Ventil und Pumpenanordnung mit Ventil

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung, insbesondere Kreiselpumpe, insbesondere Hauptkühlmittelpumpe für Kraftwerke, ein Schutzventil sowie die Anwendung eines Schutzventils in einer Pumpenanordnung.

Derartige Pumpen weisen mehrstufige hydrodynamische Dichtungssysteme mit einer sogenannten kontrollierten Leckage auf. Diese Gleitringdichtungssysteme ermöglichen eine definierte Druckteiiung zwischen den Stufen des Gleitringdichtungssystems sowie die Abfuhr der Wärmeleistung der einzelnen Stufen, die mehrere Kilowatt beträgt. Die kontrollierte Leckage wird im Normalbetrieb von einem Sperrwassersystem überspeißt, das somit auch gegen das System sperrt und verhindert, dass heißes Fördermedium in das Dichtungsgehäuse eintritt. Um die Dichtungspartie vor hohen Temperaturen und - schocks zu schützen, muss sichergestellt werden, dass bei NichtVerfügbarkeit von Sperrwasser entweder das einbrechende Heißwasser gekühlt wird oder die Pumpe ab- gefahren wird und das Leckageventil geschlossen wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die bei Ausfall der Sperrwasserzufuhr ein selbstständiges Blockieren der kontrollierten Leckage herbeiführen und im Weiteren Verlauf blockiert halten kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Pumpenanordnung mit ein Pumpengehäuse, das einen Innenraum mit einer Einlassöffnung zum Ansaugen eines Fördermediums und einer Ausiassöffnung zum Ausstoßen des Fördermediums und eine mit dem Innenraum verbundene Kammer definiert, einem ein erstes Leitungssystem umfassendes Sperrwassersystem zum Zuführen von Sperrwasser in die durch das Pumpengehäuse definierte Kammer, einem zweiten Leitungssystem zum Abführen eines kontrollierten Leckagestroms aus der durch das Pumpengehäuse definierten Kammer und einem im zweiten Leitungssystem angeordneten Schutzventil zum Blockieren des aus der Kammer abgeführten Leckagestroms, gelöst.

Bei einer bevorzugten Umsetzung der Pumpenanordnung ist in der Kammer ein mehr- stufiges hydrodynamisches Dichtungssystem vorgesehen, das die Kammer sicher abdichtet.

In besonderer Ausgestaltung weist das Dichtungssystem mehrere federgelagerte Gleitringdichtungen auf.

Die Sicherheit des Dichtungssystems wird weiter erhöht, wenn das Dichtungssystem eine druckgesteuerte im Betrieb offene Dichtung, insbesondere Stickstoffdichtung, Wasserdichtung oder dergleichen, aufweist. Eine besonders gute Wirkungsweise wird erreicht, wenn über eine Leitung Medium aus dem Leckagestrom entnommen und einem Druckraum in der innerhalb der Kammer angeordneten Dichtung zugeführt wird.

Da das einmal geschlossene Schutzventil nicht in der Lage ist von selbst zu öffnen, so- lange ein Überdruck vor dem Schutzventil herrscht, ist parallel zum Schutzventil eine Absperrarmatur geschaltet.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch Schutzventil mit einem Ventilgehäuseteil, einer in dem Ventilgehäuseteil ausgebildeten Ventilkammer einem am Ventilgehäuseteil angeordneten Ventilgehäusedeckel, der eine mit der Ventilkammer kommunizierende Durchgangsbohrung aufweist, einem am Gehäusedeckel vorgesehen Ventilsitz, einem mit einem Ventilkegel und einer Anlagevorrichtung versehenen Ventilstößel, einer sich am Ventilgehäusedecke! abstützenden und an der Anlagevorrichtung anliegenden Federvorrichtung und mit auf der der Federvorrichtung gegenüberliegenden Seite der Anlagevorrichtung angeordneten sich bei Erwärmung ausdehnende thermoempfindliche Stellglieder, gelöst.

