DE3050514C2 - Mehrstufige Wellendichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Wellendichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Wellendichtung ist bereits aus der DE-OS 26 14 884 bekannt. Bei dieser bekannten Wellendichtung wird das Kühlwasser in jeder einzelnen Stufe durch eine den Dichtungshalter bzw. die Stopfbuchse radial durchsetzende Leitung zugeführt und durch eine weitere radiale Leitung aus dieser Stufe wieder abgeleitet, worauf es außerhalb der Dichtung durch eine Druckabstufungs-Kapillare geleitet und der nächsten Stufe zugeführt wird. Ein Filter ist bei dieser bekannten Anordnung nicht vorgesehen. Im Kühlwasser vorhandene Teilchen, welche die Kapillaren zusetzen könnten, werden bei dieser bekannten Anordnung vermutlich durch Stillegung und Reinigung der außerhalb der Wellendichtung gelegenen Kapillaren von Zeit zu Zeit entfernt. Bei dieser Anordnung ist es einerseits nachteilig, daß sehr viele den Dichtungshalter, der bei dieser Anordnung zugleich die Stopfbuchse darzustellen scheint, durchsetzende Leitungen vorgesehen werden müssen und daß von Zeit zu Zeit eine Stillegung des Kühlwasserkreislaufes erforderlich ist, um die Kapillaren zu reinigen.

Durch die Erfindung soll die bekannte Wellendichtung derart verbessert werden, daß weniger den Dichtungshalter und die Stopfbuchse durchsetzende radiale Leitungen vorgesehen werden müssen und daß eine zeitraubende und außerordentlich kostspielige Abschaltung des Kühlwasserkreislaufes zum Zweck der Reinigung der Druckabstufungsleitungen weitgehend ausgeschaltet wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Wellendichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Durch diese Maßnahmen kann der Kühlkreislauf zwisehen den einzelnen Stufen innerhalb der Wellendichtung verbleiben, und es muß nur eine einzige Zuleitung für das Kühlwasser an der ersten Stufe und eine einzige Ableitung an der letzten Stufe vorgesehen weiden. Bei dieser inneren Anordnung der Druckabstufungsleitungen tritt aber nun die Gefahr auf, daß im Kühlwasser enthaltene Teilchen so groß sind, daß sie die Druckabstufungsleitungen zusetzen. Wenn dies einträte, müßte die gesamte Anlage stillgelegt und die Wellendichtung zerlegt werden. Dies würde einen sehr großen Aufwand bedeuten und insbesondere wegen der längeren Stillegung große Verluste mit sich bringen. Zur Behebung dieser weiteren Schwierigkeit wird daher erfindungsgemäß ein Filter in die Wellendichtung fest eingebaut, das praktisch wartungsfrei arbeitet, da es nicht die allgemeine Verschmutzung des Kühlwassers, sondern nur zum Zusetzen der Druckabstufungsleitungen geeignete Teilchen zurückhält

Ein weiterer Vorteil der inneren Anordnung der Druckabstufungsieitung ist darin zu sehen, daß sie bei vorübergehenden Temperaturspitzen eine starke Pufferwirkung ähnlich wie bei Wärmeaustauschern ausüben.

Eine besonders günstige Ausführungsform eines solchen Filters ist in F i g. 2 beansprucht

Aus der DE-AS 24 09 954 ist zwar bereits ganz allgemein die Verwendung eines Filters im äußeren Teil eines Kühlkreislaufes für eine Wellendichtung bekannt Diese Maßnahme ist aber nicht geeignet, die oben genannte Erfindungsaufgabe zu lösen.

Anhang der Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer typischen Rcaktor-Kühlmittelpumpe mit Meior und einer Dichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen vertikalen Schnitt durch die dreistufige Dichtungsgruppe mit der Dichtung gemäß der Erfindung, eingebaut in eine Reaktor-Kühlmittelpumpe, und Fig.3 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts aus der in F i g. 2 gezeigten inneren Filtergrup-

Die mechanische Anordnung einer typischen Reaktor-Kühlmittelpumpe ist schematisch in F i g. 1 dargestellt. Ein Pumpenlaufrad 10 mit hoher Förderleistung ist am unteren Ende einer vertikalen Pumpenwelle 11

so mit großem Durchmesser angebaut, die von einem Motor 9 über eine Motorwelle 12 und eine Kupplung 13 angetrieben wird, weiche die Motorwelle 12 starr mit der Pumpenwelle 11 verbindet. Die Kupplung 13 ist genügend lang, um den Ausbau der Dichtungs-Baugruppe zu ermöglichen, die im Dichtungsbereich 20 als Baugruppeneinheit enthalten ist.

