdichtconstructie. Alle niet-roterende elementen zijn opgesloten in een houder 82 5 die in de pakkingsbus 22 is aangebracht, door middel van een opsluitstuk 83 van de pakkingsbus en een gespleten drukring 84. Zoals blijkt uit de tekening wordt de drukring 84 door middel van een klemring 85 en schroeven 86 op zijn plaats gehouden. Het opsluitstuk 83 van de pakkingsbus is noodzakelijk om de pakkings-10 bus 22 van reeds in bedrijf zijnde pompen aan te kunnen passen voor de nieuwe drietraps gebalanceerde statorafdichtingsconstruc-tie. Het opsluitstuk 83 van de pakkingsbus is vastgezet door een aantal tapeinden 87 en moeren. In het bovenste uiteinde van de houder 82 is in een bovenste drukring 91 door middel van een 15 klemring 93 een secundaire afdichtbus 90 aangebracht· Zoals blijkt uit Fig. 5 is een stationaire afdichtringhouder 95 met een secundaire 0-ring 88 en een opsluitring 89 op de secundaire afdichtbus 90 gemonteerd en gecentreerd.

De houder 95 verschaft de noodzakelijle ondersteuning voor 20 de stationaire afdichizing 96 met de lage modulus (koolstof), en dient om deze ring te vrijwaren van uitwijkingen of verdraaiingen die in de aangrenzende stationaire delen optreden. De vormgeving van de houder is beïnvloed door het ontwerp-vereiste dat de houder twee centimeter in axiale richting langs de secun-25 daire afdichtring 90 moet kunnen bewegen en in een bepaalde mate ten opzichte hiervan moet kunnen kantelen.

De betreffende secundaire afdichting bevat een 0-ring 88 en een anti-extrusie steunring 89. Hoewel de opsluitring 89 tijdens de normale werking niet vereist is heeft deze tot doel 30 extrusie van de 0-ring 88 te voorkomen in het geval één afdichting van deze drietraps afdichtingsconstructie aan de volledige systeemdruk wordt onderworpen. De secundaire afdichting 88 en 89 800 24 76 % - 13 - is opgenomen in de "zwevende" houder 95 in plaats van in de bus 90 teneinde te verzekeren dat.de door de druk veroorzaakte belastingsverdeling op de houder niet verandert (geen wisseling van het aanrakingsgebied) daar de houder de axiale verplaatsing 5 van de as volgt. Veranderingen in de drukbelasting op de houder 95 zouden de uitwijking van de houder 95 en uiteindelijk de afdichtspleet tussen de stationaire en de roterende afdichtringen 96 en 76 beïnvloeden.

Voor het vermijden van wisselingen in de drukverdeling 10 op de houder 95 en de stationaire afdichting' 96 in het gebied (holte) achter de 0-ring 103 ten gevolge van een mogelijke toename van de druk in dit gebied door lekkage van de 0-ring 103 of door de porositeit van de stationaire afdichting 96, is de lage drukzijde van de afdichting voorzien van een luchtgat 97.

15 Borgringen 101 en 102 houden de 0-ring 103 en de stationaire afdichtring 96 in de stationaire afdichtringhouder 95.

De 0-ring 103 is tussen de stationaire afdichtring 96 en de houder 95 geplaatst^ Tussen de stationaire drukring 91 en de secundaire afdichtbus 90 is een 0-ring 104 aangebracht. De 0-ringen 103, 88 20 en 104 en de opsluitring 89 verschaffen een statische afdichting tussen de hoge en lage drukzijde van elke afdichttrap.

De hierboven genoemde verschillende 0-ringen zijn ringen met een massieve doorsnede en met veerkrachtige mechanische eigenschappen, welke ringen niet van metaal zijn maar van een 25 elastoraerisch materiaal en een vierkante, ronde of X-vormige dwarsdoorsnede hebben, welke doorsnede negen mm of kleiner is.