Erfindungsgemäß sind die Stellglieder aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt oder umfassen eine Bimetallanordnung. Dadurch ergibt sich eine vielfältige Ausgestaltungsmöglichkeit der Stellglieder. Die Stellglieder können ring- oder hülsenförmig, ein- oder mehrteilig und/oder tellerfe- derartig ausgebildet sein, wodurch diese den Gegebenheiten in der Ventilkammer optimal anpassbar sind.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Ventilgehäuseteil einen Gehäuseabschnitt mit verringertem Innendurchmesser auf, der als Anlageschulter für die Stellglieder dient.

Erfindungsgemäß ist am an dem Ventilstößel zugewandten Innenumfang des

Gehäuseabschnitts eine Axialnut und am Ventilstößel eine zur Axialnut parallel ausge- richtete Axiafnut ausgebildet, in die eine Passfeder eingesetzt ist. Die somit gebildete Verdrehsicherung hat die Funktion, dass Ventilkegel und Ventilsitz immer an der gleichen Stelle aufeinandertreffen und die Stellglieder nicht verspannt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch die Anwendung eines derartigen Schutz- ventils in einer Pumpenanordnung gelöst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt die Fig. 1 eine erfindungsgemäße Pumpenanordnung, die Fig. 2 den Längsschnitt durch ein in der Pumpenanordnung verwendeten Schutzventils, die

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Schutzventils im Längsschnitt, die

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Pumpenanordnung gemäß Fig.1.

Die Fig. 1 zeigt eine Pumpenanordnung 1 in Form einer Hauptkühlmittelpumpe. Die Pumpenanordnung 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf. Das Pumpengehäuse 2 definiert einen Innenraum 3 mit einer Einlassöffnung 4 zum Ansaugen eines Fördermediums und einer Auslassöffnung 5 zum Ausstoßen des Fördermediums. Der Innenraum 3 ist über eine Öffnung 6 mit einer ebenfalls durch das Pumpengehäuse 2 definierten Kammer 7 verbunden.

Eine Laufradwelle 8 erstreckt sich von dem Innenraum 3 durch die Öffnung 6 in die Kammer 7 und endet nahe bei oder in einer der Öffnung 6 gegenüberliegenden Öffnung 9. Mittels einer in der Kammer 7, nahe der Öffnung 6, untergebrachten Lageranordnung 0 ist die Laufradwelle 8 um eine Drehachse A drehbar gelagert. An einem innerhalb des Innenraumes 3 liegenden Wellenende der Laufradwelle 8 ist ein Laufrad 11 befestigt. Innerhalb der Kammer 7 ist mit einem definierten Abstand zur Lageranordnung 10, ein Hilfslaufrad 12 an der Laufradwelle 8 befestigt. Das nahe der Öffnung 9 befindliche Wellenende der Laufradwelle 8 ist an eine koaxial zur Drehachse A angeordneten Antriebswelle 13 eines Antriebsmotors 14 angeschlossen, wobei das Gehäuse 15 des Antriebsmotors 14 mittels einer Laterne 16 mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. In der Kammer 7 ist ein mehrstufiges hydrodynamisches Dichtungssystem 17 vorgesehen, das mehrere federgelagerte Gleitringdichtungen 18, 19, 20 und bei Bedarf eine druckgesteuerte Dichtung 21, beispielsweise Stickstoffdichtung, Wasserdichtung oder dergleichen, die im Betrieb offensteht, aufweist. Das Dichtungssystem 7 dichtet die Kammer 7 an der Öffnung 9 fluiddicht gegenüber der Umgebung ab.

