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Die Erfindung betrifft eine Lagerung für eine Hauptkühlmittelpumpe, mit mindestens drei Radiallagern und einem Axiallager, wobei Pumpenlaufrad und Antriebsmotor direkt mit einer Welle verbunden sind und zwischen Pumpe und Antriebsmotor eine Lagerungseinheit vorgesehen ist, in der Axial- und Radiallager zusammengefasst sind.
Für Hauptkühlmittelpumpen im Primärkreis von Druckwasserreaktoren sind derzeit im wesentlichen zwei Bauarten bekannt und angewendet. Einmal sind Pumpe und Motor zwei eigenständige Maschinen und flexibel gekuppelt. Pumpe sowie Motor weisen dabei jeweils 2 Radiallager und ein Axiallager auf. In diesem Fall spricht man von einer 4 - Lager - Anordnung. Bei einer 3 - Lager Anordnung haben Pumpe und Motor eine gemeinsame Welle, die oben beschriebene flexible Kupplung entfällt.
Das Gesamtaggregat weist hier ein gemeinsames Axiallager auf, das am Motor oben sitzt, und insgesamt drei Radiallager, wie z. B. in der DE 41 09 761 A1 beschrieben. Eine ähnliche Vorrichtung ist in der EP 0 368 558 A2 beschrieben. Der Motor mit Radial- und Axiallager ist hier zeichnerisch nicht dargestellt. Bei diesen Ausführungen besteht das Problem, dass nur die gesamte MotorPumpeneinheit betrieben werden kann. Da meist der Pumpenhersteller und der Motorhersteller getrennte Firmen sind, können die beiden Aggregate nicht getrennt getestet werden.
Die Pumpen fördern Wasser (Normalbetrieb bei 16 MPa und 290 C) im Primärkreislauf von Druckwasserreaktoren aus dem Dampferzeuger in den Reaktorkern. Gegen den hohen Innendruck wird die Welle von mehrstufigen Dichtungen gegen Atmosphäre abgedichtet. Das Pumpengehäuse ist mittels Dichtungsgehäuse und Gehäusedeckel und den Hauptverbindungsschrauben geschlossen. Auf dem Pumpengehäusedeckel sitzt die Motorlaterne und darauf der Antriebsmotor. Innerhalb der Motorlaterne ist die Welle mit einem Ausbaustück versehen, das im Bedarfsfall einen relativ schnellen Zugang zur Dichtung ermöglicht.
Das Ausbaustück ist im montierten Zustand eine starre Wellenkupplung. Das Axiallager, das obere und mittlere Radiallager sind im Allgemeinen ölgeschmiert ausgeführt, das Untere Radiallager wassergeschmiert. Die Versorgung für die ölgeschmierten Lager geschieht entweder über eine externe Versorgungseinheit oder sie ist in die Konstruktion integriert. Gleiches gilt für die Schmier- ölkühler.
Diese Ausführung erfordert, dass immer die gesamte Einheit Pumpe-Motor eingesetzt werden muss. Bei Tests der Pumpe, insbesondere Hauptkühlmittelpumpe, ergeben sich jedoch dadurch erhebliche Nachteile und hohe Kosten. Derartige Anordnungen sind bereits bekannt. So zeigen z. B. die GB 1 289 442 A, die DE 2 301 961 A, die DE 2 261 643 A, DE 2 227 357 B und EP 60 402 A1 Reaktorpumpen, bei denen flexible Kupplungen eingesetzt werden. Um die notwendigen Kräfte zu übertragen sind neben der Vielzahl von Lagerstellen auch aufwendige Massnahmen im Bereich der Kupplung nötig. All dies Massnahmen erschweren weiters die Tätigkeiten bei einem Ausbau der Pumpe zu einer Revision erheblich.
Die DE 40 11 477 A1 zeigt eine Kreiselpumpenanordnung, bei der durch eine vertikale Trennebene der Motor vom übrigen Teil leicht abgetrennt werden kann. Hier ist lediglich die Möglichkeit einer günstigen Demontage des Motors vorgesehen.
Die AT 329 972 B zeigt eine Reaktorpumpe, bei der eine flexible Kupplung eingesetzt wird. Um die notwendigen Kräfte zu übertragen sind neben der Vielzahl von Lagerstellen auch aufwendige Massnahmen im Bereich der Kupplung nötig. All diese Massnahmen erschweren weiters die Tätigkeiten bei einem Ausbau der Pumpe zu einer Revision erheblich.
Ziel der Erfindung ist es daher, dass Motor und Pumpe auch getrennt gedreht werden können und dass in weiterer Folge auch eine gemeinsame Ölversorgung für alle Lagerstellen möglich ist.
Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungseinheit wahlweise gemeinsam mit dem Pumpenteil oder dem Motorteil vom übrigen Teil getrennt betrieben werden kann wobei in die Lagerungseinheit die Schmierölversorgung integriert ist und die Schmierölversorgung das gesamte Aggregat (Pumpe und Motor) mit Öl versorgt.
