Transcriptie

1 Octrooiraad Nederland ( 1 Straalpomp met labyrintdichting. Int.CI 3.: F04F5/44, Aanvrager: General Electric Company te Schenectady, New York, Ver. St. v. Gem.: Ir. G.H. Boelsma c.s. Octrooibureau Polak & Charlouis Laan Copes van Cattenburch GD Aanvrage Ingediend 3 juli Voorrang vanaf 12 juli Land van voorrang: Ver. St. v. Am. Nummer van de voorrangsaanvrage: Ter inzage gelegd 14 januari De aan dit blad gehechte stukken zijn een afdruk van de oorspronkelijk ingediende beschrijving met conclusie(s) en eventuele tekening(en).

2 P & c W Ned.M/EvF Straalpomp met labyrintdichting. Het gebruik van straalpompen voor het doen circuleren van een vloeibaar koelmiddel, zoals water, door de brandstofkern van een kernreactor opgenomen binnen een drukvat is algemeen bekend, zoals blijkt uit de Amerikaanse octrooischriften nrs. 3,378,456; 3,389,055; 3,625,820 5 en 3,838,002. Een straalpomp maakt gebruik van een stroom van een aandrijvend of beweegbaar fluidum van hoge snelheid voor het aandrijven van een stroom van aangedreven of aangezogen fluidum door impulsuitwisseling tussen de beide stromen. Bij een bekende straalpompconstructie wordt een sterk 10 convergerende zuiginlaatsectie ondergedompeld in het aangedreven fluïdum. Een mondstuk is geplaatst nabij de zuiginlaatsectie, waarbij het mondstuk een aandrijvend fluïdum onder hoge druk opneemt en een stroom van aandrijvend fluïdum van hoge snelheid dirigeert in de zuiginlaatsectie waardoor aangedreven fluïdum wordt meegesleurd en gedreven in een lang- 15 werpige keel- of mengsectie, waar impuls wordt uitgewisseld tussen het aandrijvende en het aangedreven fluïdum. De resulterende stroom verlaat de mengsectie en treedt een divergerende diffusiesectie binnen, waarin de stroomsnelheid afneemt en de druk stijgt. Bij een typerende kernreactorinstallatie, zoals weergegeven in 20 figuur 2B van het Amerikaanse octrooischrift 3,389,055 zijn de straalpompen vertikaal gemonteerd en omlaag gericht in een ringvormige fluïdumdaalbuis, die de kern van de kernreactor omgeeft, waardoor de werking ervan het koelmiddel onder druk brengt in een kamer beneden de kern teneinde daardoor het koelmiddel omhoog te drijven door de brandstofsamenstellen van de 25 kern. Zoals besproken in het Amerikaanse octrooischrift 3, en weergegeven in figuur 5 daarvan worden de mengsectie en de diffusiesectie verenigd door een met speling passende glijverbinding. Dit vergemakkelijkt het tijdens het stilleggen van de reactor verwijderen 30 van de mengsectie en andere bovenste delen van de straalpomp, welke onderhevig zijn aan de grootste slijtage, voor inspectie en reparatie of vervanging al naar gelang zulks gewenst is. De glijverbinding elimineert eveneens mechanische spanning als gevolg van thermische uitzettingsverschillen tussen het drukvat van koolstofstaai en de straalpompen en 35 kernondersteuningsconstructie van roestvrij staal. Omdat er een drukverschil plaatsvindt over de glijverbinding, zal daardoor een lekstroom van fluïdum optreden. Een beperkte hoeveelheid