Tijdens de werking van de afdichting wordt langs de omtrek een wrijvingskracht opgewekt bij de afdichtspleet tussen de stationaire en de roterende afdichtringen 96 en 76, Deze 30 kracht (torsie) wordt door de wrijving tussen de houder 95 en de afdichtring 96 op hun scheidingsvlak 105 en via de 0-ring 103 over- 800 24 76

V

- 14 - gebracht op de houder. Bij gevolg zijn anti-rotatie middelen zoals die in de bekende afdichtingen worden toegepast in deze constructie niet nodig teneinde het verdraaien van de stationaire afdichting te voorkomen. De grootte van de wrijvingsbelasting langs de orotrek B is afhankelijk van de normale belasting op het scheidingsvlak en van de wrijvingscoëfficiënten van de afdichtmaterialen en de wrijvingseigenschappen van de visceuze laag tussen de roterende en stationaire afdichtvlakken. Het voorkomen van rotatie door middel ven wrijving heeft het voordeel dat de afdichtring niet 10 wordt onderbroken door de gebruikelijke sleuven en gaten die noodzakelijk zijn bij aandrijfspieën of pennen, zodat een symmetrische drukverdeling of asymmetrische delen wordt verkregen.

Het roteren van de houder wordt tegengehouden door een enkele op de houder 95 aangebrachte anti-rotatienok 107 die in een 15 axiale sleuf 108 van de aangrenzende drukring 91 steekt. De anti-rotatienok 107 is ter hoogte van de secundaire afdichting 88 en 89 geplaatst, teneinde het optredende longitudinale koppel tussen de nok en de secundaire afdichting op de houder te vermijden, welk koppel zou ontstaan indien de nok elders zou zijn geplaatst, en 20 waarbij zodoende reactiekrachten op de afdichtvlakken worden geëlimineerd.

Axiale drukveren 109 drukken de stationaire afdichtring-houder 95 en de stationaire afdichtring 96 naar de roterende afdichtring en verzekeren zodoende het onderlinge contact tussen 25 de afdichtvlakken. Daar de onderhavige afdichtconstructie zodanig is uitgevoerd, dat de as een totale verplaatsing van twee centimeter kan uitvoeren, hebben de veren 109 zodanige afmetingen, dat ze over dit gehele gebied een doeltreffende druk verschaffen. Hier* toe is het noodzakelijk om een zo lang mogelijke veer (vrije 30 lengte) toe te passen met een zeer kleine veerconstante.

De middelste afdichttrap rondom de bus 52 en de onderste 800 24 76 - 1 5 - afdichttrap rondom de bus 53 bevatten dezelfde onderdelen als de zojuist beschreven bovenste afdichttrap.

Hierna volgt een beschrijving van het afdichtsysteem met druktrappen.

5 De inlaatstroom 122 in Fig. 1, die tevens onderaan in

Fig. 4 is weergegeven, komt in aanraking met en koelt de resp. roterende en stationaire afdichtringen 75, 76 en 96, in de drie afdichttrappen. Nadat de stroom een inwendig filter IIGjp dat een integraal deel van de afdichtconstructie vormt, is gepasseerd, 10 loopt de koelende of druktrapstroom via inwendige spiralen 112, 113 door de middelste en de bovenste afdichttrappen en naar het terugvoersysteem via een uitwendige spiraal 111 die de druk in de terugvoerstroom reduceert tot de druk van het terugvoersysteem of tot de atmosferische druk.

15 Het aan de onderzijde van Fig. 4 en in details Xu Fig. 8 weergegeven inwendige filter 110 dient ter voorkoming dat eventueel in het water aanwezige gruis, de spiralen 112, 113 en 111 verstopt. In de onderhavige constructie bestaat het filter 110 uit een geperforeerde metalen plaat 115, die in een ring is gebogen 20 en aan een drukopnemende draagring 116 is gelast, welke draagring het gehele oppervlak van de geperforeerde plaat toegankelijk houdt i voor de koelvloeistof. De ring 116 heeft grote openingen 117. In de details van de constructie van het filter 110 zijn verschillende wijzigingen mogelijk.

25 De spiralen 112, 113 en 111 verschaffen de noodzakelijke weerstand om de koelmiddelstroom bij de normale werking in de gewenste mate te beperken en om de systeemdruk gelijkmatig over elke afdichttrap te reduceren. Het gebruik van inwendige spiralen in de onderste en de middelste afdichttrap de resp. spiralen 30 112 en 113, minimaliseren het doordringen in de pakkingsbus en verschaffen een buffereffect met betrekking tot de temperatuur- 200 24 76 ie - 16 - overgangen· (De spiralen die zowel aan de uitwendige als aan de inwendige stroom bloot staan functioneren als warmtewisselaars).

