Octrooiraad
©ATerinzagelegging @ 8003858 Nederland
(§1
NL
@
Straalpomp met labyrintdichting.
©
Int.CI3.: F04F5/44, G21C15/00.
@
Aanvrager: General Electric Company te Schenectady, New York, Ver. St. v. Am.
@
Gem.: Ir. G.H. Boelsma c.s. Octrooibureau Polak & Charlouis Laan Copes van Cattenburch 80 2585 GD 's-Gravenhage.
@
Aanvrage Nr. 8 0 0 3 8 5 8 .
@
Ingediend 3 juli 1980. Voorrang vanaf 12 juli 1979.
@
Land van voorrang: Ver. St. v. Am. (US).
@
Nummer van de voorrangsaanvrage: 5 6 8 1 3 .
©
@
Ter inzage gelegd 14 januari 1981.
De aan dit blad gehechte stukken zijn een afdruk van de oorspronkelijk ingediende beschrijving met conclusie(s) en eventuele tekening(en).
P & c W 2348-1060 Ned.M/EvF
Straalpomp met l a b y r i n t d i c h t i n g .
Het g e b r u i k van straalpompen voor h e t doen c i r c u l e r e n van een v l o e i b a a r k o e l m i d d e l , z o a l s w a t e r , door de b r a n d s t o f k e r n van een k e r n r e a c t o r opgenomen binnen een drukvat i s algemeen bekend, z o a l s b l i j k t u i t de Amerikaanse o c t r o o i s c h r i f t e n n r s . 3 , 3 7 8 , 4 5 6 ; 5
3,389,055;
3,625,820
en 3 , 8 3 8 , 0 0 2 . Een straalpomp maakt g e b r u i k van een stroom van een a a n d r i j v e n d o f beweegbaar f l u i d u m van hoge s n e l h e i d voor h e t a a n d r i j v e n van een stroom van aangedreven o f aangezogen f l u i d u m door i m p u l s u i t w i s s e l i n g t u s s e n de b e i d e stromen. B i j een bekende s t r a a l p o m p c o n s t r u c t i e wordt een s t e r k
10
convergerende z u i g i n l a a t s e c t i e ondergedompeld i n h e t aangedreven f l u ï d u m . Een mondstuk i s g e p l a a t s t n a b i j de z u i g i n l a a t s e c t i e ,
w a a r b i j h e t mondstuk
een a a n d r i j v e n d f l u ï d u m onder hoge druk opneemt en een stroom van aand r i j v e n d f l u ï d u m van hoge s n e l h e i d d i r i g e e r t i n de z u i g i n l a a t s e c t i e waardoor aangedreven f l u ï d u m wordt m e e g e s l e u r d en gedreven i n een l a n g 15
w e r p i g e k e e l - o f m e n g s e c t i e , waar impuls wordt u i t g e w i s s e l d t u s s e n h e t a a n d r i j v e n d e en h e t aangedreven f l u ï d u m . De r e s u l t e r e n d e stroom v e r l a a t de m e n g s e c t i e en t r e e d t een d i v e r g e r e n d e d i f f u s i e s e c t i e b i n n e n , waarin de s t r o o m s n e l h e i d afneemt en de druk s t i j g t . B i j een t y p e r e n d e k e r n r e a c t o r i n s t a l l a t i e ,
20
z o a l s weergegeven i n
f i g u u r 2B van h e t Amerikaanse o c t r o o i s c h r i f t 3 , 3 8 9 , 0 5 5 z i j n de straalpompen v e r t i k a a l gemonteerd en omlaag g e r i c h t i n een r i n g v o r m i g e f l u ï d u m d a a l b u i s , d i e de kern van de k e r n r e a c t o r o m g e e f t , waardoor de werking ervan h e t k o e l m i d d e l onder druk b r e n g t i n een kamer beneden de kern t e n e i n d e daardoor h e t k o e l m i d d e l omhoog t e d r i j v e n door de b r a n d s t o f s a m e n s t e l l e n
25
van de
kern. Z o a l s besproken i n h e t Amerikaanse o c t r o o i s c h r i f t
3,389.055
en weergegeven i n f i g u u r 5 daarvan worden de m e n g s e c t i e en de d i f f u s i e s e c t i e v e r e n i g d door een met s p e l i n g p a s s e n d e g l i j v e r b i n d i n g .