Wellen, Laufrad und Kupplung sind in einem zweiseitig wirkenden Axialkugellager 14, einem oberen Motorlager 15, einem unteren Motorlager 16 und einem Pumpenlager 17 mit Wasserschmierung unmittelbar über der Drosselbuchse 18 und dem Laufrad 10 gelagert. Der Motor 9 ruht in einer Motorhalterung 19, die mit der Pumpe 21 durch die Stopfbüchse 22 verbunden ist.

Die Dichtungsgruppe, die innerhalb der Stopfbuchse 22 mit der Bezugszahl 20 bezeichnet ist, wird mit Einspritzwasser 23 versorgt, das sowohl zur Kühlung als zur Druckabstufung der Dichtung dient. Im Normalbetrieb (Versorgungsanlage für Einspritzwasser 23 in Be-

trieb) wird das Einspritzwasser 23 mit der Rücklaufströmung 25 aus dem Wärmeaustauscher 24 gemischt, bevor es in die Stopfbuchse 22 der Pumpe eintritt Die Rücklaufströmung 25 wird durch den Wärmeaustauscher 24 der Pumpe und das Pumpenlager 17 mit Hilfe einer Axialpumpe 26 gefördert, die auf die Pumpenwelle 11 oberhalb des Pumpenlagsrs 17 montiert ist Bei Normalbetrieb fließt auch ein Teil der Einspritzströmung 23 in die Reaktor-Kühlmittelpumpe 21 durch die Drosselbuchse 18 zwischen dem Pumpenlager 17 und dem Laufrad 10. Dieser Teil des Einspritzwassers verhindert, daß umgepumptes Reaktor-Kühlmittel 27 mit hoher Temperatur in die Stopfbuchse 22 und den Dichtungsbereich 20 durch die Drosselbuchse 18 fließt

Ein anderer Teil des Einspritzwassers 23 fließt durch den Dichtungsbereich 20 und verläßt die Stopfbüchse 22 durch die Rückleitung 28, und wenn die obere Dichtungsstufe undicht ist, verläßt ein Teil dieses Wassers die Stopfbüchse durch die Leckwasser-Rückleitung 29.

Nun folgt eine Beschreibung der in F i g. 2 gezeigten dreistufigen Dichtungsbaugruppe. Zunächst werden die umlaufenden Teile beschrieben.

Auf der Welle 11 sind untereinander eine Antriebshülse 50, eine obere Dichtungshülse 51, eine mittlere Dichtungshülse 52 und eine untere Dichtungshülse 53 angeordnet Die drei Dichtungsstufen sind im wesentlichen gleich aufgebaut

Das obere Ende der Antriebshülse 50 ist mit der Welle durch einen an der Hülse angebrachten Gewindering

54 und einen an der Welle angebrachten Gewindering

55 befestigt, wobei diese beiden Gewinderinge durch Schrauben 56 miteinander verbunden sind. Eine Relativbewegung der Hülse 50 gegenüber der Weile 11 wird durch eine Paßfeder 57 in der Welle und in der Hülse verhindert

Das obere Ende der oberen Dichtungshülse 51 ist am unteren Ende der Antriebshülse 50 durch einen Kupplungsring 60, einen Haltering 61 und durch mehrere Schrauben 62 befestigt. Das obere Ende der mittleren Dichtungshülse 52 ist am unteren Ende der Dichtungshülse 51 mit zwei radialen Antriebsstiften 65 befestigt, die durch die Hülsen von innen in Bohrungen der Hülsen 51 und 52 eingesetzt werden. Das obere Ende der unteren Dichtungshülse 53 ist in der gleichen Weise am unteren Ende der Dichtungshülse 52 befestigt. Auf diese Weise werden die vier Hülsen 50,51,52 und 53 durch die Paßfeder 57 und die Stifte 65 zusammen mit der Welle 11 in Umdrehung versetzt. Statische O-Ringe 66, die zwischen der Welle 11 und den Dichtungshülsen 51, 52 bzw. 53 angeordnet sind, dichten den Druck am Innendurchmesser der Dichtungsbaugruppe ab.

Das untere Ende jeder Dichtungshülse 51, 52 und 53 ist mit einem Radialflansch 71 versehen, der eine ringförmige Auflage mit einem nicht gezeigten abstehenden ringförmigen Vorsprung als Auflage für einen umlaufenden Stützring 75 bildet Ein umlaufender Dichtungsring 76 sitzt auf dem Stützring 75 über einem ebenfalls nicht gezeigten abstehenden ringförmigen Vorsprung. Axiale Stifte 78 greifen lose in die drei Teile 51 (ebenfalls 52 und 53), 75 und 76 ein, um eine gegenseitige Verdrehung zwischen diesen Teilen zu verhindern. O-Ringe 67 und 68, die zwischen dem umlaufenden Dichtungsring 76, dem Stützring 75 und dem Hülsenflansch 71 auf dem Außendurchmesser der abstehenden ringförmigen Vorsprünge angebracht sind, sind dichtende O-Ringe, wogegen die O-Ringe 80 und 81 zum Zentrieren des umlaufenden Dichtungsrings 76 und des Stützrings 75 auf den Hülsen 51.52 und 53 dienen.