Während des Betriebs der Pumpenanordnung 1 speist ein wenigstens teilweise einen Fluidkreislauf bildendes Sperrwassersystem 22 über eine Zuleitung 23 zugeführtes Me- dium, beispielsweise Wasser mit gegebenenfalls zugesetzten Additiven nachfolgend Sperrwasser genannt, über ein mit mehreren Absperrarmaturen 24, 25, mehreren Temperatursensoren 26, 27 und einem Kühler 28 versehenen erstes Leitungssystem 29 in die Kammer 7 zwischen dem Hilfslaufrad 12 und dem Dichtungssystem 17 ein. Das Hilfslaufrad 12 fördert dabei einen Teil des Sperrwassers durch die Lageranordnung 10 hindurch. Das Sperrwasser kann dabei durch in der Lageranordnung 10 ausgebildete Kanäle 30 und/oder entlang der nicht dargestellten Gleitlagerflächen geführt werden. Zwischen der Lageranordnung 10 und der Öffnung 6 wird das Sperrwasser wieder aus der Kammer 7 herausgeführt, wobei ein geringer Teil noch in den Innenraum 3 geför- dert wird. Das Sperrwasser verhindert somit das Eindringen des Fördermediums aus dem Innenraum 3 in die Kammer 7 und dient als Kühl- und Schmiermittel für die Lageranordnung 10.

Der andere, nicht durch die Lageranordnung 10 geführte Teil des Sperrwassers bildet einen kontrollierten Leckagestrom und wird über Umgehungskanäle 31 in den Gleitringdichtungen 18, 19 durch diese geführt. Durch in den Umgehungskanälen 31 eingebaute nicht gezeigte Drosselstrecken wird der Druck stufenweise reduziert und damit die Druckbelastung der Gleitringdichtungen 18, 19, 20 aufgeteilt. Die letzte Gleitringdichtung 20 vor der Dichtung 21 weist einen derartigen Umgehungskanal nicht auf. Der Leckagestrom wird zwischen Gleitringdichtung 19 und Gleitringdichtung 20 aus der Kammer 7 heraus und in ein zweites Leitungssystem 32 geführt. Nach dem Verlassen der Kammer 7 passiert der Leckagestrom eine Absperrarmatur 33, einen Temperatursensor 34 und ein Schutzventil 35, wobei eine weitere im Normalbetrieb geschlossene Absperrarmatur 36 parallel zum Schutzventil 35 geschaltet ist.

Ein Erreichen einer Temperatur des Leckagestroms von in der Regel 100°C ist mit einem automatischen Abfahren der Pumpenanordnung 1 verbunden. Dies führt zu einer Reduzierung der Temperatur des sich in der Kammer 7 befindenden Sperrwassers und des Leckagestroms, da Sperrwasser zur Kühlung in die Kammer 7 gepumpt wird.

Bei einer Störung im Sperrwassersystem 22, beispielsweise durch Ausbleiben des über die Zuleitung 23 zugeführten Sperrwassers, erhöht sich die Temperatur innerhalb der Kammer 7 jedoch weiter, da das in die Kammer 7 geförderte Sperrwasser nicht mehr gekühlt wird, oder heißes Fördermedium aus dem Innenraum 3 in die Kammer 7 eindringt. Erreicht das Sperrwasser in der Kammer 7 und somit der Leckagestrom eine bestimmte Temperatur, schließt das Schutzventil 35. Aufgrund der Bauart des Schutz- ventils 35 ist auch nach einem darauffolgenden Absinken der Temperatur ein Öffnen ausgeschlossen.

Eine in der Fig. 2 detailliert dargestellte Ausführungsform des Schutzventils 35 weist ein Ventilgehäuseteil 37 auf, das mit einer Ventilkammer 38 und mehreren um die Ventil- kammer 38 herum angeordneten Durchgangsbohrungen 39 versehen ist, wobei sich die Durchgangsbohrungen 39 parallel zu einer Mittellängsachse B des Ventilgehäuseteils 37 erstrecken. Die Durchgangsbohrungen 39 weisen an ihren Enden Bereiche 40, 41 mit Gewinde auf. An der der Absperrarmatur 33 aus Fig. 1 abgewandten Seite ist ein Ventilgehäusedeckel 42 angeordnet, der eine mit der Ventilkammer 38 kommunizieren- de Durchgangsbohrung 43 aufweist. Der Ventilgehäusedeckel 42 weist mehrere Durchgangsbohrungen 44 auf, die in Überdeckung mit den Durchgangsbohrungen 39 liegend ausgerichtet sind. An der dem Ventilgehäuseteil 37 zugewandten Seite weist der Ventilgehäusedeckel 42 eine konzentrisch zur Mittellängsachse B ausgebildete Ringnut 45 auf, in die eine Dichtungsvorrichtung 46, beispielsweise Spiralgrafitdichtung, O-Ring oder dergleichen, eingelegt ist und die Verbindungsstelle von Ventilgehäuseteil 37 und Ventilgehäusedeckel 42 fluiddicht abdichtet.

