CN102808760A - 三级流体动压机械密封测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三级流体动压机械密封测试装置，将结构设计成可更换不同量级的机械密封，增强了适用范围，水导轴承和滚动轴承的双轴承结构形式既保证了模拟核主泵的实际运行工况，又保证了轴系运行时的对中和稳定，调整螺钉组件实现了轴系的安全拆装，温度、压力和泄漏量的监测完全模拟核主泵工况，保证了测试结果了的准确可靠性。本发明结构上拆装安全方便、适用性强，非常适用不同量级核主泵三级流体动压机械密封的性能测试。

Description

三级流体动压机械密封测试装置

技术领域：本发明涉三级流体动压机械密封测试装置。

背景技术：三级流体动压机械密封测试装置主要用来完成核主泵三级流体动压机械密封的测量等密封性能试验。其中，三级流体动压机械密封是核主泵结构中最为核心的重要组成部分，直接关系核主泵在核电站中能否安全、可靠运行。如果密封发生泄漏，将直接导致反应堆停堆，给核电站带来巨大的经济损失，严重时还会造成环境辐射污染。该装置为完全模拟核电站核主泵三级流体动压机械密封的运行工况而设计，通过在无辐射条件下，预监测密封运转时冷却水的泄漏量、压力及温度等，为核主泵在核电站中安全、可靠运行提供保障。目前，核主泵是我国核电站核岛中唯一没有完全实现国产化的设备。而核主泵的制造市场长期被欧美日等发达国家垄断，由其技术上的先进性，我国在核主泵的设计及制造方面处于被动状态，并一直依赖于进口。

发明内容：

本发明的目的是公开一种拆装安全方便、适用性强，非常适用不同量级核主泵三级流体动压机械密封性能测试试验的三级流体动压机械密封测试装置。本发明的技术方案是：一种三级流体动压机械密封测试装置，壳体（2）下部钻有十六个螺孔，通过螺栓和螺母将下部轴承体（3）固定锁紧，水导轴承（10）套装在轴（1）下端，通过圆柱销和内六角螺钉与轴承固定环（11）相连后再固定到轴承体（3）下部，调整螺钉组件（16）安装在下部轴承盖（6）上用于支撑轴系和密封下体，位于静态支撑环（12）上的弹簧弹起静压止逆密封环（14），旋转支撑环（13）压装在静压止逆密封环（14）上阻止其轴向自由移动，沿轴系方向依次布置密封壳（8）、密封外环（7），机械密封环（9）通过圆柱销安装固定在密封轴套（15）上并由两半卡环将密封轴套（15）锁死，上部轴承盖（4）由十六对螺栓螺母连接到壳体（2）上部，用于封闭上腔和支撑密封托架（18）、轴承室（19），滑动密封（17）套装在轴（1）上端与骨架密封（23）组成多重密封结构阻止润滑油泄漏，甩油环（22）套装在轴（1）上并且随轴（1）转动驱动油循环，甩油环（22）支撑滚动轴承（20）内圈，顶盖（21）压紧滚动轴承（20）外圈，完成结构闭合锁紧。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用了水导轴承和滚动轴承的双轴承结构，水导轴承模拟了核主泵的结构，滚动轴承承载了转子的轴向力，使得轴系运行较为平稳。

（2）装压在轴上的滑动密封与密封托架径向圆周配合，并通过O形圈形成静态隔离层，有效地将下腔体注入水与上腔体润滑油间隔开，避免了对介质注入水的油污染。

（3）扭矩测试装置通过电动机机架扭动实现了对扭矩的测量。电动机机架由电动机支座和电动机法兰座两部分组成，其上分别安装有一个力臂，两力臂端部由测力元件和连杆相连接，组成扭矩测试验装置。电动机旋转产生的扭矩通过电动机支座和电动机法兰座上的力臂传递给测力元件，形成可被采集的拉伸力信号，通过数据分析最终实现对转子扭矩的测量。

（4）装置为竖直装配结构，从上端安装轴时会因自重而自由下落，位于装置底部的调整螺钉组件可以通过调整螺钉的拧入距离来固定轴的安装高度，从而克服了轴系装配时垂直滑落的困难。

（5）装置设计成拆装方便且可自由更换不同机械密封组件的结构形式，分别对不同的单级机械密封进行性能测试。位于轴中部的密封壳起支撑密封外环作用，当实际需要同时测试多级密封（二级或三级组件）时，只需将密封壳更换为其他机械密封及其支撑组件，便可实现多级密封性能的测试。这种空间结构设计的多适性，充分展现了本装置的灵活、多变、功能性强的优点。

（6）整套装置结构设计精密，可同时完成三级密封的性能试验考虑。试验时，通过升压的三个阶段，分别模拟三级密封的正常运行工况、两级密封的正常运行工况和单级密封工作的事故载荷。通过试验，最终可验证密封的在不同工况下的泄漏量，如果泄漏量低于规定的泄漏值，证明密封有效。从而确保核主泵在长期运转时，不发生泄漏，也为核电站的正常运行提供保障。

三级密封无泄漏原理补充说明：三级密封，采用三级相同的流体动压式机械密封分摊密封压力。从上充泵的注入水，分别经过三个节流装置节流，分别进入机械密封腔内，进入第一级机械密封腔内的压力为159bar，进入第二级机械密封腔的压力为106bar，进入第三级机械密封腔的压力为53bar。进入每级机械密封的冷却水流量为600L/h。使三级串联机械密封的每一级都是同等工况。每级机械密封可控泄漏为5L/h。在初始阶段三级流体动压机械密封芯件每级设计成均能承受全系统压力159bar，但是在主泵正常运行时每级只承受1/3的全系统压力，约53bar。