Dieser Lagerungsmodul kann dabei einerseits der Pumpe und andererseits dem Motor zugerechnet werden. Dadurch können Motor und Pumpe auch getrennt gedreht werden und es kann einerseits der Motor mit angebautem Lagerungsmodul z. B. am Prüfstand des Motorherstellers getestet und andererseits für den Prüffeldlauf der Pumpe ein wesentlich kleinerer Motor verwendet werden, wodurch die Kosten für den Prüfstandslauf sehr niedrig gehalten werden können.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass alle notwendigen
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Hilfspumpen und die Schmierölkühler in das Modul integriert sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermodul mit geringfügigen Änderungen an der Motorlaterne in einer 4- Lageranordnung Verwendung finden kann.
Die Erfindung wird nun anhand der jeweiligen Schnittzeichnungen beispielhaft dargestellt, wobei Fig. 1 eine Hauptkühlmittelpumpe in 3-Lager-Anordnung nach dem Stand der Technik, Fig. 2 eine Hauptkühlmittelpumpe gemäss der Erfindung, Fig. 3 einen Ausschnitt mit einem erfindungsgemässen Lagermodul, Fig. 4 eine weitere Variante der Erfindung und Fig. 5 eine 4-Lageranordnung darstellt.
Fig. 1 zeigt eine Hauptkühlmittelpumpe 1 nach dem Stand der Technik. Es ist hier im oberen Teil der Motor 2 und im unteren Teil die Pumpe 3 zu sehen. Das Pumpenlaufrad 4 sitzt auf einer Welle 5, die für Motor 2 und Pumpe 3 gemeinsam ist. Diese Welle 5 ist im Motorenteil mittels des Axiallagers 6 abgestützt. Daran schliesst sich das obere Radiallager 7 an. Auf der anderen Seite des Motors 2 befindet sich das mittlere Radiallager 8. Die Welle wird an ihrem unteren Ende im Pumpenbereich durch das untere Radiallager 9 gestützt. Am oberen Ende befindet sich das Schwungrad 10.
Um den Motor leicht vom Pumpengehäuse 16 trennen und entsprechende Revisionsarbeiten an der Pumpe 3 durchführen zu können, weist die Welle 5 ein Ausbaustück 11auf, das praktisch eine starre Kupplung zwischen oberem Wellenteil 17, der durch den Motor 2 geht, und unterem Wellenteil 18, der zur Pumpe 3 gehört, darstellt. Zur Abdichtung dient die Wellendichtung 12 im Dichtungsgehäuse 13. Das Dichtungsgehäuse 13 wird mittels Gehäusedeckel 15 und den Hauptverbindungsschrauben 14 mit dem Pumpengehäuse 16 verspannt. Auf dem Pumpengehäusedeckel 15 sitzt die Motorlaterne 23 und darauf der Antriebsmotor 2. Das Gesamtaggregat 1 weist hier ein gemeinsames Axiallager 6 auf, das am Motor 2 oben sitzt und insgesamt drei Radiallager 7,8, 9.
Die Pumpe 3 fördert Wasser (Normalbetrieb bei 16 MPa und 290 C) im Primärkreislauf von Druckwasserreaktoren aus dem Dampferzeuger in den Reaktorkern. Gegen den hohen Innendruck wird die Welle 5 von mehrstufigen Dichtungen 12 gegen die Atmosphäre abgedichtet.
Das Pumpengehäuse 16 ist mittels Dichtungsgehäuse 13 und Gehäusedeckel 15 und den Hauptverbindungsschrauben 14 geschlossen.
Fig. 2 zeigt eine Variante gemäss der Erfindung. Es werden hier dieselben Bezugszeichen, wie in Fig. 1 verwendet. Zum Unterschied zu Fig. 1 ist hier ein Lagerungsmodul 19 zwischen dem Motorteil 2 und dem Pumpenteil 3 vorgesehen. In diesem Lagerungsmodul 19 befindet sich einerseits das mittlere Radiallager 8 sowie auch das Axiallager 6'. Das Axiallager 6' kann dabei entweder knapp unter oder knapp über dem mittleren Radiallager 8 angeordnet sein. Zusätzlich sind der Ölkühler 20 und die Hilfspumpen 21 für die Ölversorgung des Gesamtaggregates in diesem Lagerungsmodul 19 untergebracht. Das Schwungrad 10' sitzt nun zwischen Motor 2 und mittlerem Radiallager 8 im Motorteil. Durch diese Ausführung wird es ermöglicht, dass der Motor 2 mit dem angeflanschten Lagerungsmodul 19 vom Pumpenteil 3 getrennt mechanisch getestet werden kann.
