CN101832290A - 一种用于反应堆冷却剂泵或冷却剂风机检修的密封机构 - Google Patents

Abstract

一种用于反应堆冷却剂泵或冷却剂风机检修的密封机构，包括核主泵或主风机的壳体，主轴穿过壳体的中心孔，叶轮安装在主轴的下端，主轴与壳体的中心孔之间留有间隙，壳体的中心孔内配置有二级活塞，二级活塞与主轴之间配置有轴封系统并安装在主轴上，在二级活塞与主轴之间配置有一级活塞，一级活塞套装在二级活塞内，一级活塞的下端面内侧安装有一级密封圈，外侧下方配置有复位弹簧，一级活塞的上端面与二级活塞相接，并留有高压气腔，一级活塞下方配置有一级密封面，二级密封圈安装在壳体内腔的上表面，二级密封面位于壳体内腔内，本发明通过一、二两级独立的密封结构的配合使用，减小检修工序和成本，具有有效保证检修过程的密封安全性的优点。

Description

一种用于反应堆冷却剂泵或冷却剂风机检修的密封机构

技术领域

本发明涉及一种密封结构，具体涉及一种用于反应堆冷却剂泵或冷却剂风机检修的密封机构。

背景技术

压水堆核电站的关键设备之一为一回路冷却剂循环泵，简称核主泵，其轴封普遍采用机械密封，由于密封性能的需要，该主泵的机械密封一般每两到三年就要进行一次包括检查密封摩擦磨损情况在内的检修，更换必要的密封元件和组件，为了防止检修过程中压水堆叶轮腔室内带有辐射性的介质发生泄漏，检修机械密封时，需先将叶轮腔室内的工作压力降低到常压，这个过程一般称为泄压，检修后需重新加压，泄压增加了检修过程的复杂性，也造成了能源的浪费。与亚水核反应堆相似，高温气冷堆核电站的一回路冷却剂循环风机，简称主风机，在采用机械密封作为轴封的时候，其检修也面临泄压的问题，采用气体冷却剂的气冷堆的工作压力约为常压的70倍，一旦泄压，气体的体积将膨胀为工作时体积的70倍，如此大量的带有放射性的气体储藏困难，因而一般只能通过排放泄压，而排放处理一方面会导致昂贵的工作气体如氦气大量流失浪费；另一方面排放前必须进行严格净化，致使运营成本大幅提高，与压水堆相比，气冷堆泄压和重新加压的耗时更长、难度更大，泄压检修带来的经济损失更为严重。

核主泵和主风机处于高温、高压和高辐照环境，工作环境恶劣，其设计寿命一般为40～60年，目前采用的橡塑材料密封件的使用周期一般最长只有7～8年，而且辐照会加速橡胶材料的老化；而金属密封圈结构抗辐照能力强，但变形恢复能力较橡塑密封圈低，多次重复启闭后密封性能将降低，单靠这些密封结构都不能满足核主泵和主风机整寿命周期不泄压检修的要求。

发明内容

为了克服目前现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用于反应堆冷却剂泵或冷却剂风机检修的密封机构，能满足核电站主泵和主风机整寿命周期内的不泄压检修与更换轴封的要求，具有减小检修工序和成本，有效保证检修过程的密封安全性的优点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于反应堆冷却剂泵或冷却剂风机检修的密封机构，包括核主泵或主风机的壳体13，壳体13顶部开有中心孔，壳体13的中心孔为上大下小的台阶形孔，主轴1穿过壳体13顶部的中心孔，叶轮11安装在主轴1的下端，并位于壳体13的内腔里面，主轴1由轴承2定位，主轴1与壳体13的中心台阶孔之间留有间隙，其中，壳体13的中心台阶孔的上部与主轴1之间的间隙用于安装二级活塞5、轴封系统3和一级活塞6，下部与主轴1之间留有0.5～1mm的径向间隙，壳体13的中心孔内配置有二级活塞5，二级活塞5与壳体13连接，二级活塞5与主轴1之间配置有轴封系统3，轴封系统3安装在主轴1上，二级活塞5内设有限位结构，在二级活塞5与主轴1之间，且位于轴封系统3的下部配置有一级活塞6，一级活塞6套装在二级活塞5内，一级活塞6的下端面内侧安装有一级密封圈7，外侧下方配置有复位弹簧9，一级活塞6的上端面与二级活塞5的限位结构的下表面相接，并留有高压气腔8，一级活塞6下方配置有一级密封面10，一级密封面10为主轴1的一个轴肩，或固定在主轴1的辅助台肩上，二级密封圈14安装在壳体13内腔的上表面，二级密封面12位于壳体13内腔内，二级密封面12为叶轮11的背面，或固定在主轴1的辅助台肩上。

