DE1273117B

DE1273117B - Compressor or vacuum pump for reactor operation

Info

Publication number: DE1273117B
Application number: DEB76757A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Heinrich Gnutzmann; Dipl-Ing Josef Schoening
Original assignee: Brown Boveri Krupp Reaktorbau GmbH
Current assignee: Brown Boveri Krupp Reaktorbau GmbH
Priority date: 1964-05-14
Filing date: 1964-05-14
Publication date: 1968-07-18

Description

Kompressor oder Vakuumpumpe für den Reaktorbetrieb Die Erfindung betrifft einen Kompressor oder eine Vakuumpumpe für den Reaktorbetrieb, mit extrem hohen Betriebstemperaturen, die wesentlich über dem Schmelzpunkt eines ersten Sperrmediums liegen, und mit extrem hoher Dichtigkeit nach außen und zwischen Antriebs- und Förderseite, bei dem zwischen Antriebs- und Förderseite zwei flüssige Sperrmedien hintereinandergeschaltet sind, von denen das erste in einer an der inneren Zylinderwandung befindlichen ringartigen Kammer untergebracht ist und das zweite den Raum zwischen Antriebs- und Förderkolben ausfüllt. Eine extrem hohe Dichtigkeit wird immer dann von dem Fördermechanismus verlangt, wenn die zu fördernden Stoffe gas- oder dampfförmig sind und besondere Eigenschaften aufweisen, z. B. Giftigkeit oder Radioaktivität, so daß sie auf keinen Fall aus dem Kompressor oder der Vakuumpumpe austreten dürfen. Auch zur Förderung besonders wertvoller Medien, bei denen schon kleinste Verluste einen großen Schaden bedeuten würden, müssen Fördermechanismen verwendet werden, deren Dichtigkeit extrem hoch ist.Compressor or vacuum pump for reactor operation The invention relates to a compressor or a vacuum pump for reactor operation, with extremely high Operating temperatures significantly above the melting point of a first barrier medium and with extremely high tightness to the outside and between the drive and conveying side, in which two liquid barrier media are connected in series between the drive side and the conveying side are, of which the first in a ring-like located on the inner cylinder wall Chamber is housed and the second the space between the drive and delivery piston fills out. An extremely high level of tightness is then always provided by the conveying mechanism required if the substances to be conveyed are gaseous or vaporous and special Have properties, e.g. B. Toxicity or radioactivity so that they do not affect any Case from the compressor or the vacuum pump. Also for promotion particularly valuable media, where even the smallest loss can cause great damage would mean, conveyor mechanisms must be used, the tightness of which is extremely is high.

Bekannt ist ein Kompressor, bei dem zwischen Antriebs- und Förderseite zwei mit flüssigen Medien gefüllte Kammern hintereinandergeschaltet sind. Diese Kammern enthalten jedoch die gleiche Flüssigkeit und stehen über ein Leistungssystem miteinander in Verbindung. Zur Abdichtung der Sperrflüssigkeit gegen das zu fördernde Medium ist hierbei eine Membran angeordnet, die die obere Sperrkammer nach oben abschließt. Die Anordnung dieser Membran, die einerseits an dem Förderkolben und andererseits an der Zylinderwandung befestigt und großen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, macht es notwendig, daß an die Druckkammer ein kompliziertes Regelsystem angeschlossen ist, das in Abhängigkeit von der Bewegung des Förderkolbens für den Druckausgleich der in der einen Kammer befindlichen Flüssigkeit sorgt.A compressor is known in which between the drive and delivery side two chambers filled with liquid media are connected in series. These However, chambers contain the same fluid and are above a power system in connection with each other. To seal the barrier liquid against the pumped liquid Medium here is a membrane arranged, which the upper barrier chamber upwards concludes. The arrangement of this membrane, on the one hand on the delivery piston and on the other hand attached to the cylinder wall and great mechanical stresses is exposed, makes it necessary that a complicated control system is applied to the pressure chamber is connected, depending on the movement of the delivery piston for the Ensures pressure equalization of the liquid in one chamber.

