CN104169618B - 用于反应堆冷却剂泵组的轴密封系统的被动关闭密封设备 - Google Patents

用于反应堆冷却剂泵组的轴密封系统的被动关闭密封设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于反应堆冷却剂泵单元的被动关闭的密封设备(20)，其包括：开口密封圈(23)，其具有在其中允许泄漏流的失活位置以及在其中所述圈阻止所述泄漏流的激活位置；至少一个活塞(22)，其被设计成将所述开口密封圈(23)定位在其激活位置；锁定/解锁装置(25)，其被设计成当所述锁定/解锁装置的温度低于温度阈值时锁定所述至少一个活塞(22)在其失活位置，以及当所述锁定/解锁装置的温度高于所述温度阈值时释放所述至少一个活塞(22)；弹性装置(24)，其被设计成当所述活塞被释放时移动所述至少一个活塞(22)，以便将所述密封圈(23)定位在其激活位置。

Description

用于反应堆冷却剂泵组的轴密封系统的被动关闭密封设备
技术领域
本发明的领域是加压水核反应堆(PWNR)的反应堆冷却剂泵单元。
本发明进一步涉及一种被动关闭密封设备(SSD)，其用于控制由于在反应堆冷却剂泵单元上的故障的密封系统导致的主冷却剂泄漏。
背景技术
关闭密封设备(SSD)已经被开发在新一代的加压水核反应堆中以应对由于偶然的情况的冷却剂泵单元的故障的密封系统，被称为全厂断电(SBO)。
因而，在偶然情况下以及冷却剂泵关闭后，关闭密封设备必须使得由于反应堆冷却剂泵单元的故障的密封系统导致的主冷却剂泄漏得到控制和被阻止。
传统上，在反应堆冷却剂泵单元的冷却源损失的情形下，这种类型的设备通过辅助源(诸如加压的氮气回路)被激活并且触发通过将反应堆控制传送的信息被驱动。
为了激活源的使用分配的目的，已经开发出一种被动关闭密封设备，其不需要辅助激活系统，也不需要在反应堆控制处构建触发信息。这样的被动关闭密封设备被描述在文档WO2010/068615中。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是提供对这样的密封设备的改进以确保在偶然的情况下密封设备的激活以及其良好工作状态。
为此目的，本发明提供了一种用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备，其包括：
-开口密封圈，其具有其中允许泄漏流的失活位置以及其中所述圈阻止所述泄漏流的激活位置；
-至少一个活塞，其被设计成将所述开口密封圈定位在其激活位置；
-锁定/解锁装置，其被设计成当所述锁定/解锁装置的温度低于温度阈值时锁定所述至少一个活塞在其失活位置，以及当所述锁定/解锁装置的温度高于所述温度阈值时释放所述至少一个活塞；
-弹性装置，其被设计成当所述活塞被释放时移动所述至少一个活塞，以便将所述密封圈定位在其激活位置。
由于本发明，能够阻止由于反应堆冷却剂泵单元的故障的密封系统导致的主冷却剂泄漏，而无需辅助激活源。
根据本发明的设备的设计使得对已经在服务的反应堆冷却剂泵单元的体系结构的安装被简化。
由于根据本发明的设备，还能够通过调节该设备的自动激活温度以及更精确地通过改变可融合元素的组合物来将设备调节为每种类型的核反应堆的操作要求。
根据本发明的被动关闭密封设备还可以具有以下被单独采取或者根据任何技术上可能的组合的一个或多个特性：
-所述设备被设计成在使用中被集成在反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统中；
-所述圈包括被设计成配合所述至少一个活塞的斜切壁的斜切侧壁；
-所述锁定/解锁装置被设计成从介于80℃与200℃之间的温度阈值中机械地降解，该温度阈值优选地等于150℃；
-所述密封圈由抵抗超过300℃的温度的聚合物材料制成；
-所述密封圈由PEEK制成；
-所述密封圈由PEEK基体以及玻璃或碳增强纤维的复合材料制成；
-所述密封圈由金属材料制成；
-所述密封圈为由金属芯形成并且涂有比所述金属芯更有延展性的材料的复合材料；
-比所述金属芯更有延展性的所述材料为聚合物或者镍或者银；
-所述弹性装置为压缩螺旋弹簧或者波形弹簧或者弹簧垫圈；
-该设备包括多个活塞和分布在所述圈的周边的多个锁定/解锁装置，所述活塞和所述锁定/解锁装置以恒定的角度成角度地彼此间隔开；
-所述设备包括三个活塞和三个锁定/解锁装置；
-所述设备包括集成在所述密封圈中并且被设计成在所述圈降解情形下确保所述设备的密封的开口轴环。
本发明的一个目的也在于提供一种反应堆冷却剂泵单元，其包括：
-密封系统，其被设计成执行沿泄漏路径发生的受控泄漏，该泄漏路径沿着反应堆冷却剂泵单元的泵轴布置；
-根据本发明的被动关闭密封设备，其被设计成当所述密封系统故障以及当所述密封圈被激活时至少部分地密封所述密封系统的所述泄漏路径，以便执行受控泄漏。
附图说明
从下面给出的对它们的描述中，以指示的方式而不是出于任何限制的目的，参考所附附图，本发明的进一步特性和优点将变得更清楚，其中：
-图1图示了的反应器冷却剂泵单元的密封系统的局部横截面图；
-图2图示了根据本发明的集成在反应堆冷却剂泵单元的密封系统中的在其静止位置的被动关闭密封设备；
-图3图示了根据本发明的在其触发位置的图2中图示的关闭设备。
