CN101787975A - 反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机，由于密封性、洁净性和高可靠性的苛刻要求，该氦循环机采用双螺杆转子啮合输气结构，输气螺杆之间的啮合不供给任何润滑剂。为了不使螺杆转子之间发生接触摩擦，两螺杆转子的轴端采用同步齿轮驱动，在同步齿轮与转子之间设有机械密封，以防止齿轮箱内的润滑油窜入螺杆汽缸内。电机轴与主动螺杆轴为一体的悬挂式结构，电机壳体、轴承座与螺杆汽缸之间通过静密封固紧连接，实现了整机密闭性结构。同步齿轮采用润滑油润滑，考虑到氦气循环机投入使用前需要抽真空，以及在输气过程中螺杆汽缸与同步齿轮箱之间需要氦气压力的平衡，故在两者之间设有连通管路，但又不致使齿轮箱中的润滑油进入螺杆汽缸。

Description

反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机

技术领域

本发明涉及一种流体机械，特别涉及一种用于反应堆中携带重水蒸汽的氦气循环机。

背景技术

在重水反应堆中，包括研究型反应堆和核电站反应堆，原子的裂变在反应堆堆池内的堆芯容器中进行，容器外的重水将对放射出来的中子、γ射线和α射线进行吸收和屏蔽，重水在屏蔽过程中，会发出热量和产生微量蒸汽，这种具有放射性的蒸汽需要通过重水池上界面的循环氦气带出堆外，进行分离处理。

与一般工业用的循环机不同，反应堆用的氦循环机的压头较大(一般1～2mH₂O)，流量小，且由于氦气密度远小于空气等，这样的压头不易用简单的轴流和离心风机达到。另外要求循环机的密封性达到零泄露、运行可靠性极高。输送的氦气不允许被循环机的零部件及材料污染。

基于上述条件，国内外多采用水环式氦循环机或罗茨风机式的氦循环机，例如，秦山核电站的氦循环机采用水环式氦循环机；水环式氦循环机的缺点是易使轻水混入重水。罗茨风机循环机属于等容压缩，故容积效率很低，噪声大，例如，我国对非洲某国输出的研究堆用的氦循环机，采用罗茨风机式结构，其驱动电机功率达到15千瓦，但氦气的循环量还显不足，噪声达到83分贝。以上两种结构的氦循环机均不能很好的满足反应堆工程的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用同步齿轮驱动的双螺杆式全密闭氦气循环机，可解决背景技术氦循环机的轻水混入重水、容积效率低和噪声大的问题。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机，包括卧式螺杆汽缸，该螺杆汽缸的一端通过轴承座密闭连接一个设有绕组和转子的电机壳体，该电机壳体上设有绕组导线的接出部位；螺杆汽缸的另一端密闭连接一个齿轮箱，该齿轮箱内设有两个相互啮合的同步齿轮；所述螺杆汽缸内设有相互非接触啮合的主动螺杆与从动螺杆，该两螺杆的一端固定在轴承座中的第一对轴承上，其中主动螺杆伸入到电机壳体中直接与转子轴向相连；该两螺杆的另一端通过设置在螺杆汽缸内的第二对轴承与齿轮箱内的同步齿轮轴向连接，该连接处设置有机械密封；所述螺杆汽缸与齿轮箱之间设置有带截止阀的抽气连通管道。

上述方案中，在第一对轴承外周的轴承座内以及第二对轴承外周的螺杆汽缸内可设置有冷却水通道。所述轴承采用润滑脂润滑的密封滚动轴承。所述电机壳体绕组导线的接出部位为陶瓷金属一体化的贯穿件。

本发明采用电机轴与主动螺杆轴为一体的悬挂式结构，电机壳体、轴承座与螺杆汽缸之间通过静密封固紧连接，实现了整机密闭性结构。两根相互啮合的阳螺杆和阴螺杆用同步齿轮驱动，在啮合转动中通过齿槽容积输送流体。同步齿轮采用润滑油润滑，考虑到氦气循环机投入使用前需要抽真空，以及在输气过程中螺杆输气腔与同步齿轮箱之间需要氦气压力的平衡，故在两者之间设有连通管路，但又不致使齿轮箱中的润滑油进入输气腔。

与现有技术相比。本发明专利采用双螺杆式结构，双螺杆采用同步齿轮驱动，不存在螺杆啮合副之间的磨损；一方面螺杆之间的啮合不供给任何润滑剂；另一方面，双螺杆机械具有内压缩的过程，可以使容积效率大幅度提高和噪声下降。

我们将本发明的双螺杆机构用于中国先进研究堆的氦循环机，装入反应堆调试证明，循环机流量和压头充足，驱动电机功率只有2.2千瓦。风机噪声为73分贝。很好的满足了反应堆工程的需要。