Weiterhin ist es bei Kompressoren bekannt, als Abdichtung zwischen Förder- und Antriebsseite elastische Trennwände in Form eines Faltenbalges bzw. einer Membran anzuordnen. Diese Trennwände haben jedoch den Nachteil, daß sie bei längerem Betrieb infolge Ermüdung des Materials undicht werden.It is also known in compressors as a seal between Conveyor and drive side elastic partition walls in the form of a bellows or to arrange a membrane. However, these partitions have the disadvantage that they at leaks after prolonged operation as a result of material fatigue.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kompressor oder eine Vakuumpumpe der eingangs genannten Art anzugeben, die beide die Forderung nach extrem hoher Dichtigkeit erfüllen, so daß sie gefahrlos zur Förderung der oben beschriebenen Medien eingesetzt werden können. Die Dichtigkeit soll dabei sowohl nach außen als auch von der Förderseite zur Antriebsseite hin gewährleistet sein bei hoher Betriebssicherheit.The object of the invention is to provide a compressor or a vacuum pump of the type mentioned at the beginning, both of which meet the requirement for extremely high levels Meet tightness, so that they can safely promote the above described Media can be used. The tightness should be both to the outside also be guaranteed from the conveying side to the drive side with high operational reliability.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste Sperrmedium einen hohen Siedepunkt und einen sehr hohen Dampfdruck besitzt, daß die ringartige Kammer nach oben offen ist und auf der einen Seite von der Zylinderwandung und auf der anderen Seite von einer an der Zylinderwandung befestigten, ringförmig angeordneten Trennwand begrenzt ist und daß ein mit dem Förderkolben verbundener Hohlzylinder in die ringartige Kammer eintaucht. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß ein an der Förderseite des Kompressors oder der Vakuumpumpe anstehendes gasförmiges Medium gegen die Antriebsseite und nach außen völlig abgedichtet wird. Der erfindungsgemäße Fördermechanismus ist für hohe und niedrige Förderdrücke geeignet, und es lassen sich durch ihn große und kleine Mengen transportieren. Da das in der ringartigen Kammer anstehende Sperrmedium beim Förderhub nicht bewegt wird, ist die Hubzahl pro Zeiteinheit von dieser Seite her nicht begrenzt. Durch den hohen Siedepunkt und Dampfdruck des an der Förderseite anstehenden Sperrmediums ist gewährleistet, daß das zu fördernde Medium sich nicht mit dem Sperrmedium anreichert. Der Antrieb des Kompressors oder der Vakuumpumpe kann sowohl direkt als auch indirekt erfolgen.This object is achieved according to the invention in that the first barrier medium has a high boiling point and a very high vapor pressure that the ring-like Chamber is open at the top and on one side of the cylinder wall and on the other side of a ring-shaped one fastened to the cylinder wall Partition wall is limited and that a hollow cylinder connected to the delivery piston immersed in the ring-like chamber. By this arrangement it is achieved that a gaseous material on the delivery side of the compressor or the vacuum pump Medium is completely sealed against the drive side and to the outside. The inventive Delivery mechanism is suitable for high and low delivery pressures, and let it large and small quantities can be transported through it. Since that in the ring-like The sealing medium in the chamber is not moved during the delivery stroke, is the number of strokes per unit of time not limited from this side. Because of the high boiling point and the vapor pressure of the barrier medium on the delivery side is guaranteed, that the medium to be conveyed does not become enriched with the barrier medium. The drive the compressor or the vacuum pump can be done both directly and indirectly.