Der Ventilgehäusedeckel 42 weist einen in die Ventilkammer 38 ragenden ringartigen Vorsprung 47 auf, dessen freies Ende als Ventilsitz 48 ausgebildet ist, auf den ein in der Ventilkammer 38 platzierter Ventilstößel 49 mit seinem Ventilkegel 49a in Anlage bringbar ist. An dem Ventilgehäusedeckel 42 stützt sich eine Federvorrichtung 50, beispielsweise Tellerfederpaket, Federkäfig, Wellringfeder oder dergleichen, ab und befindet sich in Anlage an einer an dem Ventilstößel 49 ringartig ausgebildeten Anlagevorrichtung 51.

Auf der der Federvorrichtung 50 gegenüberliegenden Seite der Anlagevorrichtung 51 sind mehrere thermoempfindliche Stellglieder 52, 53 angeordnet, die sich bei Erwär- mung in axialer Richtung, d.h. entsprechend der Mittellängsachse B, ausdehnen. Die Stellglieder 52, 53 sind beispielsweise aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt oder umfassen eine Bimetallanordnung. Bei Formgedächtnislegierungen mit Doppelwegeeffekt ziehen sich die Stellglieder 52, 53 bei Abkühlung wieder zusammen, bei Formgedächtnislegierungen mit Einwegeeffekt wird eine Kraft nur in einer Richtung erzeugt, wobei die Rückstellkraft dann von der Federvorrichtung aufgebracht wird. Die Stellglieder 52, 53 können beispielsweise ring- oder hülsenförmig, ein- oder mehrteilig und/oder tellerfederartig ausgebildet sein. Mehrere Stellglieder 52, 53 umgeben dabei den Ventilstößel 49. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist je ein Satz von Stellgliedern 52 bzw. 53 parallel und die Sätze mittels einer Haltevorrichtung 54 zueinander in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung ist vorteilhaft zur Erzeugung eines höheren Stellweges und Redundanz der Stellglieder, die Parallelschaltung zur Erzeugung von höheren Stellkräften.

Die Aniagevorrichtung 51 weist mehrere Durchgangsöffnungen 55 auf, die sich mit in den Stellgliedern 52, 53 vorhandenen Durchgangsöffnungen 56 und in der Haltevorrich- tung 54 ausgebildeten Durchgangsöffnungen 57 überdecken.

Das Ventilgehäuseteil 37 weist einen Gehäuseabschnitt 58 mit verringertem Innendurchmesser auf, der als Anlageschulter für die Stellglieder 53 dient. Der Innendurchmesser des Gehäuseabschnitts 58 ist ein wenig größer als der Ventilstößel 49, sodass dieser entlang der Mittellängsachse B gut hin und her bewegbar ist. Der

Gehäuseabschnitt 58 weist ebenfalls Durchgangsöffnungen 59 auf, die wiederum mit den Durchgangsöffnungen 55, 56, 57 in einer Flucht liegen, sodass der kontrollierte Leckagestrom während des normalen Betriebs ungehindert durch das Schutzventil strömen kann. Zur Erzeugung einer möglichst schnellen und gleichmäßigen Durchwärmung der Stellglieder 52, 53 können die Durchgangsöffnungen 55, 56, 57, 59 so angeordnet werden, dass sie sich axial nicht überdecken. Damit sich der Ventilstößel 49 innerhalb der Ventilkammer 38 nicht drehen kann und die Durchgangsöffnungen 55, 56, 57, 59 nicht mehr in einer Flucht liegen, ist am an dem Ventilstößel 49 zugewandten innenumfang des Gehäuseabschnitts 58 eine Axialnut 60 und am Ventilstößel 49 eine zur Axialnut 60 parallel ausgerichtete Axialnut 61 ausgebildet, in die eine Passfeder 62 eingesetzt ist. Die Verdrehsicherung hat außerdem die Funktion, dass Ventilkegel 49a und Ventilsitz 48 immer an der gleichen Stelle aufeinandertreffen und dass die Stellglieder 52, 53 nicht verspannt werden.

