BR112014018800B1 - Dispositivo de estanqueidade com parada passiva para sistema de juntas de árvore de um grupo motobomba primária e grupo motobomba primária - Google Patents

Dispositivo de estanqueidade com parada passiva para sistema de juntas de árvore de um grupo motobomba primária e grupo motobomba primária Download PDF

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Abstract

DISPOSITIVO DE ESTANQUEIDADE COM PARADA PASSIVA PARA SISTEMA DE JUNTAS DE ÁRVORE DE UM GRUPO MOTOBOMBA PRIMÁRIA. A presente invenção refere-se a um dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20) para grupo motobomba primária, comportando: um anel de estanqueidade fendido (23) que apresenta uma posição inativada, na qual um fluxo de escapamento é autorizado e uma posição ativada na qual esse anel pára esse fluxo de escapamento; pelo menos um pistão (22) adaptado para posicionar esse anel de estanqueidade fendido (23) em sua posição ativada; meios de bloqueio / desbloqueio (25) adaptados para bloquear pelo menos um pistão (22) em sua posição inativada, quando a temperatura desse meio de bloqueio / desbloqueio é inferior a um limite de temperatura e para liberar pelo menos um pistão (22), quando a temperatura desse meio de bloqueio / desbloqueio é superior a esse limite de temperatura; meios elásticos (24) adaptados para deslocar pelo menos um pistão (22), quando esse pistão é liberado, de maneira a posicionar esse anel de estanqueidade (23) em sua posição ativada.

Description

CAMPO TÉCNICO
[001] O domínio da invenção é aquele dos grupos motobombas primárias de reatores nucleares com água sob pressão (REP).
[002] A presente invenção refere-se mais a um detalhe de estanqueidade na parada (DEA) passivo, permitindo controlar um escapamento de fluido de resfriamento primário resultante da falha do sistema de juntas presente no grupo motobomba primária.
ESTADO DA TÉCNICA
[003] Os dispositivos de estanqueidade na parada (DEA) foram desenvolvidos nos reatores nucleares com água sob pressão de novas gerações para fazer em face de uma falha do sistema de juntas do grupo motobomba primária em consequência de uma situação acidental, dita SBO (para Black Out em inglês).
[004] Assim, os dispositivos de estanqueidade na parada devem, nessa situação acidental e após a parada da bomba primária, permitir controlar e parar um escapamento do fluido de resfriamento primário resultante da falha do sistema de juntas do grupo motobomba primária.
[005] Classicamente, esse tipo de dispositivo é ativado por uma fonte auxiliar, (tal como, por exemplo, um circuito de nitrogênio sob pressão) e o acionamento é comandado por uma informação liberada pelo controle comando do reator, em caso de perda das fontes de resfriamento do grupo motobomba primária.
[006] Com a finalidade de se livrar da utilização de uma fonte de ativação, foi desenvolvido um dispositivo de estanqueidade na parada passiva que não necessita de nenhum sistema auxiliar de ativação, nem de elaboração de uma informação de acionamento no nível do controle de comando do reator. Esse dispositivo de estanqueidade na parada passiva é descrito no documento WO 2010/068615.
EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO
[007] Nesse contexto, a invenção visa a propor uma melhoria desse dispositivo de estanqueidade, permitindo garantir a ativação do dispositivo de estanqueidade, assim como seu bom funcionamento, quando de uma situação acidental.
[008] Para isso, a invenção propõe um dispositivo de estanqueidade na parada passiva para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, comportando:
[009] - um anel de estanqueidade fendido, apresentando uma posição inativada na qual um fluxo de escapamento é autorizado e uma posição ativada na qual esse anel para esse fluxo de escapamento;
[0010] - pelo menos um pistão adaptado para posicionar esse anel de estanqueidade fendido em sua posição ativada;
[0011] - meios de bloqueio / desbloqueio adaptados para bloquear pelo menos um pistão em sua posição inativa, quando a temperatura desse meio de bloqueio / desbloqueio é inferior a um limite de temperatura, e para liberar pelo menos um pistão, quando a temperatura desse meio de bloqueio / desbloqueio é superior a esse limite de temperatura;
[0012] - meios elásticos adaptados para deslocar pelo menos um pistão, quando este é liberado, de maneira a posicionar esse anel de estanqueidade em sua posição ativada.