Dit
v e r g e m a k k e l i j k t h e t t i j d e n s h e t s t i l l e g g e n van de r e a c t o r v e r w i j d e r e n 30
van de m e n g s e c t i e en andere b o v e n s t e d e l e n van de s t r a a l p o m p , welke o n d e r h e v i g z i j n aan de g r o o t s t e s l i j t a g e , voor i n s p e c t i e en r e p a r a t i e o f v e r v a n g i n g a l naar g e l a n g z u l k s gewenst i s . De g l i j v e r b i n d i n g e v e n e e n s mechanische spanning a l s g e v o l g van t h e r m i s c h e
elimineert
uitzettings-
v e r s c h i l l e n t u s s e n h e t drukvat van k o o l s t o f s t a a i en de straalpompen en 35
k e r n o n d e r s t e u n i n g s c o n s t r u c t i e van r o e s t v r i j s t a a l . Omdat e r een d r u k v e r s c h i l p l a a t s v i n d t o v e r de g l i j v e r b i n d i n g , z a l daardoor een l e k s t r o o m van f l u ï d u m o p t r e d e n . Een b e p e r k t e h o e v e e l h e i d
8
0 0 385 8
- 2 l e k s t r o o m door de g l i j v e r b i n d i n g i s g e w e n s t om de v e r b i n d i n g schoon t e maken en om t e voorkomen d a t v u i l i n c o r r o s i e p r o d u k t e n d a a r i n o p g e s t a p e l d worden, welke de v e r b i n d i n g zouden kunnen v e r s t o p p e n . E c h t e r een b u i t e n s p o r i g e l e k s t r o o m b l i j k t een ongewenste 5
trilling
van de straalpomp t e v e r o o r z a k e n . Daarom i s h e t n o o d z a k e l i j k om de l e k stroom t e beperken t o t een s n e l h e i d k l e i n e r dan welke de s c h a d e l i j k e t r i l l i n g opwekt. Een m o g e l i j k e u i t w e g om de l e k s t r o o m t e beperken i s h e t v e r h i n deren van de r i n g v o r m i g e s p e l i n g van de g l i j v e r b i n d i n g .
10
D i t zou e c h t e r
met z i c h mee brengen d a t de v e r v a a r d i g i n g s t o l e r a n t i e s binnen nauwere grenzen moeten komen t e l i g g e n met de b i j b e h o r e n d e hoge k o s t e n en t e v e n s een toename van de m o g e l i j k h e i d van v e r s t o p p i n g van de v e r b i n d i n g . Een andere m o g e l i j k h e i d i s h e t g e b r u i k van een b e p a a l d e s o o r t
afdichtingsring.
D i t i s ongewenst wegens de m o e i l i j k h e i d om d e r g e l i j k e o n d e r d e l e n op 15
afstand t e hanteren
en wegens de m o g e l i j k h e i d t o t breuk i n b e d r i j f met h e t
gevaar d a t gebroken o n d e r d e l e n v e r v o e r d kunnen worden t o t i n en gedeponeerd worden i n de r e a c t o r k e r n . V o o r t s i s h e t gewenst om de l e k s t r o o m t e beperken zonder a a n v u l l e n d e o n d e r d e l e n en zonder een toename van de a f m e t i n g e n van de o n d e r d e l e n . 20
De v o o r d e l e n van de u i t v i n d i n g worden v e r k r e g e n door i n de r i n g v o r m i g e ruimte van de m e n g - d i f f u s i e g l i j v e r b i n d i n g een
labyrintdichting
t e v e r s c h a f f e n i n de vorm van een r e e k s stroomexpansiekamers, d i e d e s t r o m i n g s w e e r s t a n d v e r g r o t e n en vandaar de l e k s t r o o m v e r l a a g t . De expansiekamers kunnen worden v e r k r e g e n door een r e e k s van 25
o n d e r l i n g v e r s p r e i d e r i n g v o r m i g e groeven gevormd i n h e t
glijverbindings-
oppervlak gevormd i n de mengeenheid o f i n h e t g l i j v e r b i n d i n g s o p p e r v l a k met de d i f f u s o r . Het a a n t a l en de a f m e t i n g e n van de groeven kunnen worden g e s e l e c t e e r d t e r v e r s c h a f f i n g van de g e w e n s t e l e k s t r o o m w e e r s t a n d .