所述的一级密封圈7采用橡塑材料。

所述的二级密封圈14的材料为金属、柔性石墨或金属与柔性石墨的组合。

本发明的工作原理为：

该检修密封结构通过一、二两级独立的密封结构的配合使用，来满足核电站主泵和主风机整设计寿命周期、不泄压的轴封检修和维护的要求。具体分为下列两种动作模式：

常规检修时，只启用一级检修密封，把高压空气注入到高压气腔8内，推动一级活塞6向下运动，直至活塞下端面上安装的一级密封圈7与一级密封面10接触并压紧，一级检修密封生效，可进行轴封的检修；

长周期检修时，首先启用一级检修密封，再切换到二级检修密封，然后停止一级检修密封，并对其进行检修，检修完毕重新安装复位后，再次启动一级检修密封，然后停止二级检修密封，最后停止一级检修密封，具体过程如下：把高压压缩空气注入到密封环形活塞的高压气腔8内，推动一级活塞6向下运动，直至活塞下端面的一级密封圈7与一级密封面10接触并压紧，一级检修密封生效，启动二级检修密封，一级检修密封生效后，检修密封上方的轴系组件可一一拆除，松开锁紧螺栓4，主轴1连同二级活塞在壳体内腔高压介质的作用下一起向上运动，直至二级密封面12与壳体13内腔上表面的二级密封圈14接触并压紧，此时二级检修密封生效，二级检修密封生效后，逐渐减小高压气腔8的供气压力至常压，一级活塞6在复位弹簧9的作用下复位，一级检修密封停止工作，此后可拆卸一级活塞6、二级活塞5等结构，进行检修，检修完毕后重新安装复位，重新启动一级检修密封，一级密封活塞6和二级密封活塞5重新安装复位后，再次向高压气腔8注入高压空气，至一级检修密封生效，然后重新锁紧锁紧螺母4，在此过程中，一级活塞6在高压气作用下随二级活塞5下移，并推动主轴1向下运动，二级密封圈14和二级密封面12分离，二级检修密封停止工作，再次停止一级检修密封，二级活塞复位并固定完毕后，逐渐减小高压气腔8的工期压力至常压，一级活塞6复位，一级检修密封停止工作。

由于本发明配置有两级独立的检修密封结构，能满足核电站主泵和主风机整寿命周期内的不泄压检修与更换轴封的要求，具有减小检修工序和成本，有效保证检修过程的密封安全性的优点。

附图说明

附图是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种用于反应堆冷却剂泵或冷却剂风机检修的密封机构，包括核主泵或主风机的壳体13，壳体13顶部开有中心孔，壳体13的中心孔为上大下小的台阶形孔，主轴1穿过壳体13顶部的中心孔，叶轮11安装在主轴1的下端，并位于壳体13的内腔的底部，主轴1由轴承2定位，主轴1与壳体13的中心孔之间留有间隙，其中，壳体13的中心台阶孔的上部与主轴1之间的间隙用于安装二级活塞5、轴封系统3和一级活塞6，下部与主轴1之间留有0.5～1mm的径向间隙，作为隔离气的通道，壳体13的中心孔内配置有二级活塞5，二级活塞5通过锁紧螺栓4与壳体13连接，壳体13的中心孔内壁作为二级活塞5的滑动配合面，二级活塞5与主轴1之间配置有轴封系统3，轴封系统3安装在主轴1上，二级活塞5内设有限位结构，在二级活塞5与主轴1之间，且位于轴封系统3的下部配置有一级活塞6，一级活塞6套装在二级活塞5内，一级活塞6的外圈与二级活塞5内圈配合，一级活塞6的下端面内侧安装一级密封圈7，外侧下方配置有复位弹簧9，一级活塞6的最大外径大于二级活塞5的限位结构的最小直径，一级活塞6的上端面与二级活塞5的限位结构的下表面相接，一级活塞6向上的运动就被二级活塞5所限制，并留有高压气腔8，可以通过注入高压气体驱动一级活塞6相对于二级活塞5向下运动，当气腔内压力不足时，复位弹簧9将一级活塞6顶起，与二级活塞5贴紧，一级活塞6下方配置有一级密封面10，一级密封面10为主轴1的一个轴肩，或固定在主轴1的辅助台肩上，当一级活塞6与一级密封面10接触并压紧时，一级密封圈7起密封作用，二级密封圈14安装在壳体13内腔的上表面，直径大于该处的中心孔直径，两者之间构成的环面的面积与高压气源最大供气压力的乘积至少需为密封腔内外压差对轴系造成的最大轴向力的1.2倍；二级密封面12位于壳体13内腔内，为叶轮11的背面，或固定在主轴1的辅助台肩上，当二级密封面12与二级密封圈14接触并压紧时，二级检修密封生效。