[0013] Graças à invenção, é possível parar um escapamento do fluido de resfriamento primário resultante da falha do sistema de juntas do grupo motobomba primária, sem necessidade de uma fonte auxiliar de ativação.
[0014] A concepção do dispositivo, de acordo com a invenção, permite uma implantação simplificada nas arquiteturas dos grupos motobombas primárias já em funcionamento.
[0015] Graças ao dispositivo, de acordo com a invenção, é também possível ajustar o dispositivo aos problemas de funcionamento de cada tipo de reator nuclear pela regulagem da temperatura de auto ativação do dispositivo, e mais precisamente pela modificação da composição do elemento fusível.
[0016] O dispositivo de estanqueidade com parada passiva, de acordo com a invenção, pode também apresentar uma ou várias das características abaixo consideradas individualmente ou segundo todas as combinações tecnicamente possíveis:
[0017] - esse dispositivo é adaptado para ser integrado sobre um sistema de juntas de uma árvore de grupo motobomba primária em serviço;
[0018] - esse anel comporta uma parede lateral chanfrada adaptada para cooperar com uma parede chanfrada de pelo menos um pistão;
[0019] - esses meios de bloqueio / desbloqueio são adaptados para se degradarem mecanicamente a partir de um limite de temperatura compreendido entre 80 oC e 200 oC, vantajosamente igual a 150 oC;
[0020] - esse anel de estanqueidade é fabricado em um material polímero resistente a temperaturas superiores a 300 oC;
[0021] - esse anel de estanqueidade é fabricado em PEEK;
[0022] - esse anel de estanqueidade é fabricado em um compósito com matriz PEEK carregado de fibra de vidro ou de carbono;
[0023] - esse anel de estanqueidade é fabricado em um material metálico;
[0024] - esse anel de estanqueidade é um material compósito formado por um núcleo metálico e revestido por um material mais maleável que esse núcleo metálico;
[0025] - esse material mais maleável que esse núcleo metálico é um polímero ou níquel ou prata;
[0026] - esses meios elásticos são molas de compressão helicoidais ou molas com molas a vagues ou arruelas elásticas;
[0027] - o dispositivo comporta uma pluralidade de pistões e uma pluralidade de meios de bloqueio / desbloqueio repartidos sobre o contorno desse anel, esses pistões e esses meios de bloqueio / desbloqueio sendo afastados angularmente uns dos outros de um ângulo constante;
[0028] - esse dispositivo comporta três pistões e três meios de bloqueio / desbloqueio;
[0029] - esse dispositivo comporta um anel fendido integrado nesse anel de estanqueidade e adaptado para assegurar a estanqueidade desse dispositivo, em caso de degradação desse anel.
[0030] A invenção tem também por objeto um grupo motobomba primária, comportando:
[0031] - um sistema de juntas adaptado para realizar um escapamento controlado que se estabelece ao longo de um caminho de escapamento disposto ao longo da árvore bomba do grupo motobomba primária;
[0032] - um dispositivo de estanqueidade com parada passiva, de acordo com a invenção, adaptado para obturar pelo menos parcialmente esse caminho de escapamento desse sistema de juntas, quando esse sistema de junta é falho e quando esse anel de estanqueidade é ativado, de maneira a realizar um escapamento controlado.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0033] Outras características e vantagens da invenção sobressairão mais claramente da descrição que é dada abaixo, a título indicativo e de modo nenhum limitativo, com referência às figuras anexadas, dentre as quais:
[0034] - a figura 1 ilustra uma vista em corte parcial de um sistema de juntas de um grupo motobomba primária;
[0035] - primeiro modo de realização de um dispositivo de estanqueidade de parada passiva, de acordo com a invenção, integrado em um sistema de juntas de um grupo motobomba primária;
[0036] - a figura 2 ilustra um dispositivo de parada passiva, de acordo com a invenção, em sua posição de repouso integrado em um sistema de juntas de um grupo de motobomba primária;
[0037] - a figura 3 ilustra o dispositivo de parada, de acordo com a invenção, ilustrado na figura 2, em sua posição ativada.