为清楚起见，在整个附图中相同或相似的元件都标以相同的附图标记。
具体实施方式
加压水反应堆的冷却剂泵是垂直安装的离心类型。在轴10(图1)的出口处的动态密封由三个级组成的密封系统确保。
第一级被称为密封n°1。密封n°1，参考J1，是受控的泄漏流体静密封。在正常操作中，如箭头F1所示，泄漏流会沿轴10发生。
在偶然的情况下，在密封n°1入口处的流体温度经受快速的温度上升，达到一个接近主回路温度的值，即大约280℃。在该温度下，密封n°1的性能退化，这导致非常高地增加泄漏流，可超过每小时10m3。被动关闭密封设备(SSD)意在在这种偶然情况下阻断密封n°1的泄漏路径F1下游。
图1更具体地表示沿介于密封n°1与位于密封n°1的上游的密封n°2(未示出)之间的轴10的泄漏路径F1。
有利地，根据本发明的SSD设备20被定位在泄漏路径F1上以便能够阻断在偶然的情况下沿着轴10的泄漏流的流动。
图2更具体地图示了在反应堆冷却剂泵单元的常规操作条件期间即当泄漏流的温度低于阈值时的密封设备20。
图3更具体地图示了在反应堆冷却剂泵单元的偶然操作条件期间即当泄漏流的温度高于阈值时的密封设备。
根据本发明的关闭密封设备20包括：
-开口密封圈23，其关于反应器冷却剂泵单元的泵轴10被同心地定位；
-活塞型装置22，其被设计成限制开口密封圈23处于比对应于其操作位置的更加关闭的位置，在操作位置中泄露路径不被阻塞；
-锁定/开锁装置25，其由可融合圈形成，用于在泄漏流的温度低于预定的阈值时锁定活塞22的位置到被称为静止位置(或失活位置)的位置，并且用于在泄漏流的温度高于或等于预定阈值时从它们的静止位置解锁活塞22的位置以达到被称为激活位置的位置；
-弹性装置24，例如压缩弹簧，其被设计成轴向移动设备20的不同活塞22，以便轴向地限制围绕轴10的开口密封圈23。
活塞22围绕密封圈23的圆周分布。
密封圈23具有第一斜切侧壁33，其斜率被设计为在活塞22的下部处与斜切壁32配合。
活塞22与开口密封圈23之间的，特别是活塞的斜切壁32与密封圈23的斜切壁33之间的接触，由多个弹性装置24确保，例如压缩螺旋弹簧、波形弹簧、弹簧垫圈，其围绕密封圈23的圆周分布并施加张力到活塞22上。
根据图2和图3中图示的实施例，活塞22包括被设计成部分地或完全地容纳该弹性装置24的孔34。
锁定/解锁装置25由根据其降解温度和其由给定的温度阈值损失的机械特性所选择的聚合物材料可融合圈形成。
根据本发明的优选方式，该设备包括以120°分布在反应器冷却剂泵单元的泵轴10的圆周上的三个活塞22和三个弹性装置24。
在常规操作条件下(图2)，密封圈23被保持设置在泄漏路径F1后面。通过弹簧回返并通过推压活塞22的斜切壁32，密封圈23被锁定在该位置，活塞22通过可融合圈25被保持在其静止位置。
在偶然条件下(图3)，泄漏流的温度的增加导致关闭设备20附近的温度增加，特别是可融合圈25的温度增加。当泄露流的温度达到阈值时(该阈值根据可融合圈25的性质被预定义)，可融合圈25被降解，因此不再确保有足够的机械强度以抵抗由多个弹性装置24所产生的张力。由于温度的增加导致的可融合圈25的融合因而使得设备20能够通过解锁活塞22被触发。
由于活塞22不再被保持在其静止位置，通过弹性装置24施加的张力将活塞轴向地移动到图2所示的激活位置。
活塞22的轴向移动经由与密封圈23的斜切壁33滑动地配合的活塞的斜切壁32而在密封圈23上产生径向张力。
由于活塞23的移动，径向应力将产生开口密封圈23的直径的减小，使得其挤压转子10的轴。
因而，在活塞的激活位置中，由于通过弹性装置24所施加的张力并且也通过随后在激活位置上通过密封设备20的上游的压力的增加引起的高压釜效应(autoclaving effect)，密封圈23确保了泄露路径F1的阻塞。
根据本发明的非限制性的实施例，密封圈23具有在其第二侧壁34上的，被设计以集成开口轴环26的台肩，该开口轴环26被称为抗挤压轴环。开口轴环26被设计成最佳地确保关闭设备的密封，特别在使得密封圈23的机械特性将退化的温度的特殊情况期间。
可融合圈25的聚合物的选择被做出使得其在高至介于80℃与200℃之间并且优选地等于150℃的温度阈值下都能够抵抗由弹性装置24施加的张力。
关闭设备20的密封圈23可以由抗高温(即高于300℃)的聚合物材料制成，诸如例如PEEK或玻璃或碳纤维填充的PEEK复合物。这样的材料的使用使得能够在较高的温度下获得橡胶状态的密封圈，允许其发生变形以完美地适配其环境的几何形状，从而确保更好的密封质量。
设备20的开口密封圈23也可以由金属材料制成。在这种情况下，由于介于密封圈23与相接触的部分之间存在的间隙，将预期有残余的泄漏流。然而，金属材料的使用能够保持该设备，特别是对于在泵轴的旋转的完全关闭之前在所述设备的激活情形下待紧固的密封圈。
开口密封圈23也可由涂有比金属芯更有延展性的材料的金属芯形成的复合材料制成，该更有延展性的材料诸如聚合物、镍或甚至银。比芯更有延展性的周边材料将允许不同部分之间存在的间隙得以通过使表面层变形而被填充。在轴旋转所引起的表面层的磨损的情况下，密度较大的金属芯允许确保泄漏流的限制。
有利地，活塞22以及抗挤压开口轴环26由不锈钢类型的金属材料制成。