Zum Anschließen des Schutzventils 35 an das in der Fig. 1 gezeigte zweite Leitungssystem 32 ist an der Stirnseite des Ventilgehäuseteils 37 ein sogenannter Bund 63 an- geordnet, der mittels ein an der dem Ventilgehäuseteil 37 gegenüberliegenden Seite angeordneten Losflansch 64 und mittels in die Gewinde im Bereich 41 des

Ventilgehäuseteils 37 einschraubbare Schrauben oder Gewindebolzen 65 mit dem Ventilgehäuseteil 37 verspannt wird. Der Bund 63 weist an der dem Ventilgehäuseteil 37 zugewandten Seite eine Ringnut 66 auf, in der eine Dichtungsvorrichtung 67 ange- ordnet ist und die Verbindungsstelle von Ventilgehäuseteil 37 und Bund 63 fluiddicht abdichtet. Der Bund 63 wird dann an ein Rohrelement des zweiten Leitungssystems 32 angeschweißt.

Auf die gleiche Weise wird ein Bund 68 mit einer Ringnut 69 und einer Dichtungsvor- richtung 70 mittels eines Losflansches 71 und mehrerer Schrauben oder Gewindebolzen 72 mit dem Ventilgehäusedeckel 42 verspannt und an ein Rohrelement des zweiten Leitungssystems 32 angeschweißt.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind der Bund 63 und der Bund 68 an das Ventilgehäuseteil 37 oder den Ventilgehäusedeckel 42 angeschweißt. Bei einer weiteren Ausführungsform sind der Bund 63 und das Ventilgehäuseteil 37 sowie der Bund 68 und der Ventilgehäusedeckel 42 einstückig ausgebildet. im Normalbetrieb wirkt die Federvorrichtung 50 gegen den Leckagestrom und verhindert das Verschließen des Schutzventils 35, da die Federkraft der Federvorrichtung 50 größer gewählt ist als die durch den Flüssigkeitsdruck auf den Ventilstößel 49 wirkende Kraft. Steigt die Temperatur des Leckagestroms infolge einer Störung im Sperrwasserkreislauf an, dehnen sich die Stellglieder 52, 53 in axialer Richtung aus und bewegen den Ventilstößel 49 über die Anlagevorrichtung 51 in Richtung Ventilsitz 48, wobei das Schutzventil 35 geschlossen und der Leckagestrom blockiert wird. Sobald das Ventil fast geschlossen ist, wirkt zu der Schließkraft der Stellglieder 52, 53 noch eine hydrauli- sehe Schließkraft auf den Stößel 49. Dadurch ist auch nach einem darauf folgenden Absinken der Temperatur ein öffnen des Schutzventils 35 ausgeschlossen.

Ein öffnen des Schutzventils 35 nach Absinken der Temperatur ist nur über das Öffnen der in der Fig. 1 gezeigten Absperrarmatur 36 und dem damit verbundenen Druckabbau vor dem Schutzventil 35 oder dem Absinken des Systemdrucks möglich. Das Federelement 50 kann dann den Ventilstößel 49 wieder in seinen Ausgangszustand zurückbringen und so die Funktionsfähigkeit wieder herstellen.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Schutzventils 35. Der