附图说明

图1本发明双螺杆式全密闭氦循环机整体结构图。图中：1-主动螺杆(阳螺杆)；2-从动螺杆(阴螺杆)；3-阳螺杆机械密封；3’-阴螺杆机械密封；4-同步齿轮；5-转子；6-电机壳体；7-轴承座；8-螺杆汽缸；9-绕组导线的接出部位；10、11-轴承；12、13-冷却水通道；14-齿轮箱；15-连通管；16-截止阀。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机，包括卧式螺杆汽缸8，该螺杆汽缸的一端通过轴承座7密闭连接一个设有绕组和转子5的电机壳体6，该电机壳体上设有绕组导线的接出部位9；螺杆汽缸的另一端密闭连接一个齿轮箱14，该齿轮箱内设有两个相互啮合的同步齿轮4；螺杆汽缸内设有相互非接触啮合的主动螺杆1与从动螺杆2，该两螺杆的一端固定在轴承座7中的第一对轴承10上，其中主动螺杆1伸入到电机壳体6中直接与转子5轴向相连，以保证氦气不发生泄露。具体连接为：转子5直接按过度配合安装在主动螺杆1的轴上，用键连接。装有绕组的电机定子安装在电机壳体6内壁。该两螺杆的另一端通过设置在螺杆汽缸8内的第二对轴承11与齿轮箱14内的同步齿轮4轴向连接，因主动螺杆1与从动螺杆2由同步齿轮4驱动，故在两螺杆齿之间没有直接接触。同步齿轮4应是斜齿轮，斜齿轮与轴之间应采用螺母夹紧的方式固定，即依靠摩擦力固定。这样紧固的原因是先调整螺杆转子之间前后间隙均等，使同步齿轮在任意位置定位和紧固。在两根螺杆与同步齿轮4之间连接处各设置了机械密封3和3’，用于密封齿轮箱14内的润滑油不致进入螺杆汽缸8(螺杆工作腔)。该机械密封3和3’可采用市场上的通用机械密封结构，但材料应采用不锈钢材料。

在循环机装入反应堆后，需要对螺杆汽缸8内抽真空，所以在螺杆汽缸8和齿轮箱14之间设置抽气连通管15，连通管15上设置一个截止阀16。连通管15中装设有油气分离材料，保证抽真空和正常运行中不会有润滑油窜入循环氦气之中。

电机壳体6通过法兰与轴承座7一侧法兰端面连接，轴承座7的另一侧法兰端面与螺杆汽缸8的法兰端面相连。法兰端面之间采用氟橡胶密封圈密封，保证其氦气的泄漏量在10^-8Pa.l/s(帕.升/秒)以下。

电机绕组导线的接出部位9采用陶瓷金属一体化的贯穿件，以保证机内氦气不会通过电缆接线柱泄露到机外。

螺杆两端的两对轴承10、11采用润滑脂润滑的密封滚动轴承，不致使氦气被润滑剂污染。为了保证润滑脂温度升高，在轴承10外周的轴承座7内设置了冷却水通道12、轴承11外周的螺杆汽缸内设置了冷却水通道13，可对轴承进行循环冷却。

本发明双螺杆压缩机的工作原理是，两根螺杆相互啮合，在相啮合的一对齿槽基元容积与螺杆汽缸8构成的封闭容积内，气体被扩大的基元容积吸入气缸，然后基元容积缩小，氦气被压缩，当压力达到风机压头规定的数值后，基元容积腔与排气孔口连通，开始排气。氦循环机的双螺杆1和2的啮合型线可以是通用的空气压缩机的螺杆转子型线和成型螺杆产品。但是，需要根据排气与吸气的压力比，按螺杆压缩机理论设计机壳上特定的排气孔口，保证两转子的基元容积与排气孔口接通时，基元容积内的压力与排气管道内的压力一致。

Claims (6)

1.一种反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机，包括卧式螺杆汽缸，其特征在于，该螺杆汽缸的一端通过轴承座密闭连接一个设有绕组和转子的电机壳体，该电机壳体上设有绕组导线的接出部位；螺杆汽缸的另一端密闭连接一个齿轮箱，该齿轮箱内设有两个相互啮合的同步齿轮；所述螺杆汽缸内设有相互非接触啮合的主动螺杆与从动螺杆，该两螺杆的一端固定在轴承座中的第一对轴承上，其中主动螺杆伸入到电机壳体中直接与转子轴向相连；该两螺杆的另一端通过设置在螺杆汽缸内的第二对轴承与齿轮箱内的同步齿轮轴向连接，该连接处设置有机械密封；所述螺杆汽缸与齿轮箱之间设置有带截止阀的抽气连通管道。

2.如权利要求1所述的反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机，其特征在于，在第一对轴承外周的轴承座内以及第二对轴承外周的螺杆汽缸内设置有冷却水通道。

3.如权利要求1所述的反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机，其特征在于，所述轴承采用润滑脂润滑的密封滚动轴承。

4.如权利要求1所述的反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机，其特征在于，所述电机壳体绕组导线的接出部位为陶瓷金属一体化的贯穿件。

5.如权利要求1所述的反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机，其特征在于，所述主动螺杆伸入到电机壳体中直接与转子轴向相连，具体连接结构为：转子直接按过度配合安装在主动螺杆的轴上，用键连接。

6.如权利要求1所述的反应堆用全密闭双螺杆式氦气循环机，其特征在于，所述同步齿轮为斜齿轮，斜齿轮与轴之间采用螺母夹紧的方式固定。