Es werden nunmehr die nicht-umlaufenden Teile der dreistufigen Dichtungsbaugruppe beschrieben: Aas F i g. 2 geht ebenfalls hervor, daß alle nicht-umlaufenden Teile im Dichtungshalter 82 enthalten sind, der in der Stopfbüchse 22 durch den Stopfbüchsenansatz 83 und den Sprengring 84 festgehalten wird. Der Sprengring 84 wird durch den Spannring 85 und die Schrauben 86 wie gezeigt festgehalten. Der Stopfbüchsenansatz 83 ist erforderlich zur Abänderung der Stopfbüchse 22 von bereits im Einsatz stehenden Pumpen für den Einbau der neuen dreistufigen Dichtungsbaugruppe mit ausgeglichenem Stator. Der Stopfbüchsenansatz 83 wird durch mehrere Bolzen 87 und Muttern befestigt

Im oberen Ende des Dichtungshalters 82 ist eine Zusatzdichtungshülse 90 in einer oberen Stopfbüchse 91 durch einen Haltering 93 festgehalten. Ein feststehender Dichtungshalter 95 ist auf der Zusatzdichtungshülse 90 mit einem zusätzlichen O-Ring 88 und einem nicht gezeigten Untorlegering befestigt und zentriert

Der Dichtungsträger 95 schafft die «forderliche Auflage für den feststehenden Dichtungsring 96 mit niedrigem Elastizitätsmodul (kohlenstoffarm) und dient dazu, diesen gegen Verschiebungen oder Verbiegungen zu isolieren, die in den benachbarten feststehenden Teilen auftreten. Die Gestaltung des Dichtungsträgers wird beeinflußt durch die konstruktiven Forderungen nach einer Axialbewegung von 19 mm (3/4 Zoll) und einer Schwenkbewegung in begrenztem Ausmaß an der Zusatzdichtungshülse 90.

Zur Vermeidung von Schwankungen in der Lastverteilung am Dichtungsträger 95 und am feststehenden Dichtungsring 96 im Bereich (Hohlraum) hinter dem O-Ring 103 aufgrund eines möglichen Druckanstiegs in diesem Bereich durch Leckfluß am O-Ring 103 oder Porosität im feststehenden Dichtungsring 96 ist ein nicht gezeigtes Belüftungsloch zur Niederdruckseite der Dichtung vorgesehen.

Ein O-Ring 104 ist zwischen der feststehenden Stopfbüchse 91 und der Zusatzdichtungshülse 90 eingesetzt.

Diese O-Ringe 103,88 und 104 sowie der erwähnte Unterlcgering ergeben eine statische Abdichtung zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite jeder Dichtungsstufe.
Die verschiedenen genannten O-Rings sind Ringe mit kompaktem Querschnitt und elastischen mechanischen Eigenschaften, sind nicht-metallisch, elastomerisch und weisen eine quadratische, runde oder x-förmige Schnittfläche mit einem Diagonalmaß von 9,5 mm (3/8 Zoll) oder weniger auf.

Die Drehung des Dichtungsträgers wird durch eine einzige Nase 107 am Dichtungsträger 95 verhindert, die in einen axialen Schlitz M)8 in der anliegenden Stopfbuchse 91 eingreift.
In Axialrichtung angeordnete Druckfedern 109 drükken den feststehenden Dichtungsträger 95 unciden feststehenden Dichtungsring 96 gegen den umlaufenden Dichtungsring und stellen dadurch die gegenseitige Berührung zwischen den Dichtungsflächen sicher. Da die hier beschriebene Uichtungsbaugruppe so ausgelegt ist, daß sie eine Gesamt-Axialverschiebung der Welle bis zu 19 mm (3/4 Zoll) aufnehmen kann, sind die Federn 109 so dimensioniert, daß sie über diesen gesainten Bereich eine ausreichende Vorspannung liefern. Hierfür ist es erforderlich, eine möglichst lange Feder (freie Länge)

äs mit einer sehr niedrigen Federkonstanten zu verwenden.

Die mittlere die Hülse 52 umgebende Dichtungsstufe und die untere die Hülse 53 umgebende Dichtungsstufe

enthalten die gleichen Teile wie eben beschriebene obere Dichtungsstufe.

