CN110307949A - 一种迷宫型密封件水力实验台架 - Google Patents

Abstract

本发明属于钠冷快堆组件进口管脚段漏流控制实验技术领域，尤其涉及一种迷宫型密封件水力实验台架，包括依次连接的：净水系统、稳压系统、主循环回路、实验段；其中，主循环回路中的加热段与实验段并联；实验段内部放置被测量的迷宫型密封件。所述实验段自下而上依次连接的是：进口段、竖直段、出口段；其中，进口段和出口段均为呈90°角的空心弯管；进口段一端与竖直段底部管口法兰连接，进口段另一端与主循环回路连接，且进口段底部开有排水口；出口段一端与竖直段顶部管壁相连，出口段另一端与主循环回路连接；出口段底部和竖直段顶部管壁分别连接出一根引压管；迷宫型密封件放置在竖直段顶部管口内与竖直段法兰连接。

Description

一种迷宫型密封件水力实验台架

技术领域

本发明属于钠冷快堆组件进口管脚段漏流控制实验技术领域，尤其涉及一种迷宫型密封件水力实验台架。

背景技术

迷宫型密封件作为典型的非接触密封，广泛应用于石油化工、流体机械等工业领域，利用密封件的密封功能实现对漏流量的准确控制，同时平衡两侧压力。钠冷快堆作为我国大力发展的新一代核电堆型，堆芯中的相关功能组件分布位置不同，对应的额定流量存在较大差异，通过入口管脚段迷宫型密封件实现对冷却剂漏流量的有效调节。若迷宫型密封件密封能力不足，导致漏流量增大，进入组件内部的冷却剂相应偏少，进而导致内部燃料棒无法得到有效冷却，燃料组件包壳温度升高甚至超过极限温度，威胁快堆安全；若迷宫型密封性能过强，导致漏流量减少，一来无法实现对组件外壁面的有效冷却，其次组件内部分配到的流量则相对偏大，堆芯出口处冷却剂温度偏低，进而影响汽轮机参数，快堆经济性变差，因此迷宫型密封件的密封性能对于快堆组件的有效冷却、换热特性等关键性能均有重要影响。

目前国内外关于迷宫型密封件的研究内容较为单一，多采用数值模拟方法以二维条件下气体在旋转机械中的密封性能为研究重点，密封件形状也以矩形齿居多且齿数低于5个，而针对迷宫型密封件的实验研究十分缺乏，主要表现在以下个方面：

(1)迷宫型密封件密封性能的研究多采用数值模拟方法进行，而可靠性更高的实验研究极为缺乏；

(2)研究对象多为气体在旋转机械中的密封性能，而不可压缩粘性液体在非旋转机械中的密封性能的相关研究极为缺乏；

(3)目前所研究的迷宫型密封件结构形状主要以矩形齿居多且齿数低于5个，而针对多齿数、其他齿形密封件的相关研究极为缺乏。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种迷宫型密封件水力实验台架，包括依次连接的：净水系统、稳压系统、主循环回路、实验段；其中，主循环回路中的加热段与实验段并联；实验段内部放置被测量的迷宫型密封件。

所述实验段自下而上依次连接的是：进口段、竖直段、出口段；其中，进口段和出口段均为呈90°角的空心弯管；进口段一端与竖直段底部管口法兰连接，进口段另一端与主循环回路连接，且进口段底部开有排水口；出口段一端与竖直段顶部管壁相连，出口段另一端与主循环回路连接；出口段底部和竖直段顶部管壁分别连接出一根引压管；迷宫型密封件放置在竖直段顶部管口内与竖直段法兰连接。