[0038] Para maior clareza, os elementos idênticos ou similares são marcados por finais de referências idênticas no conjunto das figuras.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE PELO MENOS UM MODO DE REALIZAÇÃO
[0039] As bombas primárias dos reatores com água sob pressão são de tipo centrífugas de eixo vertical. A estanqueidade dinâmica na saída de árvore 10 (figura 1) é assegurada por um sistema de juntas constituído de três estágios.
[0040] O primeiro estágio é batizado como junta n° 1. A junta n° 1, referenciada com J1, é uma junta hidrostática com escapamento controlado. Em funcionamento normal, um fluxo de escapamento, ilustrado pela seta F1, se estabelece ao longo da árvore 10.
[0041] Em situação acidental, a temperatura de fluido na entrada da junta n° 1 sofre uma elevação rápida de temperatura para atingir um valor próximo da temperatura do circuito primário, seja aproximadamente 280 oC. A essa temperatura, os desempenhos da junta n° 1 são degradados, o que acarreta um aumento muito importante de fluxo de escapamento que pode ultrapassar 10 m3 por hora. Os dispositivos de estanqueidade na parada (DEA) passiva são destinados, nessa situação acidental, a bloquear o caminho de escapamento F1 a jusante da junta n° 1.
[0042] A figura 1 representa mais particularmente o caminho de escapamento F1 ao longo da árvore 10 entre a junta n° 1 e a junta n° 2 (não representado) situada a montante da junta n° 1.
[0043] Vantajosamente, o DEA 20, de acordo com a invenção, é posicionado no caminho de escapamento F1, de maneira a poder bloquear o escoamento do fluxo de escapamento ao longo da árvore 10 em situação acidental.
[0044] A figura 2 ilustra mais particularmente o dispositivo de estanqueidade 20, quando das condições normais de funcionamento do grupo motobomba primária, isto é, quando a temperatura do fluxo de escapamento é inferior a um valor limite.
[0045] A figura 3 ilustra mais particularmente o dispositivo de estanqueidade, quando das situações acidentais de funcionamento do grupo motobomba primária, isto é, quando a temperatura do fluxo de escapamento é superior a um valor limite.
[0046] O dispositivo de estanqueidade na parada 20, de acordo com a invenção, comporta:
[0047] - um anel de estanqueidade fendido 23 posicionado concentricamente em torno da árvore bomba 10 do grupo motobomba primária;
[0048] - meios 22, de tipo pistão, adaptados para comprimir um anel de estanqueidade fendido 23 em uma posição mais fechada que aquela correspondente à sua posição de fechamento, na qual o caminho de escapamento não é obstruído;
[0049] - meios de bloqueio / desbloqueio 25 formados por um anel fusível, permitindo bloquear a posição dos pistões 22 em uma posição, dita posição de repouso, quando a temperatura do fluxo de escapamento é inferior a um valor limite pré-determinado, e permitindo desbloquear a posição dos pistões 22 de sua posição de repouso, de maneira a atingir uma posição, dita posição ativada, quando a temperatura do fluxo de escapamento é superior ou igual ao valor limite pré-determinado;
[0050] - meios elásticos 24, tais como, por exemplo, molas de compressão, adaptados para deslocar axialmente os diferentes pistões 22 do dispositivo 20, de maneira a comprimir axialmente o anel de estanqueidade fendido 23 em torno da árvore 10.
[0051] Os pistões 22 são repartidos sobre uma circunferência do anel de estanqueidade 23.
[0052] O anel de estanqueidade 23 apresenta uma primeira parede lateral chanfrada 33, cuja inclinação é adaptada para cooperar com a parede chanfrada 32 na parte baixa dos pistões 22.
[0053] O contato entre o pistão 22 e o anel de estanqueidade fendido 23, e mais particularmente entre a parede chanfrada 32 do pistão e a parede chanfrada do anel de estanqueidade 23, é assegurado por uma pluralidade de meios elásticos 24, por exemplo, molas de compressão helicoidais, molas com ornatos, arruelas elásticas, repartidas sobre a circunferência do anel de estanqueidade 23 e exercendo um esforço sobre os pistões 22.
[0054] De acordo com o modo de realização ilustrado nas figuras 2 e 3, os pistões 22 comportam perfurações 34 adaptadas para alojar, em parte ou totalmente, os meios elásticos 24.