Es wird nun die Druck-Abstufungseinrichtung berchrieben.

Die Eintrittsströmung 122 in F i g. 1, die auch im unteren Teil von F i g. 2 eingezeichnet ist, kommt in Berührung mit den umlaufenden und den feststehenden Dichtungsringen 75, 76 bzw. 96 in den drei Dichtungsstufen und kühlt sie. Nach Durchtritt durch ein inneres Filter 110, das mit der Dichtungsbaugruppe fest verbunden ist, gelangt die Kühlungs- oder Abstufungsströmung in die mittlere oder obere Dichtungsstufe durch innere Abstufungs-Schlangenrohre 112, 113, und in die Rückfluß-Sammelvorrichtung durch ein äußeres Abstufungs-Schlangenrohr 111, das die Rückfluißströmung auf den Gegendruck der Rückflußeinrichtung oder auf Umgebungsdruck reduziert.

Das innere Filter 110. das im unteren Teil von F i g. 2 und im einzelnen in Fig.3 dargestellt ist, wird verwendet, um zu verhindern, daß eventuell im Wasser vornandene Teilchen die Abstufungs-Schiangenrohre 112, 113 und 111 verstopfen. In der gegenwärtigen Ausführungsform besteht die Filterbaugruppe HO aus einer perforierten Metallplatte 115, die zu einem Ring geformt und auf einen Entlastungsring 116 aufgeschweißt ist, der so ausgebildet ist, daß er die gesamte Fläche der perforierten Platte der Kühlmittelströmung aussetzt. Der Ring 116 enthält große öffnungen 117. Im Aufbau der Filterbaugruppe 110 sind im einzelnen verschiedene Änderungen möglich.

Die Abstufungs-Schiangenrohre 112, 113 und 111 erzeugen den erforderlichen Widerstand, um den Kühlmittelfluß auf den gewünschten Wert bei normalen Betriebsbedingungen zu begrenzen und den Anlagendruck gleichmäßig durch jede Dichtungsstufe zu reduzieren. Die Verwendung der inneren Schlangenrohre 112 bzw. 113 in der unteren und mittleren Dichtungsstufe reduziert die Durchdringung der Stopfbüchsen auf ein Minimum und erzeugt eine Pufferwirkung auf vorübergehende Temperaturspitzen (äußere und innere Strömungsfunktionen der Schlangenrohre ähnlich wie bei Wärmeaustauschern).

Unter normalen Betriebsbedingungen wird jede Dichtungsstufe im wesentlichen auf konstanter Temperatur gehalten, um Verformungen der Dichtungsringe durch Temperaturschwankungen auszuschalten. Bei einer Störung der Einspritzanlage und anschließendem Ausfall der Einspritzströmung 23 würde jedoch die Dichtungsbaugruppe höheren Temperaturen infolge des Hochtemperatur-Wasserstroms vom Reaktor-Kühlmittelpumpenkreis in die Stopfbuchse durch die Drosselbüchse 18 höheren Temperaturen ausgesetzt Die Dichtungsbaugnippe ist so ausgelegt, daß sie unter solchen anormalen Bedingungen funktionsfähig bleibt, wie nunmehr beschrieben wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mehrstufige Wellendichtung, deren einzelne Stufen in Abständen längs der Welle aufeinanderfolgen und jeweils einen nicht-umlaufenden Dichtungsring und einen umlaufenden Dichtungsring aufweisen, die miteinander über eine Planfläche in Berührungstehen, wobei hinter je einem der Dichtungsringe in jeder Stufe ein Stützring liegt, wobei ein feststehender zylindrischer Dichtungshalter die Welle umgibt und die nicht-umlaufenden Dichtungsringe in Abständen längs der Welle stützt und wobei eine Kühlwasser-Druckabstufungseinrichtung für die Dichtungsringe und Stützringe vorgesehen ist, die eine Kühlwasserströmung nacheinander durch die Dichtungsstufen leitet und die Kühlwasserströmung von jeder Dichtungsstufe zur nächsten leitende und zwischen «en Stufen begrenzende Druckabstufungsleiiungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabstufungsleitungen (112, 113) innerhalb der Wellendichtung angeordnet sind und daß ebenfalls innerhalb der Wellendichtung vor der ersten Dichtungsstufe im Weg der Kühlwasserströmung ein zum Zusetzen der Druckabstufungsleitungen (112, 113) geeignete Teilchen zurückhaltendes Filter (110) eingebaut ist

2. Wellendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (HO) einen nach außen rinnenförmiVen Entlastungsring (116) mit öffnungen (117) und eine perforierte Platte (115) aufweist, welche die Außenseite des Entlastungsrings (116) überdeckt.