Aldus
worden geen a a n v u l l e n d e o n d e r d e l e n v e r e i s t en a a n g e z i e n de g r o e v e n 30
b e t r e k k e l i j k o n d i e p kunnen z i j n behoeven de a f m e t i n g e n van de o n d e r d e l e n van de g l i j v e r b i n d i n g normaal n i e t t e worden v e r g r o o t . De u i t v i n d i n g z a l h i e r o n d e r aan de hand van de f i g u r e n der b i j gaande t e k e n i n g e n nader worden t o e g e l i c h t . Fig.
35
1 g e e f t een v e r e e n v o u d i g d e v o o r s t e l l i n g i n
langsdoorsnede
van een straalpomp; f i g . 2 t o o n t op v e r g r o t e s c h a a l een a a n z i c h t van de g l i j v e r b i n d i n g van de straalpomp waarbij een l a b y r i n t d i c h t i n g weergegeven wordt gevormd door g r o e v e n i n h e t g l i j v e r b i n d i n g s g e d e e l t e van de meng-
8003858
sectie; fig.
3 g e e f t op v e r g r o t e s c h a a l een a a n z i c h t van de g l i j -
v e r b i n d i n g van de s t r a a l p o m p , w a a r b i j een l a b y r i n t d i c h t i n g wordt w e e r g e g e v e n , d i e gevormd wordt door g r o e v e n i n h e t 5 van de d i f f u s i e s e c t i e ;
glijverbindingsgedeelte
en
f i g . 4 t o o n t op v e r g r o t e s c h a a l een a a n z i c h t van de g l i j v e r b i n d i n g van de s t r a a l p o m p , w a a r b i j de l e k s t r o o m , de a f m e t i n g e n van de a f d i c h t i n g en de a f m e t i n g e n van een s p e c i f i e k v o o r b e e l d g e ï l l u s t r e e r d worden. 10
Een straalpomp z o a l s weergeven i n de v e r e e n v o u d i g d e vorm i n f i g .
uitvoerings-
1 b e v a t e e n mondstuk 73, een i n l a a t s e c t i e 6 0 , een m e n g s e c t i e
62 en een d i f f u s i e s e c t i e 63. Verdere d e t a i l s van de c o n s t r u c t i e en werking van een d e r g e l i j k e straalpomp i n een k e r n r e a c t o r worden weergegeven en b e s c h r e v e n i n h e t h i e r v o o r genoemde Amerikaanse o c t r o o i s c h r i f t 15
3,389,055.
Voor g e b r u i k i n een k e r n r e a c t o r d u i k t de m e n g s e c t i e 62 aan h e t o n d e r e i n d e ervan i n de d i v e r g e r e n d e d i f f u s i e s e c t i e 63 waarmee h e t
is
verbonden door middel van een g l i j v e r b i n d i n g 11 om v e r w i j d e r i n g en o n d e r houd van de m e n g s e c t i e en andere b o v e n s t e g e d e e l t e n van de straalpomp t e v e r g e m a k k e l i j k e n en om v e r s c h i l l e n i n t h e r m i s c h e u i t z e t t i n g m o g e l i j k 20 t e maken. De g l i j v e r b i n d i n g 11 wordt gevormd door een g l i j v e r b i n d i n g s g e d e e l t e 12 aan h e t o n d e r s t e e i n d e van de m e n g s e c t i e en door een
güj-
v e r b i n d i n g s g e d e e l t e 13 aan h e t b o v e n s t e e i n d e van de d i f f u s i e s e c t i e . Deze g l i j v e r b i n d i n g g e d e e l t e n worden z o d a n i g gevormd, d a t z i j
daartussen
25 een r i n g v o r m i g e s p e e l r u i m t e 14 v e r s c h a f f e n . Aangezien e r een d r u k v e r s c h i l o v e r
g ü j v e r b i n d i n g 11 b e s t a a t , wanneer de pomp i n werking i s ,
i s e r een l e k s t r o o m van f l u ï d u m door de s p e e l r u i m t e 14 van de g l i j v e r b i n d i n g z o a l s weergegeven door de s t i p p e l l i j n
16.
