CN101639396B - 核主泵用机械密封试验测试系统 - Google Patents

Abstract

核主泵用机械密封试验测试系统，其特征是系统构成包括介质浓度控制区，注入介质处理区，台架区和回流介质后处理区；在台架区中以试验主轴为被驱动件；在试验用轴上设置流体静压式密封或流体动压式密封或流体动压与静压组合式密封；在注入介质处理区中，位于低压容器和系统密封腔之间的密封介质流道上，分别设置有并联可切换的磁性过滤器、有机过滤膜，提供系统压力源的高压泵、高压稳压罐和蓄能器；在回流介质后处理区中，位于系统密封腔出口处，设置带有背压阀的长管节流冷却器。本发明既能模拟核主泵用流体静压式机械密封试验，又能模拟核主泵用流体动压式机械密封试验，同时还能模拟核主泵用流体动、静压组合式机械密封试验。

Description

核主泵用机械密封试验测试系统

技术领域

本发明涉及核主泵用机械密封试验测试系统，更具体地说，涉及一种用于模拟核电站反应堆冷却剂泵轴密封工作条件进行机械密封性能试验的试验测试系统。

背景技术

机械密封是流体旋转机械中不可缺少的零部件，它的质量和性能直接影响并决定着主机的工作性能。由于机械密封机理涉及到摩擦学、材料学、流体力学、固体力学、传热学、润滑理论等多个学科，至今尚未形成完整的设计理论，许多数据依靠试验取得。因此，机械密封的试验技术相当重要。

核主泵用机械密封用来阻止反应堆冷却剂沿泵轴泄漏，它是主泵的关键部件，与主泵的安全、可靠运行密切相关。核主泵密封主要有两大类，一类是流体静压式密封，另一类是流体动压式密封。就核主泵用机械密封试验测试系统而言，核主泵用机械密封的生产厂家均根据自身密封产品特点，建立专门的核主泵用机械密封试验测试系统，或为核主泵用机械密封流体静压式试验测试系统，或为核主泵用流体动压式机械密封试验测试系统。迄今还未见有关既能模拟核主泵用流体静压式机械密封试验，又能模拟核主泵用流体动压式机械密封试验，同时还能模拟核主泵用流体动、静压组合式机械密封试验的试验测试系统的报道。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种核主泵用机械密封试验测试系统，使其既能模拟流体静压式核主泵用机械密封试验，又能模拟流体动压式核主泵用机械密封试验，同时还能模拟流体动、静压组合式核主泵用机械密封试验；以期模拟核主泵用机械密封的长期基本工作条件，并测量出主要性能参数。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明核主泵用机械密封试验测试系统的结构特点是系统构成包括介质浓度控制区，注入介质处理区，台架区和包括泄漏、回流、背压及冷却在内的回流介质后处理区；

在所述台架区中，由变频电机提供驱动力，以试验主轴为被驱动件；在试验用轴上设置流体静压式密封或流体动压式密封或流体动压与静压组合式密封；

在所述注入介质处理区中，在低压容器C1中设置用于对介质进行搅拌的搅拌器M1，位于低压容器C1和系统密封腔之间的密封介质流道上，分别设置有并联可切换的磁性过滤器F1和F2、有机过滤膜F3、提供系统压力源的高压泵B1、高压稳压罐C5和蓄能器HT；

在所述介质浓度控制区中，设置搅拌器M2对高浓度介质进行搅拌，并通过补液泵B4为所述低压容器C1提供自动补液单元；

在所述回流介质后处理区中，位于系统密封腔出口处，设置带有背压阀的长管节流冷却器R1。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明测试系统既能模拟核主泵用流体静压式机械密封试验，又能模拟核主泵用流体动压式机械密封试验，同时还能模拟核主泵用流体动、静压组合式机械密封试验；

2、本发明测试系统能模拟核主泵用机械密封的长期基本工作条件，并测量出主要性能参数。

3、本发明测试系统以变频电机提供驱动力，可实现试验主轴的无级调速、模拟主泵实际工作中的软起动、软停止过程中密封是否能够可靠工作，模拟如果出现不正常的频繁启动或反转(即泵系统介质倒流导致叶轮逆转)，密封是否能够可靠工作、模拟低速条件下，验证系统能否依然可以长期稳定运行。

