CN101649834B - 核主泵用流体静、动压组合式三级机械密封装置 - Google Patents
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Abstract
核主泵用流体静、动压组合式三级机械密封装置，由三级密封串联组成，其特征是第一级为流体静压式机械密封；第二级为流体动压式机械密封；第三级为接触式机械密封；在第二级流体动压式机械密封中，第二级密封动环或第二级密封静环的密封端面上，位于密封端面的外侧，设置数组沿周向均匀分布的流体型槽，每组型槽由一个圆弧槽和以圆弧槽为中心对称分布的左斜槽和右斜槽组成。本发明使核主泵在正常工作状态时，由第一级流体静压式机械密封承受系统的绝大部分压力稳定运行；在第一级密封失效后，第二级机械密封完全能够承受全系统压力稳定可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及核主泵用机械密封装置，更具体地说，涉及一种用于核电站反应堆冷却剂泵用机械密封装置。
背景技术
机械密封是流体旋转机械中不可缺少的部分，用来阻止介质沿其旋转轴与壳体之间的缝隙泄漏，其密封性能直接影响并决定着主机的工作性能。机械密封分为接触式机械密封和非接触式机械密封两类，其中，非接触式机械密封又分为流体静压式和流体动压式机械密封两种。流体静压式机械密封的原理是：在机械密封的一个密封端面设置为特殊的几何形状空隙，在机械密封静止状态下，压力流体就可以进入密封面，通过密封端面间的压力降产生流体静压效应，使密封面脱离接触，形成非接触式机械密封；而流体动压式机械密封，则是在其中一个密封端面上设置成特殊的几何形状，只有在机械密封旋转状态下，利用相对旋转产生流体动压效应使密封面脱离接触，形成非接触式机械密封。
核主泵用机械密封是用来控制反应堆冷却剂沿核主泵泵轴的泄漏，它是核主泵的关键部件，与主泵的安全、可靠运行密切相关。目前国际上核主泵使用的三级密封装置有两大类，一类是第一级采用流体静压式、第二、三级采用接触式机械密封结构的流体静压式机械密封(简称流体静压式)，另一类是三级均采用相同结构的流体动压式机械密封(简称流体动压式)。
核主泵用流体静压式机械密封装置的原理是：第一级主密封采用非接触式流体静压型密封，第二级密封和第三级密封均为接触式机械密封。其中，第二级密封为第一级密封的备用密封，在第三级密封面之间通入清洁无放射性水，从而保证整套密封装置无放射性介质泄漏。这种密封装置的优点是：泵在启动过程中，第一级密封即可形成液膜，使端面脱离接触，第一级密封可以承受绝大部分工作压力，密封面基本不接触，也基本没有磨损，保证了第一级密封可以较长时间工作，第二级密封为接触式密封，第二级密封的主要作用是在第一级主密封失效时，靠其自身的特殊结构在高压下使其中一个密封面变形形成非接触式密封，起到第一级密封的作用，由于在第一级密封正常工作时，第二级密封始终处于接触摩擦状态，形成密封面的磨损，因此，该密封使用寿命相对较短，影响了整体密封的使用寿命；流体静压式密封装置的维修多数都发生在第二级密封，也是该密封装置的缺点所在。
核主泵用流体动压式机械密封装置的原理是：三级密封的每一级结构相同，均采用流体动压式结构，且三级密封的每一级密封都是按全系统压力设计的；通过节流盘管，使三级密封分别按一定的比例承受系统压力。这种密封装置的优点是：每级密封承受的压力都不高，减轻了密封负荷，由于流体动压效应的作用，密封在工作状态密封端面不接触，密封面磨损小。但缺点是：在泵启动、停车阶段流体动压效应不能建立，密封面存在短时间摩擦磨损问题，另外第三级密封泄漏的仍是带放射性的冷却剂介质。
发明内容
本发明是为避免上述现有核主泵密封中，两种结构形式的各自不足之处，提供核主泵用流体静、动压组合式三级机械密封装置。使核主泵在正常工作状态，仍然由第一级流体静压式机械密封承受系统的绝大部分压力稳定运行；第二级流体动压式机械密封因流体动压效应也处于非接触状态，减小摩擦磨损，以期延长第二级密封的使用寿命；并在第一级密封失效后，第二级机械密封完全能够承受全系统压力稳定可靠运行。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明核主泵用流体静、动压组合式三级机械密封装置由三级密封串联组成；
本发明结构特点是第一级密封为流体静压式机械密封；第二级密封为流体动压式机械密封；第三级密封为接触式机械密封；在所述第二级流体动压式机械密封中，第二级密封动环或第二级密封静环的密封端面上，位于所述密封端面的外侧，设置数组沿周向均匀分布的流体型槽，每组型槽由一个圆弧槽和以所述圆弧槽为中心对称分布的左斜槽和右斜槽组成。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明为核主泵用流体静、动压组合式三级机械密封装置结构，消除了流体静压式密封装置和流体动压式密封装置的缺点，泵在正常工作状态，仍然由第一级流体静压式机械密封承受系统的绝大部分压力稳定运行；