Claims (16)

1.一种用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其中所述密封设备包括：
-开口密封圈(23)，具有其中允许泄漏流的失活位置以及其中所述密封圈阻止所述泄漏流的激活位置；
-至少一个活塞(22)，被设计成将所述开口密封圈(23)定位在其激活位置；
-锁定/解锁装置(25)，被设计成当所述锁定/解锁装置的温度低于温度阈值时锁定所述至少一个活塞(22)在其失活位置，以及当所述锁定/解锁装置的温度高于所述温度阈值时释放所述至少一个活塞(22)；
-弹性装置(24)，被设计成当所述活塞被释放时移动所述至少一个活塞(22)，使得将所述密封圈(23)定位在其激活位置。
2.根据权利要求1所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述设备被设计成在使用中被集成在反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统中。
3.根据权利要求1所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述密封圈(23)包括被设计为与所述至少一个活塞(22)的斜切壁配合的斜切侧壁。
4.根据权利要求1所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述锁定/解锁装置(25)被设计成从介于80℃与200℃之间的温度阈值中机械地降解。
5.根据权利要求4所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述锁定/解锁装置(25)被设计成从等于150℃的温度阈值中机械地降解。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述密封圈(23)由抵抗超过300℃的温度的聚合物材料制成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述密封圈(23)由PEEK制成。
8.根据权利要求6所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述密封圈(23)由PEEK基体以及玻璃纤维或碳增强纤维的复合材料制成。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述密封圈(23)由金属材料制成。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述密封圈(23)具有金属芯，所述金属芯涂有比所述金属芯更有延展性的材料。
11.根据权利要求10所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于比所述金属芯更有延展性的所述材料为聚合物或者镍或者银。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述弹性装置(24)为压缩螺旋弹簧或者波形弹簧或者弹簧垫圈。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述密封设备包括多个活塞(22)和分布在所述密封圈(23)的周边的多个锁定/解锁装置(25)，所述活塞(22)与所述锁定/解锁装置(25)被以恒定的角度成角度地彼此间隔开。
14.根据权利要求1至5中任一项所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述密封设备包括三个活塞(22)和三个锁定/解锁装置(25)。
15.根据权利要求1至5中任一项所述的用于反应堆冷却剂泵单元的轴密封系统的被动关闭密封设备(20)，其特征在于所述密封设备包括集成在所述密封圈(23)中并且被设计成在所述密封圈(23)退化情形下确保所述设备(20)的密封的开口轴环(26)。
16.一种反应堆冷却剂泵单元，其特征在于所述反应堆冷却剂泵单元包括：
-密封系统，被设计成执行沿泄漏路径发生的受控泄漏，所述泄漏路径沿着所述反应堆冷却剂泵单元的泵轴布置；
-根据前述权利要求中任一项所述的被动关闭密封设备，被设计成当所述密封系统故障以及当所述密封圈被激活时至少部分地密封所述密封系统的所述泄漏路径，以便执行受控泄漏。
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