所述迷宫型密封件顶部为法兰盘，法兰盘底面同轴设置圆柱体，圆柱体底部侧壁上开有多圈等间距的齿型密封环。

所述迷宫型密封件的圆柱体与竖直段内管壁存在间隙。

所述齿型密封环的齿形包括直角梯形齿。

所述引压管与差压变送器相连。

所述净水系统采用去离子水设备制备去离子水。

所述稳压系统包括高位给水箱与一台循环泵。

所述主循环回路包括：送水回水管道、过滤器、主给水泵以及对应的阀门。

所述实验段上下两端监测流量、压力、温度。

本发明的有益效果：

本发明的实验台架能够满足在钠冷快堆组件入口管脚段应用场景下迷宫型密封件的密封性能的研究实验要求，包括其流动特性与阻力特性，获得覆盖各类组件漏流量范围的流动特性曲线，并通过改变密封件几何尺寸，研究密封性能与结构参数之间的内在联系。可以提供进行包括迷宫型密封件流量、压降的测量，水-钠工质实验参数的转化以及流动特性、不同齿形密封件密封性能的水力实验、阻力特性曲线的拟合等在内的实验内容的试验平台。

附图说明

图1为本发明的实验台架系统框图。

图2为本发明的实验段立体图。

图3为本发明的实验段实物图。

图4为本发明的直角梯形齿迷宫型密封件示意图。

图5为本发明的实验段详细平面图。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

如图1所示，本发明的实验台架由六大子系统组成，分别为净化系统、稳压系统、主循环系统、实验段、温度控制系统、数据采集系统。由于实验段中迷宫型密封件结构十分精细、间隙狭小，若实验工质中存在较大杂质，极易引起表面结垢甚至出现杂质堆积堵塞流动通道，因此实验利用去离子水设备制备去离子水，其电导率小于0.5μs/cm，满足实验水质要求，从而从源头上保证了流动状况的可靠性同时也有利于测量准确性；去离子水在稳压系统所属高位给水箱中暂存，实验前经循环泵打入实验回路，实验进程中稳压系统通过阀门与实验回路隔离，防止高温高压的水倒灌入稳压罐；当实验回路中充满水时，通过主给水泵实现工质循环，在主回路与实验段支路中稳定流动，同时运行加热器将实验工质加热至预定实验温度；实验段为不锈钢材质，上部放置迷宫密封件，为方便更换以法兰螺栓紧固并保持对中，实验工质由底部实验段进口进入，流经迷宫密封件由顶部出口流出，通过调节主给水泵频率与电动调节阀开度实现对流量、压降的精确控制；本实验需要测量流经实验段工质流量、迷宫密封件两侧压降，同时实时监测实验系统温度，上述参数均采用自动采集方式，经过数据转化模块在PC端完成显示、实时监控与存储。实验台架主要参数如表1所示。

表1实验台架主要参数

实验段总体说明：

迷宫型密封件水力特性实验段总体上为三段式结构，由304不锈钢制造而成；进口段与竖直段通过法兰连接；竖直段中空并与置于顶部的迷宫型密封件通过法兰连接，二者之间保持预定的间隙宽度；迷宫型密封件放置在实验段顶部，其轴线与竖直段保持同轴对中；整个实验段外表面均采用抛光处理以满足粗糙度的要求；实验段底部设置有排水口，用于排出内部实验工质；在迷宫密封件两侧安装有引压管，利用差压变送器测量压降。图2～3分别为本发明的实验段立体和实物示意图。

迷宫型密封件说明：

迷宫型密封件可以根据不同应用需求改变其齿形、结构尺寸，以直角梯形齿为例给出密封件结构说明。在工质流动方向上共设置有11环直角梯形齿密封环，相互之间呈等间距排列，流体通过时，密封环层层阻挡，最终实现漏流控制，图4为直角梯形齿迷宫型密封件示意图。

迷宫型密封件有效密封长度为95mm，直接为85.5mm，可根据不同的应用需求调整迷宫型密封件结构尺寸，以满足不同的密封需求。

实验段套筒说明：

迷宫型密封件水力特性实验段外套筒由两部分组成，分别为竖直段与进口段，总高为1522.6mm，内径为88.2mm，与前例中迷宫型密封件之间保持1mm的间隙，该间隙可以通过改变迷宫型密封件直径加以调整。图5为本发明的实验段详细示意图。