Met de minimaal g e w e n s t e s p e e l r u i m t e 14 b l e e k d a t onder werk30 omstandigheden de l e k s t r o o m v o l d o e n d e was om ongewenste e r n s t i g e door l e k s t r o o m opgewekte t r i l l i n g e n van de straalpomp t e v e r o o r z a k e n . In overeenstemming met de u i t v i n d i n g wordt de l e k s t r o o m door de g l i j v e r b i n d i n g 11 verminderd t o t een waarde beneden d i e welke onaanvaardbare t r i l l i n g e n opwekt, en wel door een l a b y r i n t d i c h t i n g t e vormen 35 i n de g l i j v e r b i n d i n g , welke de stroomweerstand v e r g r o o t . Z o a l s weergegeven i n f i g . 2 wordt een d e r g e l i j k e
afdichting
v e r k r e g e n door een a a n t a l v e r s p r e i d a a n g e b r a c h t e g r o e v e n 17 gevormd i n h e t b u i t e n o p p e r v l a k van h e t g l i j v e r b i n d i n g s g e d e e l t e
8003858
12 van de m e n g s e c t i e .
_ 4 A n d e r z i j d s kan een s o o r t g e l i j k e r e e k s g r o e v e n 17' worden gevormd i n h e t binnenoppervlak van h e t g l i j v e r b i n d i n g s g e d e e l t e van de d i f f u s i e s e c t i e zoals: weergegeven i n f i g .
3.
Een v e r d e r e b e s p r e k i n g van de l a b y r i n t d i c h t i n g v o l g e n s de 5
u i t v i n d i n g g e s c h i e d t onder v e r w i j z i n g naar h e t i n f i g . 4 g e ï l l u s t r e e r d e voorbeeld. De g r o e v e n 17 v e r o o r z a k e n a f w i s s e l e n d e g r o t e v e r a n d e r i n g e n
in
de s t r o o m s n e l h e i d van de l e k s t r o o m wanneer d e z e met hoge s n e l h e i d door h e t s m a l l e s p l e e t g e d e e l t e l o o p t en een p l o t s e l i n g e 10
snelheidsverlaging
e r v a a r t wanneer z i j o v e r g a a t i n h e t g r o t e r e g e b i e d van h e t g r o e f g e d e e l t e . Gemeend wordt d a t de g r o t e toename van de stroomweerstand v e r k r e g e n door de v e r s p r e i d g e l e g e n g r o e v e n h e t g e v o l g i s van s t r o o m s c h e i d i n g en de vorming van d r a a i k o l k e n 18 i n de g r o e v e n , welke d r a a i k o l k e n een z o d a n i g e b e w e g i n g s r i c h t i n g hebben ( z o a l s aangegeven door de p i j l k o p p e n )
15
d a t z i j t e g e n g e s t e l d z i j n aan de r i c h t i n g van de l e k s t r o o m en daardoor de lekstroomweerstand vergroten. De d o e l t r e f f e n d h e i d van de a f d i c h t i n g b i j toename van de s t r o o m w e e r s t a n d wordt b e ï n v l o e d door de a f m e t i n g e n ervan z o a l s aangegeven i n f i g . 4 , n a m e l i j k de b r e e d t e d van de r i n g v o r m i g e s p l e e t 14 en de b r e e d t e S,
20
de d i e p t e g en de a f s t a n d B van de g r o e v e n 17. Stroomweerstand kan worden v e r g r o o t door h e t v e r g r o t e n van h e t a a n t a l groeven ( d . w . z .