Als erstes, also in der ringartigen Kammer befindliches Sperrmedium wird mit Vorteil Gallium verwendet, das bereits bei normaler Betriebstemperatur flüssig ist und einen außerordentlich hohen Dampfdruck und Siedepunkt hat.As the first barrier medium located in the ring-like chamber Gallium is used to advantage, which is already at normal operating temperature is liquid and has an extraordinarily high vapor pressure and boiling point.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kompressors oder der Vakuumpumpe dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Kompressor mit direktem Antrieb im Schnitt, F i g. 2 einen Kompressor mit indirektem Antrieb im Schnitt, F i g. 3 eine Vakuumpumpe mit indirektem Antrieb im Schnitt und F i g. 4 eine Führung für den Förderkolben eines Kompressors oder einer Vakuumpumpe.In the drawing are several embodiments of the invention Compressor or the vacuum pump shown, namely shows F i G. 1 shows a cross-section of a compressor with direct drive, FIG. 2 a compressor with indirect drive in section, F i g. 3 a vacuum pump with indirect drive in section and FIG. 4 a guide for the delivery piston of a compressor or a vacuum pump.

In der F i g. 1 ist ein Teil eines Zylinders 1 eines Kompressors dargestellt, in dem erfindungsgemäß eine Sperrflüssigkeit vorgesehen ist. Diese Sperrflüssigkeit, z. B. Gallium, befindet sich in einer an der inneren Zylinderwand angebrachten ringartigen Kammer 2, und zwar zwischen dem Antriebskolben 3 und dem Förderkolben 4 des Kompressors. Mit dem Förderkolben 4 fest verbunden ist ein dünnwandiger Hohlzylinder 5, der auf seinem ganzen Umfang in die ringartige Kammer 2 eintaucht. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß ein an der Förderseite 6 des Kompressors anstehendes Medium gegen die Antriebsseite 7 völlig abgedichtet wird, da das in der ringartigen Kammer 2 befindliche Gallium als Diffusionssperre wirkt. Um zu erreichen, daß beim Druckhub so wenig Gallium wie möglich aus der ringartigen Kammer 2 herausgedrückt wird, ist in dieser Kammer 2 ein Labyrinthsystem 8 eingebaut. Mit der ringartigen Kammer 2 ist eine ebenfalls ringförmig angeordnete Auffangschale 9 verbunden, die eventuell aus der ringartigen Kammer 2 herausgedrückte Galliummengen in die Kammer zurückleitet.In FIG. 1 shows part of a cylinder 1 of a compressor, in which a barrier liquid is provided according to the invention. This barrier fluid, z. B. gallium, is located in a ring-like attached to the inner cylinder wall Chamber 2, between the drive piston 3 and the delivery piston 4 of the compressor. Fixed to the delivery piston 4 is a thin-walled hollow cylinder 5, which is on its entire circumference is immersed in the ring-like chamber 2. Through this arrangement is achieved that a pending on the delivery side 6 of the compressor against the drive side 7 is completely sealed because that in the ring-like chamber 2 located gallium acts as a diffusion barrier. To achieve that during the pressure stroke as little gallium as possible is pushed out of the ring-like chamber 2 is A labyrinth system 8 is built into this chamber 2. With the ring-like chamber 2 is also a ring-shaped collecting tray 9 connected, which may from the ring-like chamber 2 expelled gallium flows back into the chamber.

In der F i g. 2 ist ein erfindungsgemäßer Kompressor gezeigt, dessen Antrieb indirekt erfolgt. Das zwischen dem Antriebskolben 3 und dem Förderkolben 4 befindliche Antriebsmittel dient gleichzeitig als Schmiermittel für den Antriebskolben 3 und den Förderkolben 4, der auf der Antriebsseite eine Führung 10 aufweist. Zwischen den beiden Kolben befindet sich wieder die ringartige Kammer 2, welche Gallium als erste Sperrflüssigkeit enthält. Eine zweite Diffusionssperre wird von dem Antriebsmittel gebildet, das einen weit niedrigeren Siedepunkt als Gallium hat und eine eventuelle Gasdiffusion an der Zylinderwand entlang von der Förder- zur Antriebsseite 6, 7 unterbindet. Ferner bewirkt das Antriebsmittel Druckausgleich für das Gallium, so daß sich bei indirektem Antrieb der Einbau eines Labyrinthsystems in die ringartige Kammer 2 erübrigt.In FIG. 2, an inventive compressor is shown, its Drive takes place indirectly. That between the drive piston 3 and the delivery piston 4 located drive means also serves as a lubricant for the drive piston 3 and the delivery piston 4, which has a guide 10 on the drive side. Between the two pistons is again the ring-like chamber 2, which gallium as contains first barrier liquid. A second diffusion barrier is provided by the drive means formed, which has a far lower boiling point than gallium and a possible Gas diffusion along the cylinder wall from the delivery to the drive side 6, 7 prevents. Furthermore, the drive means effects pressure equalization for the gallium, see above that with indirect drive the installation of a labyrinth system in the ring-like Chamber 2 unnecessary.