3 - 2 - lekstroom door de glijverbinding is gewenst om de verbinding schoon te maken en om te voorkomen dat vuil in corrosieprodukten daarin opgestapeld worden, welke de verbinding zouden kunnen verstoppen. Echter een buitensporige lekstroom blijkt een ongewenste trilling 5 van de straalpomp te veroorzaken. Daarom is het noodzakelijk om de lekstroom te beperken tot een snelheid kleiner dan welke de schadelijke trilling opwekt. Een mogelijke uitweg om de lekstroom te beperken is het verhinderen van de ringvormige speling van de glijverbinding. Dit zou echter 10 met zich mee brengen dat de vervaardigingstoleranties binnen nauwere grenzen moeten komen te liggen met de bijbehorende hoge kosten en tevens een toename van de mogelijkheid van verstopping van de verbinding. Een andere mogelijkheid is het gebruik van een bepaalde soort afdichtingsring. Dit is ongewenst wegens de moeilijkheid om dergelijke onderdelen op 15 afstand te hanteren en wegens de mogelijkheid tot breuk in bedrijf met het gevaar dat gebroken onderdelen vervoerd kunnen worden tot in en gedeponeerd worden in de reactorkern. Voorts is het gewenst om de lekstroom te beperken zonder aanvullende onderdelen en zonder een toename van de afmetingen van de onderdelen. 20 De voordelen van de uitvinding worden verkregen door in de ringvormige ruimte van de meng-diffusieglijverbinding een labyrintdichting te verschaffen in de vorm van een reeks stroomexpansiekamers, die de stromingsweerstand vergroten en vandaar de lekstroom verlaagt. De expansiekamers kunnen worden verkregen door een reeks van 25 onderling verspreide ringvormige groeven gevormd in het glijverbindingsoppervlak gevormd in de mengeenheid of in het glijverbindingsoppervlak met de diffusor. Het aantal en de afmetingen van de groeven kunnen worden geselecteerd ter verschaffing van de gewenste lekstroomweerstand. Aldus worden geen aanvullende onderdelen vereist en aangezien de groeven 30 betrekkelijk ondiep kunnen zijn behoeven de afmetingen van de onderdelen van de glijverbinding normaal niet te worden vergroot. De uitvinding zal hieronder aan de hand van de figuren der bijgaande tekeningen nader worden toegelicht. Fig. 1 geeft een vereenvoudigde voorstelling in langsdoorsnede 35 van een straalpomp; fig. 2 toont op vergrote schaal een aanzicht van de glijverbinding van de straalpomp waarbij een labyrintdichting weergegeven wordt gevormd door groeven in het glijverbindingsgedeelte van de meng-

4 sectie; fig. 3 geeft op vergrote schaal een aanzicht van de glijverbinding van de straalpomp, waarbij een labyrintdichting wordt weergegeven, die gevormd wordt door groeven in het glijverbindingsgedeelte 5 van de diffusiesectie; en fig. 4 toont op vergrote schaal een aanzicht van de glijverbinding van de straalpomp, waarbij de lekstroom, de afmetingen van de afdichting en de afmetingen van een specifiek voorbeeld geïllustreerd worden. 10 Een straalpomp zoals weergeven in de vereenvoudigde uitvoeringsvorm in fig. 1 bevat een mondstuk 73, een inlaatsectie 60, een mengsectie 62 en een diffusiesectie 63. Verdere details van de constructie en werking van een dergelijke straalpomp in een kernreactor worden weergegeven en beschreven in het hiervoor genoemde Amerikaanse octrooischrift 3,389, Voor gebruik in een kernreactor duikt de mengsectie 62 aan het ondereinde ervan in de divergerende diffusiesectie 63 waarmee het is verbonden door middel van een glijverbinding 11 om verwijdering en onderhoud van de mengsectie en andere bovenste gedeelten van de straalpomp te vergemakkelijken en om verschillen in thermische uitzetting mogelijk 20 te maken. De glijverbinding 11 wordt gevormd door een glijverbindingsgedeelte 12 aan het onderste einde van de mengsectie en door een güjverbindingsgedeelte 13 aan het bovenste einde van de diffusiesectie. Deze glijverbindinggedeelten worden zodanig gevormd, dat zij daartussen 25 een ringvormige speelruimte 14 verschaffen. Aangezien er een drukverschil over güjverbinding 11 bestaat, wanneer de pomp in werking is, is er een lekstroom van fluïdum door de speelruimte 14 van de glijverbinding zoals weergegeven door de stippellijn 16. Met de minimaal gewenste speelruimte 14 bleek dat onder werk- 30 omstandigheden de lekstroom voldoende was om ongewenste ernstige door lekstroom opgewekte trillingen van de straalpomp te veroorzaken. In overeenstemming met de uitvinding wordt de lekstroom door de glijverbinding 11 verminderd tot een waarde beneden die welke onaanvaardbare trillingen opwekt, en wel door een labyrintdichting te vormen 35 in de glijverbinding, welke de stroomweerstand vergroot. Zoals weergegeven in fig. 2 wordt een dergelijke afdichting verkregen door een aantal verspreid aangebrachte groeven 17 gevormd in het buitenoppervlak van het glijverbindingsgedeelte 12 van de mengsectie.