2、本发明中第二级流体动压式机械密封因流体动压效应处于非接触状态，摩擦磨损小，因此大大延长第二级密封的使用寿命；当第一级密封失效后，第二级机械密封完全能够承受全系统压力稳定可靠运行；
3、本发明中第三级机械密封通过注入清水来润滑密封本身，并消除第二级机械密封的泄漏污染。
4、本发明在第二级机械密封中，在密封端面开设特定的流体型槽，使端面流场压力分布均匀，产生的流体动压效应强，端面润滑效果好，且密封安装无旋向要求，可双向旋转。
5、本发明能有效地控制核主泵中反应堆冷却剂的泄漏，密封安全可靠、稳定运行时间长。
附图说明
图1为本发明的第二级流体动压式机械密封端面流体型槽示意图。
图中标号：12第二级密封动环、12a圆弧槽、12b左斜槽、12c右斜槽
图2为本发明结构示意图。
图中标号：A第一级密封、B第二级密封、C第三级密封、1壳体、2泵轴、3传动销、4、密封液注入口、5第一级动环压盖螺钉、6、第一级静环压盖螺钉、7第一级平衡套、8第一级平衡套螺钉、9第一级平衡套支座、10第二级动环防转销、11第二级动环座、12第二级密封动环、13第二级密封静环、14第二级静环防转销、15第二级平衡套螺钉、16第二级平衡套、17腔盖法兰连接螺钉、18密封法兰、19密封腔盖、20第二级密封泄漏口、21连接螺钉、22轴套、23第三级密封泄漏口、24第三级密封注入口、25支承轴套、26第一级密封泄漏口、27第二级动环压紧螺钉、28第一级动环压盖、29螺母、30第一级静环防转销、31第一级静环座、32第一级静环压盖、33第一级密封静环、34第一级密封动环、35第一级动环压盖、36第一级动环座、37第一级动环座连接螺钉。
以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明：
具体实施方式
参见图2，本实施例是沿泵轴2自下而上依次布置三级机械密封。第一级密封A为流体静压式机械密封，第二级密封B为流体动压式机械密封，第三级密封C为接触式机械密封。
第一级密封A的结构设置为：
第一级密封动环34与第一级动环座36通过第一级动环压盖35和第一级动环压盖螺钉5密封固接，第一级密封动环座36通过第一级动环座连接螺钉37与泵轴2密封固接，并通过传动销3传递扭矩；第一级密封静环33与第一级静环座31通过第一级静环压盖32和第一级静环压盖螺钉6密封固接，第一级静环座31通过第一级静环防转销30与第一级平衡套7密封联接，第一级平衡套7通过第一级平衡套螺钉8与第一级平衡套支座9密封固接，第一级平衡套支座9与密封法兰18密封固接。
第二级密封B的结构设置为：
第二级密封动环12与第二级动环座11通过第二级动环压盖28和第二级动环压紧螺钉27固接，并通过第二级动环防转销10防转，第二级密封静环13通过第二级静环防转销14防转；第二级平衡套16与密封法兰18通过第二级平衡套螺钉15密封固接。
第三级密封C采用接触式机械密封。
第二级密封和第三级密封通过轴套22、支承套25、螺母29、密封法兰18、密封压盖19和腔盖法兰连接螺钉17整体集装；第二级密封和第三级密封集装的整体结构通过连接螺钉21与壳体1密封固接，轴套22密封固套在泵轴2上。
工作时，密封注入水由密封液注入口4注入，经第一级密封泄漏，沿泵轴2向上，一部分经第二级密封泄漏，另一部分由第一级密封泄漏口26流出。
第三级密封通过第三级密封注入口24注入清水，一部分注入水与第二级泄漏介质一起，从第二级密封泄漏口20流出，另一部分注入水从第三级密封泄漏口23流出。核电站冷却剂中含有硼，从第三级密封注入口24注入清水用来润滑密封本身，消除第二级密封的泄漏污染。
参见图1，本实施例中，在第二级密封动环12或第二级密封静环13的密封端面上，位于密封端面的外侧，设置数组沿周向均匀分布的流体型槽，每组型槽由一个圆弧槽12a和以圆弧槽12a为中心对称分布的左斜槽12b和右斜槽12c组成。
Claims (1)
1.核主泵用流体静、动压组合式三级机械密封装置，由三级密封串联组成，其特征是第一级密封(A)为流体静压式机械密封；第二级密封(B)为流体动压式机械密封；第三级密封(C)为接触式机械密封；在所述流体动压式机械密封中，第二级密封动环(12)或第二级密封静环(13)的密封端面上，位于所述密封端面的外侧，设置数组沿周向均匀分布的流体型槽，每组型槽由一个圆弧槽(12a)和以所述圆弧槽(12a)为中心对称分布的左斜槽(12b)和右斜槽(12c)组成。
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