Die F i g. 3 zeigt den Teil eines Zylinders 1 einer Vakuumpumpe, deren Antrieb durch den Kolben 3 über das Antriebs- und Schmiermittel erfolgt, das gleichzeitig als zweite Diffusionssperre dient. Da bei diesem Fördermechanismus die Gefahr besteht, daß bei Unterdruck das Antriebsmittel ausdampft, ist zwischem dem Antriebskolben 3 und dem Förderkolben 4 eine bewegliche Kopplung 11 vorgesehen, die z. B. die in der F i g. 3 dargestellte Form haben kann.The F i g. 3 shows part of a cylinder 1 of a vacuum pump, whose Drive by the piston 3 takes place via the drive and lubricant, which at the same time serves as a second diffusion barrier. Since with this funding mechanism there is a risk of that the drive means evaporates at negative pressure, is between the drive piston 3 and the delivery piston 4 a movable coupling 11 is provided which z. B. the in the F i g. 3 may have the shape shown.

In der F i g. 4 ist ein Fördermechanismus gezeigt, bei dem der Förderkolben 4 eine etwas andersartig gestaltete Führung 12 aufweist als der in der F i g. 2 dargestellte.In FIG. 4 shows a delivery mechanism in which the delivery piston 4 has a slightly differently designed guide 12 than that in FIG. 2 shown.

Die Führung erfolgt jedoch auch hier auf der Antriebsseite des Förderkolbens 4, so daß bei indirektem Antrieb Förder- und Antriebskolben 3, 4 gemeinsam durch das Antriebsmittel geschmiert werden, wenn z. B. Öl oder Glyzerin als Antriebsmittel verwendet wird. Bei direktem Antrieb wird die Schmierung von Antriebs- und Förderkolben 3, 4 getrennt vorgenommen, und zwar kann sie wegen der günstigen Anordnung der Führung 12 von dem Zwischenraum zwischen Antriebs- und Förderkolben 3, 4 aus erfolgen.However, the guidance takes place here on the drive side of the delivery piston as well 4, so that with indirect drive, the delivery and drive pistons 3, 4 pass through together the drive means are lubricated when e.g. B. Oil or glycerine as a driving agent is used. With direct drive, the drive and delivery pistons are lubricated 3, 4 made separately, and because of the favorable arrangement of the guide 12 take place from the space between the drive and delivery pistons 3, 4.

Claims

Claims: 1. Compressor or vacuum pump for reactor operation with extremely high operating temperatures, well above the melting point of a first barrier medium, and with extremely high tightness to the outside and between Drive and delivery side, with two liquid between the drive and delivery side Barrier media are cascaded, the first of which in one on the inner Cylinder wall located ring-like chamber below. is brought and the second fills the space between the drive and delivery pistons, which is marked by that the first barrier medium has a high boiling point and a very high vapor pressure has that the ring-like chamber (2) is open at the top and on one side from the cylinder wall and on the other side from one on the cylinder wall attached, annular partition is limited and that a with the Delivery piston connected hollow cylinder (5) immersed in the ring-like chamber (2).

2. Compressor or vacuum pump according to claim 1, characterized in that the The barrier medium located in the ring-like chamber (2) is gallium. Considered Publications: French Patent No. 1361849; U.S. Patent No. 1651964, 1593 838.