实验方法及步骤：

该发明实验台架主要用于在研究钠冷快堆组件入口管脚段应用场景下，通过水力实验研究迷宫型密封件的密封性能与流动特性，可覆盖各类组件漏流量范围。实验过程中主要测量流经迷宫型密封件的流量与两侧压降。其具体实验方法如下：

(1)实验前先对整体实验台架进行检查，包括各个系统设备的连接是否正确，各个接口以及实验水箱的密封完整，采集系统正常工作。

(2)关闭实验段排水阀，依次打开回路中各阀门，保持流动通道的畅通；

(3)启动净水系统向稳压系统高位给水箱中注入去离子水，同时监测水位，达到预定水位后关闭净水系统；

(4)开启稳压系统的循环泵将暂存于高位给水箱中的去离子水打入实验回路，直至完全充满回路；

(5)打开实验回路顶部排气阀排出聚集在实验回路中的气体；

(6)启动主循环系统的给水泵，在实验回路中建立稳定的循环流动；

(7)启动温度控制系统所属的电加热器，将实验工质加热至预定的验温度后关闭加热器；

(8)调节给水泵频率与出口阀门开度以实现不同实验工况的切换，完成实验数据的采集与记录；

(9)实验完毕后打开排水阀，将实验回路中的水排向地坑。

(10)实验结束后，检查所有阀门开关、电源是否关闭，再次检查实验系统各连接处的密封性；

(11)处理实验数据，完成相关实验报告。

本发明利用迷宫型密封件水力实验台架采用去离子水作为实验工质进行了水力实验，研究了迷宫型密封件的密封性能、流动特性，同时改变密封件的结构尺寸，研究其密封机理与结构尺寸间的内在联系。现总结如下：

(1)该迷宫型密封件水力实验台架具备流量范围为0-15m³/h、1.6MPa、100℃以内水工质实验能力，可覆盖钠冷快堆各类组件漏流量范围；

(2)该实验台架具备各类不同结构尺寸、不同齿形的迷宫型密封件水力实验能力，具有较强的扩展性；

(3)研究了钠冷快堆组件中常用的直角梯形齿迷宫型密封件密封性能与流动特性，为后续钠冷快堆结构设计、工程应用提供了基础数据。

(4)目前该实验台架已完成搭建，并开展了一系列实验任务。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种迷宫型密封件水力实验台架，其特征在于，包括依次连接的：净水系统、稳压系统、主循环回路、实验段；其中，主循环回路中的加热段与实验段并联；实验段内部放置被测量的迷宫型密封件。

2.根据权利要求1所述实验台架，其特征在于，所述实验段自下而上依次连接的是：进口段、竖直段、出口段；其中，进口段和出口段均为呈90°角的空心弯管；进口段一端与竖直段底部管口法兰连接，进口段另一端与主循环回路连接，且进口段底部开有排水口；出口段一端与竖直段顶部管壁相连，出口段另一端与主循环回路连接；出口段底部和竖直段顶部管壁分别连接出一根引压管；迷宫型密封件放置在竖直段顶部管口内与竖直段法兰连接。

3.根据权利要求1或2所述实验台架，其特征在于，所述迷宫型密封件顶部为法兰盘，法兰盘底面同轴设置圆柱体，圆柱体底部侧壁上开有多圈等间距的齿型密封环。

4.根据权利要求1或2所述实验台架，其特征在于，所述迷宫型密封件的圆柱体与竖直段内管壁存在间隙。

5.根据权利要求4所述实验台架，其特征在于，所述齿型密封环的齿形包括直角梯形齿。

6.根据权利要求1、2、5任一所述实验台架，其特征在于，所述引压管与差压变送器相连。

7.根据权利要求1、2、5任一所述实验台架，其特征在于，所述净水系统采用去离子水设备制备去离子水。

8.根据权利要求1、2、5任一所述实验台架，其特征在于，所述稳压系统包括高位给水箱与一台循环泵。

9.根据权利要求1、2、5任一所述实验台架，其特征在于，所述主循环回路包括：送水回水管道、过滤器、主给水泵以及对应的阀门。

10.根据权利要求1、2、5任一所述实验台架，其特征在于，所述实验段上下两端监测流量、压力、温度。