een g r o t e r e a f d i c h t l e n g t e )
door de s p l e e t b r e e d t e
d t e v e r l a g e n , door de g r o e f d i e p t e g t e v e r g r o t e n , door de g r o e f a f s t a n d B t e v e r l a g e n en door de g r o e f b r e e d t e S t e l a t e n afnemen. 25
B i j ' t o e p a s s i n g e n van de u i t v i n d i n g i s h e t w a a r s c h i j n l i j k d a t sommige a f m e t i n g e n van de a f d i c h t i n g b e g r e n s d worden door p r a k t i s c h e overwegingen z o a l s v e r v a a r d i g i n g s t o l e r a n t i e s ,
b e s c h i k b a r e ruimte en
handhaving van de c o m p o n e n t s t e r k t e . B i j v o o r b e e l d wordt de s p l e e t b r e e d t e d b e p e r k t door v e r v a a r d i g i n g s t o l e r a n t i e s 30
(zoals hiervoor besproken),
g r o e f d i p e t e g , b r e e d t e S en a f s t a n d B moeten worden g e s e l e c t e e r d
ter
v e r m i j d i n g van een ongewenste verzwakking van de component, waarin de g r o e v e n worden gevormd en h e t a a n t a l g r o e v e n ( d . w . z de a f d i c h t i n g s l e n g t e ) wordt b e p e r k t t o t de l e n g t e van h e t g l i j v e r b i n d i n g s g e d e e l t e van de s t r a a l pomp. 35
De a f m e t i n g e n van h e t s p e c i f i e k e v o o r b e e l d worden u i t e e n g e z e t i n f i g . 4 , w a a r b i j r = de b u i t e n s t r a a l van h e t
glijverbindingsgedeelte
12 van de m e n g s e c t i e . Beproevingen van de straalpomp gevormd met een d e r g e l i j k e a f d i c h t i n g gaf een r e d u c t i e i n l e k s t r o o m aan i n de orde van
8003858
40% en een r e d u c t i e van de stroom opgewekt door t r i l l i n g e n t o t een a c c e p t a b e l n i v e a u o v e r h e t g e h e l e werkbereik van de straalpomp. Voor een b i j z o n d e r e t o e p a s s i n g kunnen de a f m e t i n g e n en o p s t e l l i n g v a n de groeven van de a f d i c h t i n g h e t b e s t b e p a a l d worden door 5
r o u t i n e ë x p e r i m e n t t e r v e r s c h a f f i n g van de g e w e n s t e mate van l e k s t r o o m r e d u c t i e en de g e w e n s t e mate van v r i j h e i d u i t de door de stroom o p gewekte
trilling.
10
8 00 3 8 5 8
- 6 C O N C L U S I E S
1.
Kernreactor met t e n m i n s t e één straalpomp voor h e t doen c i r c u l e r e n
van een k o e l m i d d e l door de kern van de r e a c t o r , welke straalpomp een mengs e c t i e en een d i f f u s i e s e c t i e omvatten v e r e n i g d door een g l i j v e r b i n d i n g 5
met een r i n g v o r m i g e s p e e l r u i m t e , gekenmerkt door een r e e k s v e r s p r e i d aangebrachte h o l t e s , d i e een l a b y r i n t d i c h t i n g vormen i n de r i n g v o r m i g e ruimte om l e k s t r o o m van h e t k o e l m i d d e l door de ruimte t e v e r m i n d e r e n , waardoor de door de stroom opgewekte t r i l l i n g e n van de straalpomp t o t een aanvaardbaar n i v e a u wordt t e r u g g e b r a c h t .
10
2.
Straalpomp v o l g e n s c o n c l u s i e 1, met h e t kenmerk, d a t de r e e k s
h o l t e s wordt v e r s c h a f t door een r e e k s groeven gevormd i n h e t g l i j v e r b i n d i n g s o p p e r v l a k van de m e n g s e c t i e . 3.
Straalpomp v o l g e n s c o n c l u s i e 1, met h e t kenmerk, d a t de r e e k s
h o l t e n v e r k r e g e n wordt door een r e e k s groeven gevormd i n h e t 15
glijverbindings-
oppervlak van de d i f f u s i e s e c t i e . 4.
Straalpomp v o o r z i e n van een m e n g s e c t i e en een d i f f u s i e s e c t i e
v e r e n i g d door een g l i j v e r b i n d i n g , b e v a t t e n d e een a a n t a l v e r s p r e i d g e l e g e n r i n g v o r m i g e u i t z e t t i n g s h o l t e s i n de g l i j v e r b i n d i n g t e n e i n d e daardoor de fluïdumstroomweerstand door de g l i j v e r b i n d i n g t e doen toenemen en daardoor 20
de erdoor heen gaande f l u ï d u m l e k s t r o o m t e verminderen. 5.
Straalpomp v o l g e n s c o n c l u s i e 4 , met h e t kenmerk, d a t een a a n t a l
h o l t e s gevormd worden van v e r s p r e i d g e l e g e n r i n g v o r m i g e g r o e v e n i n h e t g l i j v e r b i n d i n g s o p p e r v l a k van de m e n g s e c t i e . 6. 25
Straalpomp v o l g e n s c o n c l u s i e 4, b e v a t t e n d e h e t vormen van de
h o l t e s door een r e e k s van v e r s p r e i d g e l e g e n r i n g v o r m i g e groeven i n h e t g l i j v e r b i n d i n g s o p p e r v l a k van de d i f f u s i e s e c t i e .
30
8003858
Fig. 2
Fig. i
8003858
d B r S 9 3.30 0.20 2.54 2.79 11.05 mm mm mm mm cm
Fig. 4 Fig. 3
800388
8