Die Trennung erfolgt hier beim Ausbaustück 11. Die Kombination Motor 2 und Lagerungsmodul 19 weist nunmehr zwei Radiallager 7,8 sowie ein Axiallager 6' auf und es sind auch alle Einrichtungen für die Ölkühlung integriert. Der Test des Pumpenteils 3 erfolgt zusammen mit dem Lagerungsmodul 19. Im Lagerungsmodul wird ein Dummy 22 eingesetzt, der das entsprechende Ende des oberen Wellenteiles 17 ersetzt. Auch die Kombination von Pumpenteil 3 und Lagerungsmodul 19 weist zwei Radiallager 8,9 sowie ein Axiallager 6' auf. Die Ölversorgung kann ebenfalls durchgeführt werden.
Fig. 3 zeigt nochmals das Lagerungsmodul 19 mit den einzelnen Elementen. Die durch den Primärkreisdruck (ca. 160 bar) entstehende hohe Axialkraft auf den Läufer 4 (im Normalbetriebsfall nach oben gerichtet) wird über das Axiallager 6' und über die Motorlaterne 23 und dann über den Gehäusedeckel 15 und die Hauptverbindungsschrauben 14 in das Pumpengehäuse 16 abgeleitet.
Das heisst, der Rotor und der Stator des Motors 2 sind nicht mehr durch grosse Axialkräfte belastet, die auftretenden Verformungen durch die Axialkraft sind kleiner, ebenso die Wege für den Kraftschluss.
Durch die hohe Betriebstemperatur des zu pumpenden Wassers (290 C) sind hier auch die thermischen Verformungen zu berücksichtigen, bei kleinen Wegen für den Kraftschluss sind die axialen Differenzdehnungen zwischen feststehenden und rotierenden Teilen auch klein.
Damit können die für die axialen Differenzdehnungen vorzusehenden Spalte zwischen rotieren-
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den und feststehenden Teilen gerade im heissen Bereich der Pumpe 3 relativ klein gehalten werden, nach Möglichkeit können auch Einstellmasse, die bei Montage der Maschinen festgelegt werden, entfallen. Dies wirkt sich günstig auf die Austauschbarkeit von Teilen aus.
Die an der Welle 5 im tiefsten Punkt des Olkreislaufes sitzende Ölfördereinrichtung 24 versorgt alle Schmierstellen mit Frischöl. Dies geschieht vorzugsweise über Bohrungen, wo dies nicht möglich, bzw. nicht sinnvoll ist, über Rohrleitungen (z. B. für das obere Radiallager).
Das bedeutet, dass der Motor 2 mit angebautem Lagerungsmodul 19 (die Welle 5 wird hierbei am Ausbaustück 11geteilt) für sich gefahren werden kann, etwa am Prüfstand des Motorherstellers. Pumpen- und Motorhersteller sind in der Regel nicht identisch.
Genauso gut kann die Pumpe 3 für sich am Prüfstand gefahren werden, wenn das Lagerungsmodul 19 auf die Pumpe 3 aufgebaut wird, und der Wellenbereich zwischen Schwungscheibe 10' und Ausbaustück 11durch ein Dummy 22 ersetzt wird.
Bei einem derartigen Prüfstandslauf werden nicht die hydraulischen Daten der Pumpe, sondern alle anderen mechanischen Eigenschaften der Maschine getestet. Dabei wird das Originallaufrad durch eines mit einer wesentlich geringeren Leistungsaufnahme (Grössenordnung 5 - 10 % der Originalleistung) ersetzt.
Damit kann für den Prüffeldlauf der Pumpe 3 ein wesentlich kleinerer Motor verwendet werden, die Kosten für den Pumpenprüfstandslauf können so vergleichsweise sehr niedrig gehalten werden.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Lagerungsmoduls 19, wobei hier das Radiallager 8 über dem Axiallager 6' angeordnet ist. Möglich ist auch die Anordnung des mittleren Radiallagers unter dem Axiallager 6'. Die Lage des mittleren Radiallagers 8 kann so auch zur Beeinflussung der Biegeeigenfrequenz des Läufers benutzt werden.
In Fig. 5 ist eine 4-(Radial-)Lageranordnung dargestellt. Sie unterscheidet sich zu Fig. 4 durch zusätzlichen Freiraum für die flexible Kupplung 25 und die zusätzlich vorgesehene Frischölschmierung 26 für die Kupplung 25.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Lagerung für eine Hauptkühlmittelpumpe, mit mindestens drei Radiallagern und einem
Axiallager, wobei Pumpenlaufrad und Antriebsmotor direkt mit einer Welle verbunden sind und zwischen Pumpe (3) und Antriebsmotor (2) eine Lagerungseinheit (19) vorgesehen ist, in der Axial-(6') und Radiallager (8) zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungseinheit (19) wahlweise gemeinsam mit dem Pumpenteil (3,15, 16,18) oder dem Motorteil (2,17) vom übrigen Teil getrennt betrieben werden kann wobei in die
Lagerungseinheit (19) die Schmierölversorgung (20,21) integriert ist und die Schmieröl- versorgung (20, 21) das gesamte Aggregat (1) (Pumpe (3) und Motor (2)) mit Öl versorgt.