4、本发明测试系统设置磁性过滤器及有机膜过滤器，可以有效除去密封介质中铁磁性杂质，保护高压泵B1和有机膜过滤器以及高压阀门、密封面；有机膜过滤的方式作为系统最后一道防护，可以使得最终进入密封腔介质不含有结晶颗粒或杂质。

5、本发明测试系统中设置高压稳压罐C5，通过与蓄能器HT相结合，对系统由于高压泵B1引起的压力波动和系统后几级密封引起的压力波动，起到稳定压力，减小波动的作用；同时对于在系统出现紧急情况下，HV1阀门突然关断造成的水锤，能够起到减小水锤对系统管路和腔体破环的作用。

6、本发明测试系统在密封腔出口设置长管节流冷却器R1，既能通过背压阀控制出口流量，又能形成稳定的压差，同时对密封液实现冷却，保证了密封过渡腔体持续高压小流量的较低温度介质流动，有效带走密封工作时产生的热量，保证试验能够长时间稳定运行。

7、本发明测试系统中相应配置转矩转速传感器TQ、压力变送器P1～P6、温度传感器T1～T11、PH检测传感器PH、测漏仪LT、振动测试仪ST等，并通过PLC对系统实现实时监控、报警和信号采集，通过以上的配置，保证系统安全运行并获得测试数据。

8、本发明测试系统同样适用于类似工况的高参数机械密封的性能试验。

附图说明

图1为本发明系统示意图。

图中标号：1介质浓度控制区、2注入介质处理区、3台架区、4后处理区、DYMS流体动压密封、MS1～MS3流体静压式三级密封中的第一级、第二级和第三级密封、C1低压容器、C2冷却水水池、C3高浓度介质低压容器、C4纯净软水低压容器、C5高压稳压罐、B1高压泵、B2过渡腔体出水冷却循环泵、B3一级泄露出水冷却循环泵、B4补液泵、B5纯净软水加注泵、F1～F4-过滤器、V1～V5-常压电磁阀、HV1～HV2-高压电磁阀、YV电动溢流阀、VOS-单向阀、T1～T11-温度传感器、P1～P6-压力变送器、Q1～Q7-流量传感器、PH-PH值传感器、M1、M2为搅拌器、HT为高压蓄能器、R1长管节流冷却器、R2冷却器、H加热器

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本实施例测试系统构成包括介质浓度控制区(1)，注入介质处理区(2)，台架区(3)和包括泄漏、回流、背压及冷却在内的回流介质后处理区(4)；其中：

在所述台架区(3)中，由变频电机提供驱动力，以试验主轴为被驱动件；在试验用轴上串联设置流体静压式密封或流体动压式密封或流体动压与静压的组合式密封；变频电机可直联输出，或者用带传动方式进行输出，通过变频器实现无极调速。

在所述注入介质处理区(2)中，在低压容器C1中设置用于对介质进行搅拌的搅拌器M1，防止介质结晶，保持介质浓度均匀，并设置加热器H，控制低压容器C1内介质的的温度；在位于低压容器C1和系统密封腔之间的密封介质流道上，分别设置有并联可切换的磁性过滤器F1和F2、有机过滤膜F3、常压电磁阀V1-V4，提供系统压力源的高压泵B1、高压稳压罐C5和蓄能器HT ；磁性过滤器F1和F2和有机过滤膜F3用于去除铁磁性介质、颗粒大的杂质以及与介质中的结晶沉淀，利用高压泵B1、高压稳压罐C5和蓄能器HT，通过高压电磁阀HV1向台架区(3)的腔体提供稳定的压力和流量，并可通过电动溢流阀YV控制溢流；三级密封MS3的注入水由纯净软水加注泵B5从纯净软水低压容器C4抽取，经过过滤器F4、电磁阀V5和单项阀VOS注入到第三级密封MS3中。