5 _ 4 - Anderzijds kan een soortgelijke reeks groeven 17' worden gevormd in het binnenoppervlak van het glijverbindingsgedeelte van de diffusiesectie zoals: weergegeven in fig. 3. Een verdere bespreking van de labyrintdichting volgens de 5 uitvinding geschiedt onder verwijzing naar het in fig. 4 geïllustreerde voorbeeld. De groeven 17 veroorzaken afwisselende grote veranderingen de stroomsnelheid van de lekstroom wanneer deze met hoge snelheid door het smalle spleetgedeelte loopt en een plotselinge snelheidsverlaging 10 ervaart wanneer zij overgaat in het grotere gebied van het groefgedeelte. Gemeend wordt dat de grote toename van de stroomweerstand verkregen door de verspreid gelegen groeven het gevolg is van stroomscheiding en de vorming van draaikolken 18 in de groeven, welke draaikolken een zodanige bewegingsrichting hebben (zoals aangegeven door de pijlkoppen) 15 dat zij tegengesteld zijn aan de richting van de lekstroom en daardoor de lekstroomweerstand vergroten. De doeltreffendheid van de afdichting bij toename van de stroomweerstand wordt beïnvloed door de afmetingen ervan zoals aangegeven in fig. 4, namelijk de breedte d van de ringvormige spleet 14 en de breedte S, 20 de diepte g en de afstand B van de groeven 17. Stroomweerstand kan worden vergroot door het vergroten van het aantal groeven (d.w.z. een grotere afdichtlengte) door de spleetbreedte d te verlagen, door de groefdiepte g te vergroten, door de groefafstand B te verlagen en door de groefbreedte S te laten afnemen. 25 Bij'toepassingen van de uitvinding is het waarschijnlijk dat sommige afmetingen van de afdichting begrensd worden door praktische overwegingen zoals vervaardigingstoleranties, handhaving van de componentsterkte. d beperkt door vervaardigingstoleranties beschikbare ruimte en Bijvoorbeeld wordt de spleetbreedte (zoals hiervoor besproken), 30 groefdipete g, breedte S en afstand B moeten worden geselecteerd ter vermijding van een ongewenste verzwakking van de component, waarin de groeven worden gevormd en het aantal groeven (d.w.z de afdichtingslengte) wordt beperkt tot de lengte van het glijverbindingsgedeelte van de straalpomp. 35 De afmetingen van het specifieke voorbeeld worden uiteengezet in fig. 4, waarbij r = de buitenstraal van het glijverbindingsgedeelte 12 van de mengsectie. Beproevingen van de straalpomp gevormd met een dergelijke afdichting gaf een reductie in lekstroom aan in de orde van in

6 40% en een reductie van de stroom opgewekt door trillingen tot een acceptabel niveau over het gehele werkbereik van de straalpomp. Voor een bijzondere toepassing kunnen de afmetingen en opstelling van de groeven van de afdichting het best bepaald worden door 5 routineëxperiment ter verschaffing van de gewenste mate van lekstroomreductie en de gewenste mate van vrijheid uit de door de stroom opgewekte trilling

7 - 6 - C O N C L U S I E S 1. Kernreactor met tenminste één straalpomp voor het doen circuleren van een koelmiddel door de kern van de reactor, welke straalpomp een mengsectie en een diffusiesectie omvatten verenigd door een glijverbinding 5 met een ringvormige speelruimte, gekenmerkt door een reeks verspreid aangebrachte holtes, die een labyrintdichting vormen in de ringvormige ruimte om lekstroom van het koelmiddel door de ruimte te verminderen, waardoor de door de stroom opgewekte trillingen van de straalpomp tot een aanvaardbaar niveau wordt teruggebracht Straalpomp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de reeks holtes wordt verschaft door een reeks groeven gevormd in het glijverbindingsoppervlak van de mengsectie. 3. Straalpomp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de reeks holten verkregen wordt door een reeks groeven gevormd in het glijverbindings- 15 oppervlak van de diffusiesectie. 4. Straalpomp voorzien van een mengsectie en een diffusiesectie verenigd door een glijverbinding, bevattende een aantal verspreid gelegen ringvormige uitzettingsholtes in de glijverbinding teneinde daardoor de fluïdumstroomweerstand door de glijverbinding te doen toenemen en daardoor 20 de erdoor heen gaande fluïdumlekstroom te verminderen. 5. Straalpomp volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een aantal holtes gevormd worden van verspreid gelegen ringvormige groeven in het glijverbindingsoppervlak van de mengsectie. 6. Straalpomp volgens conclusie 4, bevattende het vormen van de 25 holtes door een reeks van verspreid gelegen ringvormige groeven in het glijverbindingsoppervlak van de diffusiesectie. 30

8 Fig. 2 Fig. i

9 9 d S B r mm mm mm mm cm Fig. 4 Fig