Gehäuseabschnitt 58 mit den Durchgangsöffnungen 59 ist an der dem Bund 63 zugewandten Stirnseite des Ventügehäuseteil 37 ausgebildet. Ein Führungselement 72 mit in einer Flucht mit den Durchgangsöffnungen 59 liegenden Durchgangsöffnungen 73 liegt in der Ventilkammer 38 an dem Gehäuseabschnitt 58 an. Das Führungselement 72 stabilisiert eine Stützfeder 74, die das thermoempfindliche Stellglied 52 an die Anlagevor- richtung 51 des Ventilstößels 49 drückt. Somit wird verhindert, dass sich das Stellglied 52, oder bei einer mehrteiligen Ausführung, Teile davon, bzw. der Ventilstößel 49 unkontrolliert in der Ventilkammer 38 hin und her bewegen oder sich verdrehen. Alternativ kann die Verdrehsicherung, wie zu Fig. 2 beschrieben ausgeführt sein. Durch Wahl eines geeigneten Abstands kann zwischen dem Stellglied 52 und dem Führungselement 72 ein Leerweg erzeugt werden, der zur Einstellung des Schaltpunktes und -kraftver- hältnisses genutzt werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Federvorrichtung 50 durch mehrere Schraubendruckfedern 75 gebildet, die in im Vorsprung 47 des Ventilgehäusedeckels 42 ausgebildeten Sacklöchern 76 angeordnet sind und gegen den Leckagestrom und die Federkraft der Stützfeder 74 wirken.

Die Fig. 4 zeigt eine Darstellung der Pumpenanordnung 1, die im Wesentlichen der in der Fig. 1 gezeigten Darstellung entspricht. Da eine Temperaturerhöhung der Leckage als gravierende Aggregatsstörung der einzige Fall ist, bei dem es zum Druckaufbau vor dem Schutzventil 35 kommt, kann der Druck im zweiten Leitungssystem 32 genutzt werden, eine gegebenenfalls vorhandene druckgesteuerte Dichtung 21 automatisch zu aktivieren und somit die Pumpenanordnung 1 hermetisch abzuriegeln und Dichtheit unabhängig von den Glettringdichtungen 18, 19, 20 zu sichern. Dazu wird zwischen der Absperrarmatur 33 und dem Schutzventil 35 über eine Leitung 77 Medium aus dem Leckagestrom entnommen und einem Druckraum 78 in der innerhalb der Kammer 7 angeordneten Dichtung 21 zugeführt.

Bezugszeichenliste

1 Pumpenanordnung 29 erstes Leitungssystem

2 Gehäuse 30 Kanal

3 Innenraum 31 Umgehungskanal

4 Einlassöffnung 32 zweites Leitungssystem

5 Auslassöffnung 33 Absperrarmatur

6 Öffnung 34 Temperatursensor

7 Kammer 35 Schutzventil

8 Laufradwelle 36 Absperrarmatur

9 Öffnung 37 Ventilgehäuseteil

10 Lageranordnung 38 Ventilkammer

1 Laufrad 39 Durchgangsbohrung

12 Hilfslaufrad 40 Bereich mit Gewinde

13 Antriebswelle 41 Bereich mit Gewinde

14 Antriebsmotor 42 Ventilgehäusedeckel

15 Motorgehäuse 43 Durchgangsbohrung

16 Laterne 44 Durchgangsbohrung

17 Dichtungssystem 45 Ringnut

18 Gleitringdichtung 46 Dichtungsvorrichtung

19 Gleitringdichtung 47 Vorsprung

20 Gieitringdichtung 48 Ventilsitz

21 Dichtung 49 Ventilstößel

22 Sperrwassersystem 49a Ventilkegel

23 Zuleitung 50 Federvorrichtung

24 Absperrarmatur 51 Anlagevorrichtung

25 Absperrarmatur 52 Stellglied

26 Temperatursensor 53 Stellglied

27 Temperatursensor 54 Haltevorrichtung

28 Kühler 55 Durchgangsöffnung Durchgangsöffnung 70 Dichtungsvorrichtung Durchgangsöffnung 71 Losfiansch

Gehäuseabschnitt 72 Führungselement Durchgangsöffnung 73 Durchgangsöffnung Axialnut 74 Stützfeder

Axialnut 75 Schraubendruckfeder Passfeder 76 Sackloch

Bund 77 Leitung

Losflansch 78 Druckraum

Gewindebolzen

Ringnut

Dichtungsvorrichtung A Drehachse

Bund B Mittellängsachse Ringnut