Onder de normale werkomstandigheden wordt elke afdicht-trap op een in hoofdzaak constante temperatuur gehouden teneinde 5 vervorming van de afdichtring ten gevolge van de temperatuurwisselingen te voorkomen. Indien het injectiesysteem echter uitvalt staat de afdichtconstructie door het uitvallen van de injectie-stroom 23 ten gevolge van de hete waterstroom die van de reactor-koelpompleiding via de stromingsbeperkende naaf 18 in de pakkings-10 bus stroomt bloot aan hogere temperaturen. Zoals zal worden toegelicht is de afdichtconstructie ontworpen om onder dergelijke abnormale omstandigheden te kunnen functioneren.

Een van de meest belangrijke kenmerken van de afdichtconstructie met betrekking tot het reduceren van de invloe'd van 15 de temperatuur- en drukwisselingen op het uitwijken van het afdichtvlak is de wijze waarop de roterende afdichtring 76 wordt ondersteund en gescheiden wordt gehouden van elk van de afdicht-bussen 51, 52 en 53. Zoals blijkt uit Fig. 5 en in detail uit Fig. 7 is de roterende afdichtring 76 gescheiden van de radiale 20 flens 71 van de afdichtbus via een hier tussen aangebrachte draagring 75 en is gescheiden van en gecentreerd op de afdichtbus 51 door middel van een niet-afdichtende 0-ring 81. Een niet-afdichtende 0-ring 80 centreert en isoleert op dezelfde wijze de draagring 75 op de afdichtbus 51.

25 Voor het verkleinen van de invloed van de temperatuur- en drukwisselingen werkt de draagring 75 in principe als volgt: Tijdens een toename van de warmte-stroom zet de bus 51 en de radiale flens 71 in grotere mate uit dan de hardmetalen draagring 75. Deze relatieve verplaatsing langs het radiale scheidingsvlak 30 veroorzaakt een wrijvingskracht (Ff) tussen de radiale flens 71 en de draagring 75 die een niet-gebalanceerd koppel (Mf) in de B00 2 4 76 - 17 - draagring teweeg brengt (zie Fig· 6) waardoor de draagring, zoals weergegeven in Fig. 7 lichtelijk uitwijkt. De grootte van deze uitwijking die is aangegeven met de hoek 125, is een functie van het kwadraat van de dikte van de ring. De dikte van de ring kan 5 zodoende worden geoptimaliseerd voor het regelen van deze uitwijking. Een afnemende warmtestroom heeft het tegenover gestelde effect zodat de draagring in een richting wordt gedraaid die tegengesteld is aan de in Fig. 7 weergegeven richting.

Daar de draagring 75 en de roterende afdichtring 76 echter 70 dezelfde uitzettingscoëfficient hebben (in dit geval zijn de materialen gelijk) en de beide ringen 75 en 76 aan dezelfde temperatuur van de druktrap vormende koelstroom worden blootgesteld, zetten zij in hoofdzaak in dezelfde mate uit. Hierdoor wordt een radiale wrijvingskracht op hun scheidingsvlak vermeden. Daar tevens 15 de elasticiteitsmodulus en de radiale afmetingen van de beide ringen 75 en 76 gelijk zijn, is de vormverandering ten gevolge van druk hetzelfde.

Indien de draagring 75 niet zou worden toegepast, dan zou de roterende afdichtring 76 op dezelfde wijze worden gekanteld als 20 de in Fig. 7 weergegeven draagring 75 en zouden niet acceptabele afwijkingen van het afdichtvlak optreden. In de onderhavige constructie staat de roterende afdichtring 76 echter alleen bloot aan een geringe wisseling van het aangrijppunt van de reactie-kracht (Fn) vanuit het nominale drukmiddelpunt (diameter DRMS) op 25 het ringvormige uitstekende deel 77 en de ten gevolge hiervan veranderde afwijking is zodoende onbetekenend. Dit zou tevens het geval zijn in het onwaarschijnlijke in Fig. 7 weergegeven geval, als de gehele reactiekracht (Fn) is verschoven naar de rand van het ringvormige uitstekende deel 77 (lijncontact op de 30 buitendiameter) ten gevolge van de.geringe breedte van het ringvormige deel 77.