在所述介质浓度控制区(1)中，在高浓度介质低压容器C3中设置搅拌器M2对高浓度介质进行搅拌，并通过补液泵B4为所述低压容器C1提供自动补液单元；

在所述回流介质后处理区(4)中，位于系统密封腔出口处，设置带有背压阀的长管节流冷却器R1，既能控制出口流量，又能形成稳定的压差，同时对密封液实现冷却，通过过渡腔体出水冷却循环泵B2向长管节流冷却器R1供冷却液，冷却液出流至冷却水水池C2。在机械密封MS1的泄露出口处设置高压电磁阀HV2，泄露介质通过冷却器R2进行冷却；冷却液由一级泄露出水冷却循环泵B3向冷却器R2提供冷却液，冷却液出流至冷却水水池C2。

此外，按常规设置，试验系统可以根据测量的需要，配置转矩转速传感器、压力变送器、温度传感器和测漏仪等，通过PLC和触摸屏对系统实时监控、报警和信号采集，实现对测试密封的各级注水流量和泄漏流量、注水压力和泄漏压力、注水温度和泄漏温度的实时测量和监控。

具体实施中，测试系统主要参数设置为设计压力19.5MPa；温度0～80℃；转速0～1500r/min。

本实施例中，在台架区布置被试密封为流体静压式三级密封MS1-MS3，台架密封为流体动压式密封DYMS为例，系统主要流程为：

1、高浓度介质在高浓度介质低压容器C3中通过流量受控流出至低压容器C1中，与加入的软化洁净水调配，保证低压容器C1中的介质浓度在测试允许的范围内。

2、在低压容器C1中的介质通过低压容器C1内附属的搅拌装置M1达到浓度均匀，通过低压容器C1内附属的温度调节装置H使温度达到测试允许的范围内。

3、介质通过磁性过滤器F1或F2去除铁磁性杂质，进入高压泵B1增压环节，在高压稳压罐C5、高压蓄能器HT的稳压作用下流向有机膜过滤器F3，去除介质中的结晶颗粒。

4、高压介质通过电动溢流阀YV的调整，使系统压力稳定在测试允许的范围内，调整系统压力产生的回流低压容器C1。

5、经过调整设置压力、去除铁磁性杂质、去除结晶颗粒的稳定介质，通过电磁阀HV1流入到过渡腔体，一部分的介质流量带走了台架上流体动压密封DYMS和流体静压式三级密封的第一级MS1工作中所产生的热量，冲刷了介质中残留的杂质和工作中产生的结晶颗粒，从过渡腔体出口流入长管节流冷却器R1，经过节流减压，换热冷却，回流到低压容器C1中，待循环再使用。

6、过渡腔体中的少量介质通过台架上流体动压密封DYMS的密封面泄漏到大气中并收集回流到低压容器C1中。

7、过渡腔体中的一部分介质通过流体静压式三级密封中的第一级MS1、第二级MS2、第三级MS3，分别回流或泄漏导引到低压容器C1中。

8、在机械密封MS3和机械密封MS2之间注入一定流量和压力的纯水，既可以作为机械密封MS2的背压，降低二级密封的负荷，又可以带走由于降低二级密封的泄漏所产生的结晶。

Claims (1)

1.核主泵用机械密封试验测试系统，其特征是系统构成包括介质浓度控制区(1)，注入介质处理区(2)，台架区(3)和包括泄漏、回流、背压及冷却在内的回流介质后处理区(4)；其中：

在所述台架区(3)中，由变频电机提供驱动力，以试验主轴为被驱动件；在试验主轴上设置流体静压式密封或流体动压式密封或流体动压与静压组合式密封；

在所述注入介质处理区(2)中，在低压容器C1中设置用于对介质进行搅拌的搅拌器M1，位于低压容器C1和系统密封腔之间的密封介质流道上，分别设置有并联可切换的磁性过滤器F1和F2、有机过滤膜F3、提供系统压力源的高压泵B1、高压稳压罐C5和蓄能器HT；

在所述介质浓度控制区(1)中，设置搅拌器M2对高浓度介质进行搅拌，并通过补液泵B4为所述低压容器C1提供自动补液单元；

在所述回流介质后处理区(4)中，位于系统密封腔出口处，设置带有背压阀的长管节流冷却器R1。

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