该三级串联机械密封的结构特点为非接触式。平衡型，静止式，多弹簧，旋转环端面开设多个大波纹，静止环内径附加支撑环。三级串联机械密封的前两级集装在一起，第三级为一个单独集装式，每一级与泵体的接口尺寸逐级增大，与泵轴的接口尺寸逐级减小，这样使安装更加方便，快捷。

核电站一回路系统压力是152bar。在主泵正常运行工况下，系统压力通过三级串联机械密封降低到大气压力。

由核电站RCV系统的离心式上充泵提供的流量为2000L/h，压力为159bar的高压轴密封注入水进入轴密封系统后，由于轴密封注入水的压力高于一回路系统压力，因此该注入水分成三个流向。一个流向以流量800L/h至水润滑径向轴承进入到一回路系统内，防止反应堆冷却剂进入密封墙内。另两个流向分别以流量600L/h进入二级机械密封和三级机械密封，其压力分别为106bar和53bar。该分向流是由4个节流器1、2、3、4来完成的。注入水经过节流器1压力降为106bar时，第一级轴密封前后端的压力差为53bar，此时第一级轴密封面的泄漏量为5L/h，其主要是密封面的润滑和散热作用。这5L/h的泄漏流量流到第二级轴密封前，压力已降为106bar。同样原理，经过2、3级密封和节流器的共同作用下，压力为159bar高压密封注入水的压力也降到2～3bar，分别注入核电站RCV系统，且从第三级轴密封密封面泄漏出来的5L/h泄漏流流入低压泄漏系统。

该试验装置就能够测量模拟反应堆冷却剂泵真机工况下的各项密封测试。

该测试装置验证三级流体动压机械密封的密封性能，直接关系核主泵的研制成功与否。密封试验的通过，我国实现核主泵国产化工作迈进一大步，从此摆脱受制国外进口的尴尬局面，填补国家国家始终未实现主泵国产化的空白历史，替代进口，节约外汇，也为国家核电在国际市场中的竞争及向第三方出口做好条件准备。

附图说明

图1是三级流体动压机械密封测试装置剖视图

图2是壳体监测孔剖视图

具体实施方式

如图1所示的三级流体动压机械密封测试装置，壳体2下部钻有十六个螺孔，通过螺栓和螺母将下部轴承体3固定锁紧，水导轴承10套装在轴1下端，通过圆柱销和内六角螺钉与轴承固定环11相连后再固定到轴承体3下部，调整螺钉组件16安装在下部轴承盖6上用于支撑轴系和密封下体，位于静态支撑环12上的弹簧弹起静压止逆密封环14，旋转支撑环13压装在静压止逆密封环14上阻止其轴向自由移动，沿轴系方向依次布置密封壳8、密封外环7，机械密封环9通过圆柱销安装固定在密封轴套15上并由两半卡环将密封轴套15锁死，上部轴承盖4由十六对螺栓螺母连接到壳体2上部，用于封闭上腔和支撑密封托架18、轴承室19，滑动密封17套装在轴1上端与骨架密封23组成多重密封结构阻止润滑油泄漏，甩油环22套装在轴1上并且随轴1转动驱动油循环，甩油环22支撑滚动轴承20内圈，顶盖21压紧滚动轴承20外圈，完成结构闭合锁紧。

电机支架25上安装扭矩测试装置26用于测试电动机27的扭矩，壳体2上安装测温装置24，用来监测装置腔体内的注入水的温度。

本发明采用滚动轴承20模拟了核主泵双向推力轴承的承轴轴向力的功能，水导轴承10则完成仿真核主泵水润滑对中结构，保证了整个轴系的对中和平稳转动运行，调整螺钉组件16方便了轴系的装配与拆卸，如图2所示，壳体2上的四个螺孔，注入水孔2-3、密封前测压孔2-1、高压泄漏量孔2-4和低压泄漏量的测量孔2-1，模拟了核主泵的注入水、密封前测压、高压泄漏量和低压泄漏量的测量，有效实现了不同工况下对密封的性能测试，增强了对密封可使用性的保证。本发明有利于不同单级机械密封的更换，同时可实现同种结构的不同量级机械密封的性能测试，测试结果准确可靠，适用范围广。

Claims (2)

1.一种三级流体动压机械密封测试装置，其特征是：壳体（2）下部钻有十六个螺孔，通过螺栓和螺母将下部轴承体（3）固定锁紧，水导轴承（10）套装在轴（1）下端，通过圆柱销和内六角螺钉与轴承固定环（11）相连后再固定到轴承体（3）下部，调整螺钉组件（16）安装在下部轴承盖（6）上用于支撑轴系和密封下体，位于静态支撑环（12）上的弹簧弹起静压止逆密封环（14），旋转支撑环（13）压装在静压止逆密封环（14）上阻止其轴向自由移动，沿轴系方向依次布置密封壳（8）、密封外环（7），机械密封环（9）通过圆柱销安装固定在密封轴套（15）上并由两半卡环将密封轴套（15）锁死，上部轴承盖（4）由十六对螺栓螺母连接到壳体（2）上部，用于封闭上腔和支撑密封托架（18）、轴承室（19），滑动密封（17）套装在轴（1）上端与骨架密封（23）组成多重密封结构阻止润滑油泄漏，甩油环（22）套装在轴（1）上并且随轴（1）转动驱动油循环，甩油环（22）支撑滚动轴承（20）内圈，顶盖（21）压紧滚动轴承（20）外圈，完成结构闭合锁紧。

2.根据权利要求1所述的一种三级流体动压机械密封测试装置，其特征是：电机支架（25）上安装扭矩测试装置（26）用于测试电动机（27）的扭矩，壳体（2）上安装测温装置（24），用来监测装置腔体内的注入水的温度。

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