[0055] Os meios de bloqueio / desbloqueio 25 são formados por um anel fusível em material polímero escolhido em função de sua temperatura de degradação e de sua perda de suas características mecânicas, a partir de um limite de temperatura determinado.
[0056] De acordo com um modo preferencial da invenção, o dispositivo comporta três pistões 22 e três meios elásticos 24 repartidos a 120° sobre a circunferência da árvore bomba 10 do grupo motobomba primária.
[0057] Em condições normais de funcionamento (figura 2), o anel de estanqueidade 23 é mantido em recuo do caminho de escapamento F1. O anel de estanqueidade 23 é bloqueado nessa posição por retorno elástico e apoiando-se sobre a parede chanfrada 32 dos pistões 22, os pistões 22 sendo mantidos em sua posição de repouso pelo anel fusível 25.
[0058] Em condições acidentais (figura 3), o aumento da temperatura do fluxo de escapamento tem por efeito aumentar a temperatura nas proximidades no dispositivo de parada 20, e notadamente a temperatura do anel fusível 25. Quando a temperatura do fluxo de escapamento atinge um valor limite, pré-definido em função da natureza do fusível 25, este se degrada não assegurando mais, por conseguinte, uma resistência mecânica suficiente para resistir ao esforço gerado pela pluralidade de meios elásticos 24. A fusão do anel fusível 25, quando do aumento da temperatura, permite assim acionar o dispositivo 20 pelo desbloqueio dos pistões 22.
[0059] Os pistões 22 não sendo mais mantidos em sua posição de repouso, o esforço exercido pelos meios elásticos 24 desloca axialmente os pistões até sua posição ativada ilustrada na figura 2.
[0060] O deslocamento axial dos pistões 22 gera um esforço radial sobre o anel de estanqueidade 23 via a parede chanfrada 32 dos pistões cooperando por deslizamento com a parede chanfrada 33 do anel de estanqueidade 23.
[0061] O esforço radial, devido ao deslocamento dos pistões 23, vai gerar uma redução do diâmetro do anel de estanqueidade fendido 23, de maneira que este venha se estreitar contra a árvore do rotor 10.
[0062] Assim, na posição ativada dos pistões 22, o anel de estanqueidade 23 assegura o bloqueio do caminho de escapamento F1, graças ao esforço exercido pelos meios elásticos 24, depois também pelo efeito autoclave induz pelo aumento da pressão a montante do dispositivo de estanqueidade 20 em posição ativada.
[0063] De acordo com um modo de realização da invenção, não limitativo, o anel de estanqueidade 23 apresenta, sobre sua segunda parede lateral 34, um rebordo adaptado para integrar fendido 26, dito anel antiextrusão. O anel fendido 26 é adaptado para assegurar, de maneira ótima, a estanqueidade do dispositivo de parada, notadamente quando, durante uma situação excepcional, a temperatura é tal que as características mecânicas do anel de estanqueidade 23 seriam degradadas.
[0064] A escolha do polímero do anel fusível 25 é realizada, de maneira que possa resistir ao esforço exercido pelos meios elásticos 24 até um limite de temperatura compreendido entre 80 e 200 oC e vantajosamente igual a 150 oC.
[0065] O anel de estanqueidade 23 do dispositivo de parada 20 pode ser realizado em um material polímero resistente a elevadas temperaturas (isto é, superiores a 300 oC), tal como, por exemplo, do PEEK ou um compósito PEEK carregado de fibras de vidro ou de carbono. A utilização desse material permite obter à alta temperatura, um anel de estanqueidade em um estado emborrachado que lhe permite se deformar para tomar a forma da geometria de seu ambiente e assim assegurar melhor qualidade de estanqueidade.
[0066] O anel de estanqueidade fendido 23 do dispositivo 20 pode também ser fabricado em um material metálico. Nesse caso, um fluxo de escapamento residual será esperado, devido às folgas existentes entre o anel de estanqueidade 23 e as peças em seu contato. Todavia, a utilização de um material metálico permite garantir a manutenção do dispositivo e notadamente do anel de estanqueidade em caso de ativação desse dispositivo, antes da parada completa da rotação da árvore da bomba.