De breedte en de plaatsing van het deel 77 op de 800 24 76 - 18 - roterende ring 76 is zodanig dat een optimale steun en een minimale uitwijking van de roterende ring 76 wordt verkregen. De dwarsdoorsnede (vorm) van de roterende ring 76 is als een vrij lichaam "uitgebalanceerd" voor de belasting en heeft een draaimoment nul.

5 De draagring 75 is zo dun mogelijk gemaakt zonder dat er tijdens de wisselingen uitzonderlijke afwijkingen kunnen optreden. ( De totale axiale lengte van de afdichting volgens de uitvinding moet passen in de ruimte tussen de assen van de pomp en de motor, resp.

11 en 12, wanneer de koppeling 13 wordt verwijderd. Hiertoe moet 10 de lengte van de afdichting zo klein mogelijk zijn en alle onderdelen van de afdichting zo dun mogelijk zijn).

De draagring 75 is op dezelfde wijze door middel van een smalle neus of ringvormig deel 72 ondersteund op de radiale flens 71. De radiale flens 71 is voorzien van een ringvormig steunopper-15 vlak voor de draagring 75.

J De ringvormige uitstekende delen 72 en 77 ‘zijn concen trisch met de hartlijnen van de bussen 51, 52 en 53 en hebben gelijke inwendige en uitwendige diameters. Deze diameters zijn gelijk teneinde de draagring 75 coaxiaal te belasten zonder dat 20 hier gedurende de continue werking koppels op worden uitgeoefend.

De breedte van deze ringvormige uitstekende delen 72 en 77 is zo smal mogelijk teneinde de axiale reactiekracht op te nemen zonder dat een te grote drukkracht op het materiaal wordt uitgeoefend. In de onderhavige bij voorkeur toegepaste uitvoeringsvorm is de 25 breedte van de uitstekende delen 72 en 77 niet groter dan een vijfde deel van de radiale breedte van de afdichtring 76.

Zoals hiervoor is opgemerkt worden vier 0-ringen 80, 81, 67 en 68 gebruikt voor het monteren van de roterende afdichtring 76. Twee van deze 0-ringen, 67 en 68 zijn op de tegenover elkaar 30 gelegen vlakken van de roterende draagring 75 geplaatst, welke 0-ringen de statische afdichting verschaffen tussen de hoge druk- 800 24 76 ï - 19 - ► en de lage drukzijde van de afdichting. De resterende O-ringen 80 en 81 die geen afdichtende werking hebben zijn tussen de afdichtbus 51, 52 en 53 en resp. de roterende draagring 75 en de roterende afdichtring 76 geplaatst, teneinde deze ringen concen-5 trisch om de bus te houden. Deze centreer 0-ringen zijn noodzake-lijk omdat tussen de roterende ringen 75 en 76 en de bus 51 speling aanwezig is. Deze speling is aangebracht om het eventueel breken van de roterende ringen 75 en 76 door mogelijke beschadigingen in hun boorgaten tijdens extreme temperatuurwisselingen 10 te voorkomen. (Bussen en roterende ringen hebben verschillende uitzettingscoëfficiënten).

In de details van de constructie en de opstelling van de onderdelen kunnen verschillende veranderingen worden aangebracht, zoals het aanbrengen van de tweede draagring 75 tussen 15 het scheidingsvlak 105 van de houder 95 en de stationaire afdichtring 96, welke tweede draagring op de ringvormige uitstekende delen van resp. de houder en de stationaire afdichtring wordt geplaatst, welke uitstekende delen gelijk zijn aan de hiervoor genoemde uitstekende delen 72 en 77. Tevens is het mogelijk dat elk van de 20 afdichtringen (stationaire afdichtring 96, roterende afdichtring 76 en de draagring 75) wordt gecentreerd door niet-afdichtende 0-ringen of dergeiijke tussen de buitendiameter van één of van al deze ringen (96, 76, 75) en een hierom aangebrachte houder te plaatsen. AL deze wijzigingen vallen binnen het kader van de 25 onderhavige uitvinding.

