CN103256246B - 反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置，每级机械密封的结构、功能相同，方便相互更换，而四个节流器的结合使用，使三级流体串联动压机械密封形成六种功能失效模式，在某一级机械密封损坏的情况下，仍可使核主泵短期内继续运行，避免核电站瞬时断电，既增强了核主泵的维护，又减小了核电站的经济损失。

Description

反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置

技术领域：本发明涉反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置。

背景技术：反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置是反应堆冷却剂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。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用于反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置。本发明的技术方案是：一种反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置，由三级相同的机械密封串联安装，静环组件（2-2）安装到动环组件（2-1）上位，二者的密封面相接触构成机械密封（2），动环（2-1）通过圆柱销与一号密封轴套（1）进行轴向转动连接，一号外环（3）安装到机械密封（2）外部并由一号导环（4）压紧，二号密封轴套（7）的凹槽与一号密封轴套（1）凸缘套装在一起并由两瓣夹环（6）锁紧形成连合体，相同的机械密封（2）通过圆柱销安装到二号密封轴套（7）上，二号外环（9）装压到一号导环（4）上并由六角头螺钉（8）把合锁紧，第一节流器（10）和第二节流器（11）的接头分别安装到二号外环（9）的下部轴向孔和上部轴向孔内，由六角头螺钉锁紧，第三节流器（14）和第四节流器（15）的接头安装到二号外环（9）上的不同角度处径向孔上，并由六角头螺钉锁紧，二号导环（12）装压到二号外环（9）上并由内六角头螺钉（13）锁紧形成连合体，三级密封轴套（16）的凹槽与二级密封轴套（7）凸缘套装压紧，相同的机械密封（2）通过圆柱销安装固定在三级密封轴套（16）内，三号外环（17）安装二号导环（12）上并由三号导环（18）压紧组成第三级密封腔。

本发明的有益效果是：

（1）本发明由三级相同的机械密封串联装压而成，系统压力通过四个节流器逐级降压，最终实现密封的可控低压“零泄漏”（零泄漏，指的是反应堆冷却剂的无外泄漏），保证核主泵的安全、可靠运行，并防止环境核辐射污染。

（2）机械密封摩擦副由动环和静环组成。其中，动环随密封轴套旋转。静环端面设计成特殊的浅槽波纹形状，运转时密封摩擦副之间产生液膜，并处于稳定状态，避免发生干磨擦而降低机械密封的寿命。

（3）结构上，第一级密封和第二级密封通过两瓣夹环（6）实现了两级密封的整体连接，便于整体拆装，大大节约拆装时间。

（4）三级机械密封装置的串联结构和四个节流器可组成六种功能失效模式，当在某机械密封损坏时可保证主泵在一定时间内仍可安全运行，有助于反应堆冷却剂泵安全停机和维护。

反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置无泄漏原理说明：

三级流体串联动压机械密封，采用三级相同的流体动压式机械密封分摊密封压力。来自上充泵（核电站另一个设备）的高压注入水（压力高于反应堆冷却剂泵腔内压力），进入第一级密封腔内，再由分别经过两个节流器节流，分别进入第二、三级机械密封装置腔内。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装置腔的压力为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。

反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置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，静环内径附加支撑钢环。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（化学和容积控制）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腔内。另两个流向分别以流量600L/h进入第二级机械密封和第三级机械密封装置，其压力分别为106bar和53bar。该分向流是由第一节流器、第二节流器、第三节流器和第四节流器共四个节流器来完成的。注入水经过第一节流器压力降为106bar时，第一级机械密封前后端的压力差为53bar，此时第一级机械密封面的泄漏量为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机械密封前，压力已降为106bar。同样原理，经过相同的机械密封，第二、三级机械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，分别注入核电站化学和容积控制系统（RCV），且从第三级机械密封的密封面泄漏出来的5L/h泄漏量流入低压泄漏系统。

三级流体动压机械密封的研制成功，将使我国核主泵的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，填补国家始终未实现核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是反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置剖视图

图2是机械密封结构剖视放大图

图3是第一节流器

图4是第二节流器

图5是第三节流器

图6是第四节流器

具体实施方式

如图1所示，反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置由三级相同的机械密封串联安装，如图2所示，静环组件2-2安装到动环组件2-1上位，二者的密封面相接触构成机械密封2，动环2-1通过圆柱销与一号密封轴套1进行轴向转动连接，一号外环3安装到机械密封2外部并由一号导环4压紧，二号密封轴套7的凹槽与一号密封轴套1凸缘套装在一起并由两瓣夹环6锁紧形成连合体，相同的机械密封2通过圆柱销安装到二号密封轴套7上，二号外环9装压到一号导环4上并由六角头螺钉8把合锁紧，如图3、图4所示，第一节流器10和第二节流器11的接头分别安装到二号外环9的下部轴向孔和上部轴向孔内，由六角头螺钉锁紧，如图4、图5所示，第三节流器14和第四节流器15的接头安装到二号外环9上的不同角度处径向孔上，并由六角头螺钉锁紧，二号导环12装压到二号外环9上并由内六角头螺钉13锁紧形成连合体，三级密封轴套16的凹槽与二级密封轴套7凸缘套装压紧，相同的机械密封2通过圆柱销安装固定在三级密封轴套16内，三号外环17安装二号导环12上并由三号导环18压紧组成第三级密封腔。

本发明采用三级相同的机械密封2分别安装到一号密封轴套1、二号密封轴套7、三级密封轴套16上，并和第一节流器10、第二节流器11、第三节流器14和第四节流器15组成六种功能失效模式，保证核主泵在某级机械密封损坏的情况下仍可短期内运行，为核主泵的维护争取时间，减小核电站的经济损失。

本发明每级机械密封的结构、功能相同，可相互替换，有利于核主泵的维护，适用范围广。

Claims (1)

1.一种反应堆冷却剂泵流体动压三级机械密封装置，其特征是：由三级相同的机械密封串联安装，静环组件（2-2）安装到动环组件（2-1）上位，二者的密封面相接触构成机械密封（2），动环（2-1）通过圆柱销与一号密封轴套（1）进行轴向转动连接，一号外环（3）安装到机械密封（2）外部并由一号导环（4）压紧，二号密封轴套（7）的凹槽与一号密封轴套（1）凸缘套装在一起并由两瓣夹环（6）锁紧形成连合体，相同的机械密封（2）通过圆柱销安装到二号密封轴套（7）上，二号外环（9）装压到一号导环（4）上并由六角头螺钉（8）把合锁紧，第一节流器（10）和第二节流器（11）的接头分别安装到二号外环（9）的下部轴向孔和上部轴向孔内，由六角头螺钉锁紧，第三节流器（14）和第四节流器（15）的接头安装到二号外环（9）上的不同角度处径向孔上，并由六角头螺钉锁紧，二号导环（12）装压到二号外环（9）上并由内六角头螺钉（13）锁紧形成连合体，三级密封轴套（16）的凹槽与二级密封轴套（7）凸缘套装压紧，相同的机械密封（2）通过圆柱销安装固定在三级密封轴套（16）内，三号外环（17）安装二号导环（12）上并由三号导环（18）压紧组成第三级密封腔。