[0067] O anel de estanqueidade fendido 23 pode também ser fabricado em um material compósito formado por um núcleo metálico revestido de um material mais maleável que o núcleo, tal como, por exemplo, um polímero, o níquel ou ainda a prata. O material periférico mais maleável que o núcleo permitirá preencher as folgas existentes entre as diferentes peças por deformação da camada superficial. Em caso de desgaste da camada superficial provocada pela rotação da árvore, o núcleo metálico mais denso permite garantir uma limitação do fluxo de escapamento.
[0068] Os pistões 22, assim como o anel fendido antiextrusão 26 são vantajosamente fabricados em materiais metálicos de tipo aços inoxidáveis.

Claims (15)

1. Dispositivo de estanqueidade na parada passiva (20) para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária compreendendo: - um anel de estanqueidade fendido (23), apresentando uma posição inativada na qual um fluxo de escapamento é autorizado e uma posição ativada na qual esse anel para esse fluxo de escapamento; - pelo menos um pistão (22) separado do referido anel de estanqueidade fendido (23) na posição inativada adaptado para posicionar esse anel de estanqueidade fendido (23) em sua posição ativada; caracterizado pelo fato de que compreende: - meios de bloqueio / desbloqueio (25) adaptados para bloquear pelo menos um pistão (22) em sua posição inativada, quando a temperatura desse meio de bloqueio / desbloqueio é inferior a um limite de temperatura e para liberar pelo menos um pistão (22), quando a temperatura desse meio de bloqueio / desbloqueio é superior a esse limite de temperatura; - meios elásticos (24) adaptados para deslocar pelo menos um pistão (22), quando esse pistão é liberado, de maneira a posicionar esse anel de estanqueidade (23) em sua posição ativada.
2. Dispositivo de estanqueidade na parada passiva (20) para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de esse dispositivo ser adaptado para ser integrado sobre um sistema de juntas de uma árvore de grupo motobomba primária em serviço.
3. Dispositivo de estanqueidade na parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de esse anel (23) comportar uma parede lateral chanfrada adaptada para cooperar com uma parede chanfrada de pelo menos um pistão (22).
4. Dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de esses meios de bloqueio / desbloqueio (25) serem adaptados para se degradarem mecanicamente a partir de um limite de temperatura compreendido entre 80 oC e 200 oC, vantajosamente igual a 150 oC.
5. Dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de esse anel de estanqueidade (23) ser fabricado em um material polímero resistente a temperaturas superiores a 300 oC.
6. Dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de esse anel de estanqueidade (23) ser fabricado em PEEK.
7. Dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 6, caracterizado pelo fato de esse anel de estanqueidade (23) ser fabricado em um compósito com matriz PEEK carregado de fibra de vidro ou de carbono.
8. Dispositivo de estanqueidade na parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de esse anel de estanqueidade (23) ser fabricado em um material metálico.
9. Dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de esse anel de estanqueidade (23) ser um material compósito formado por um núcleo metálico e revestido por um material mais maleável que esse núcleo metálico.
10. Dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de esse material mais maleável que esse núcleo metálico ser um polímero ou níquel ou prata.
11. Dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de esses meios elásticos (24) serem molas de compressão helicoidais ou molas com molas a vagues ou arruelas elásticas.
12. Dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de comportar uma pluralidade de pistões e uma pluralidade de meios de bloqueio / desbloqueio (25) repartidos sobre o contorno desse anel (23), esses pistões (23) e esses meios de bloqueio / desbloqueio (25) sendo afastados angularmente uns dos outros de um ângulo constante.
13. Dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de comportar três pistões (23) e três meios de bloqueio / desbloqueio (25).
14. Dispositivo de estanqueidade com parada passiva (20), para sistema de juntas de árvore de grupo motobomba primária, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de comportar um anel fendido (26) integrado nesse anel de estanqueidade (23) e adaptado para assegurar a estanqueidade desse dispositivo (20), em caso de degradação desse anel (23).
15. Grupo motobomba primária, caracterizado pelo fato de comportar: - um sistema de junta adaptado para realizar um escapamento controlado que se estabelece ao longo de um caminho de escapamento disposto ao longo da árvore bomba do grupo motobomba primária; - um dispositivo de estanqueidade com parada passiva, como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, adaptado para obturar pelo menos parcialmente esse caminho de escapamento desse sistema de juntas, quando esse sistema de junta é falho e quando esse anel de estanqueidade é ativado, de maneira a realizar um escapamento controlado.
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