-conclusies- 800 24 76

Claims (11)

1. 3 - 20 -
2. 1. Asafdichting omvattende een niet-roterende afdichtring en een roterende afdichtring, die via een eindvlak tegen elkaar aan staan, gekenmerkt door een achter één van de afdicht-ringen (76) aangebrachte draagring (75), een op de afdichtring (76) 5 en op de draagring (75) aangebracht afdichtvlak, welke vlakken naar elkaar toe zijn gericht, een op één van de naar elkaar toe gerichte vlakken aangebracht ringvormig deel (77) dat in aanraking staat met het tegenover liggende vlak voor het ondersteunen van de afdichtring (76) op de draagring (75), een achter de draagring (75) 10 aangebracbte ringvormige steun (71), waarbij de ringvormige steun (71) en de draagring (75) elk zijn voorzien van een afdichtvlak, welke vlakken tegenover elkaar staan, en een op één van de twee tegenover elkaar gelegen vlakken aangebracht ringvormig uitstekend deel (72) dat in aanraking staat met het tegenover liggende vlak 15 voor het ondersteunen van de draagring (75) op de ringvormige steun (71), welke ringvormige uitstekende delen zodanige diameters hebben dat er normaliter geen ongebalanceerde krachten op de draagring werken.
3. 2. Afdichting volgens conclusie 1, m e t het 20 kenmerk, dat elk van de ringvormige uitstekende delen (72, 77) smal is ten opzichte van de radiale breedte van de afdichtring (76).
4. 3. Afdichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de twee ringvormige uitstekende delen (72, 77) in hoofdzaak gelijke uitwendige - en inwendige diameters hebben 25 en dat de breedte van de delen niet groter is dan een vijfde deel van de radiale breedte van de afdichtring (76).
5. 4. Afdichting volgens conclusie 1,2 of 3, met het kenmerk, dat de ringvormige uitstekende delen (72, 77) elk op een afstand van de binnen- en de buitendiameter van de afdichtr 800 24 76 s- - 21- > ring (76) zijn gelegen*
6. 5. Afdichting volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het eerste ringvormige uitstekende deel (77) op de afdichtring (76) en dat het tweede ringvormige uitstekende deel 5 (72) op de ringvormige steun (71) is aangebracht. ó. Afdichting volgens één der voorafgaande conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de ringvormige steun (71) een radiaal oppervlak bevat en zowel tussen de afdichtring (76) en de steun (71) als tussen de draagring (75) en de 10 steun (71) veerkrachtige niet-afdichtende centreer- en isoleer-ringen (80, 81) zijn geplaatst en dat tussen de afdichtring (76) en de draagring (75) en tussen de draagring (75) en het radiale oppervlak (71) veerkrachtige afdichtende 0-ringen (67, 68) zijn aangebracht.
7. 7. Afdichting volgens conclusie 6, me t het kenmerk, dat de centrerende - en isolerende nief-afdichtende ringen (80, 81) 0-ringen zijn.
8. 8. Afdichting volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de centrerende en isolerende niet-af dichtende 20 ringen (80, 81) zijn geplaatst tussen de inwendige diameter van de afdichtring (76) en de steun (71) en tussen de inwendige diameter van de.draagring (75) en de steun (71).
9. 9. Afdichting volgens één der voorafgaande conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de afdichtring (76) 25 de roterende afdichtring vormt.
10. 10. Afdichting volgens één der voorafgaande conclusies.1-9, gekenmerkt door een afdichtringhouder (95) voor de 800 24 76 - 22 - niet-roterende afdichtring (96), een stationaire drukring (91), en een aantal axiale veren (109) die tussen de genoemde houder (95) en de drukring (91) zijn samengedrukt teneinde de niet-roterende afdichtring (96) in aanraking met de roterende afdichtring (76) te 5 houden, welke afdichtringhouder (95) een zodanige lengte en vorm heeft dat de niet-roterende afdichtring (96) in contact blijft met de roterende afdichtring (76) en de axiale verplaatsingen van de as (11) waaraan de ringvormige steun (71) is bevestigd kan volgen.
11. 11. Afdichting volgens conclusie 10, gekenmerkt door een stationaire secundaire afdichtbus (90) die in de drukring (91) is gemonteerd en zich langs de houder (95) uitstrekt, een secundaire afdichtring (88) die tussen de houder (95) en de secundaire bus (90) is geplaatst, een enkele anti-rotatienok (107) 15 die radiaal buiten de houder (95) uitsteekt en een verbinding maakt met een axiale sleuf (108) in de drukring (91), welke nok (107) radiaal tegenover de secundaire afdichtring (88) is geplaatst, en de bus (90) zo lang is dat het contact met de genoemde secundaire afdichtring (88) blijft gehandhaafd als de houder (95) de axiale 20 verplaatsing van de as volgt. 800 2 4 76