所述的一级密封圈7采用橡塑材料。

所述的二级密封圈14的材料为金属、柔性石墨或金属与柔性石墨的组合。

本发明的工作原理为：

该检修密封结构通过一、二两级独立的密封结构的配合使用，来满足核电站主泵和主风机整设计寿命周期、不泄压的轴封检修和维护的要求。具体分为下列两种动作模式：

常规检修时，只启用一级检修密封，把高压空气注入到高压气腔8内，推动一级活塞6向下运动，直至活塞下端面上安装的一级密封圈7与一级密封面10接触并压紧，一级检修密封生效，可进行轴封的检修，检修时，若将主轴1上方的轴向支承和固定结构拆除，则可缓缓降低高压气腔8内的压力，此时主轴1将在壳体13内高压介质的作用下连同一级活塞一起向上运动，并保持一级密封面10与一级密封圈7之间压紧，直到一级活塞6的上端面与二级活塞7的限位结构接触，主轴1连同一级活塞6才停止向上的运动，两者间维持贴合，维持在密封的状态，这时可以在无外供压的条件下，维持检修密封结构的密封状态；

长周期检修时，首先启用一级检修密封，再切换到二级检修密封，然后停止一级检修密封，并对其进行检修，检修完毕重新安装复位后，再次启动一级检修密封，然后停止二级检修密封，最后停止一级检修密封，具体过程如下：把高压压缩空气注入到密封环形活塞的高压气腔8内，推动一级活塞6向下运动，直至活塞下端面的一级密封圈7与一级密封面10接触并压紧，一级检修密封生效，启动二级检修密封，一级检修密封生效后，检修密封上方的轴系组件可一一拆除，松开锁紧螺栓4，主轴1连同二级活塞在壳体内腔高压介质的作用下一起向上运动，直至二级密封面12与壳体13内腔上表面的二级密封圈14接触并压紧，此时二级检修密封生效，二级检修密封生效后，逐渐减小高压气腔8的供气压力至常压，一级活塞6在复位弹簧9的作用下复位，一级检修密封停止工作，此后可拆卸一级活塞6、二级活塞5等结构，进行检修，检修完毕后重新安装复位，重新启动一级检修密封，一级密封活塞6和二级密封活塞5重新安装复位后，再次向高压气腔8注入高压空气，至一级检修密封生效，然后重新锁紧锁紧螺母4，在此过程中，一级活塞6在高压气作用下随二级活塞5下移，并推动主轴1向下运动，二级密封圈14和二级密封面12分离，二级检修密封停止工作，再次停止一级检修密封，二级活塞复位并固定完毕后，逐渐减小高压气腔8的工期压力至常压，一级活塞6复位，一级检修密封停止工作。

附图中：1为主轴；2为轴承；3为轴封系统；4为压紧螺栓；5为二级活塞；6为一级活塞；7为一级密封圈；8为高压气腔；9为复位弹簧；10为一级密封面；11为叶轮；12为二级密封面；13为壳体；14为二级密封圈。

Claims (3)

1.一种用于反应堆冷却剂泵或冷却剂风机检修的密封机构，包括核主泵或主风机的壳体(13)，其特征在于：壳体(13)顶部开有中心孔，壳体(13)的中心孔为上大下小的台阶形孔，主轴(1)穿过壳体(13)项部的中心孔，叶轮(11)安装在主轴(1)的下端，并位于壳体(13)的内腔里面，主轴(1)由轴承(2)定位，主轴(1)与壳体(13)的中心台阶孔之间留有间隙，其中，壳体(13)的中心台阶孔的上部与主轴(1)之间的间隙用于安装二级活塞(5)、轴封系统(3)和一级活塞(6)，下部与主轴(1)之间留有0.5～1mm的径向间隙，壳体(13)的中心孔内配置有二级活塞(5)，二级活塞(5)与壳体(13)连接，二级活塞(5)与主轴(1)之间配置有轴封系统(3)，轴封系统(3)安装在主轴(1)上，二级活塞(5)内设有限位结构，在二级活塞(5)与主轴(1)之间，且位于轴封系统(3)的下部配置有一级活塞(6)，一级活塞(6)套装在二级活塞(5)内，一级活塞(6)的下端面内侧安装有一级密封圈(7)，外侧下方配置有复位弹簧(9)，一级活塞(6)的上端面与二级活塞(5)的限位结构的下表面相接，并留有高压气腔(8)，一级活塞(6)下方配置有一级密封面(10)，一级密封面(10)为主轴(1)的一个轴肩，或固定在主轴(1)的辅助台肩上，二级密封圈(14)安装在壳体(13)内腔的上表面，二级密封面(12)位于壳体(13)内腔内，二级密封面(12)为叶轮(11)的背面，或固定在主轴(1)的辅助台肩上。

2.根据权利要求1所述的一种用于反应堆冷却剂泵或冷却剂风机检修的密封机构，其特征在于：所述的一级密封圈(70采用橡塑材料。

3.根据权利要求1所述的一种用于反应堆冷却剂泵或冷却剂风机检修的密封机构，其特征在于：所述的二级密封圈(14)的材料为金属、柔性石墨或金属与柔性石墨的组合。

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