CN114576195A - 一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，包括固定密封组件，所述固定密封组件包括固定环座和密封固定环，所述固定环座用于固定设置在主泵的壳体内，所述密封固定环可拆卸连接在所述固定环座上，所述固定环座上设置有用于将固定环抵接至固定环座上的抵接件，将密封固定环可拆卸连接在固定环座上，从而便于对密封固定环进行安装和拆卸，便于对密封固定环进行端面检测、维修和更换，并且可避免传统的核主泵静压轴封二级密封补偿密封组件的密封固定环与压环因制造过程中镶嵌工艺，后期残余应力而发生形变的情况。

Description

一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件

技术领域

本申请涉及核电密封组件领域，尤其是涉及一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件。

背景技术

RCP是核电厂系统中反应堆冷却剂系统的简称，反应堆冷却剂系统又称为一回路系统；RCP主泵应用于驱动核电站反应堆一回路冷却剂，带出热能发电；而主泵轴封为RCP主泵上关键部件之一，是放射性介质逃逸到环境中的屏障；目前，在运压水堆核电站的主泵轴封主要有静压轴封、动压轴封；轴封结构包含了旋转环、固定环、压环和固定环座等多个部件，固定环座带动压环和固定环安装在主泵的密封壳体内，旋转环设置在主轴上且跟随主轴的转动而转动，固定环和旋转环相互抵接以实现密封。

传统的核主泵静压轴封二级密封通常在固定环组件的设计上，采用过盈配合热镶嵌结构型式，将压环加热膨胀，与常温的固定环（石墨）镶装配。但是当加热膨胀的压环冷却收缩时，会对固定环（石墨）产生挤压，出现应力变形；同时由于固定环组件的特定的结构，固定环密封端面凹陷低于压环端面，不便于固定环密封端面的加工、检测，从而导致固定环（石墨）端面平面度变差，影响密封性能；情况严重时，会导致密封二级密封失效，丧失对一级密封（主密封）的冗余安全密封功能；如果一级密封失效，二级密封腔压力将持续升高，二级密封泄漏率也会随着压力的升高而持续升高，就会导致三级密封腔压力升高，机组将会面临着一回路冷却剂泄漏的严重风险。

发明内容

为了增强二级密封作为一级密封（主密封）的冗余安全功能，提高核主泵轴封承担的一回路压力边界的安全性、可靠性，本申请提供一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件。

本申请提供的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件采用如下的技术方案：

一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，包括固定密封组件，所述固定密封组件包括固定环座和密封固定环，所述固定环座用于固定设置在主泵的壳体内，所述密封固定环可拆卸连接在所述固定环座上，所述固定环座上设置有用于将密封固定环抵接至固定环座上的抵接件。

通过采用上述技术方案，将密封固定环可拆卸连接在固定环座上，从而便于对密封固定环进行安装和拆卸，便于对密封固定环进行端面检测、维修和更换，并且可避免传统的核主泵静压轴封二级密封补偿密封组件的密封固定环与压环因制造过程中的镶嵌工艺，导致后期残余应力而发生形变的情况。

可选的，所述固定环座与密封固定环之间通过固定销可拆卸连接。

通过采用上述技术方案，采用固定销的设置便于对固定环座和密封固定环之间安装和拆卸，提高了固定环座和密封固定环之间的安装固定效果。

可选的，所述固定环座和密封固定环相对的面上且位于固定销所在的位置开设有用于供固定销插入的固定孔。

通过采用上述技术方案，固定孔的设置便于固定销对固定环座和密封固定环之间紧密地安装固定。

可选的，所述抵接件包括压环和安装件，所述压环上开设有用于供密封固定环移入的固定空间，所述安装件用于带动固定空间内的密封固定环抵接至固定环座上。

通过采用上述技术方案，通过安装件便于带动密封固定环抵接至固定环座上，从而进一步提高了密封固定环与固定环座之间的安装固定效果。

可选的，所述压环的内壁上设置有用于将压环和密封固定环之间的间隙弹性密封的第一密封件。

通过采用上述技术方案，弹性的第一密封件承担了对密封固定环的定位、弹性支撑作用，形成了一种特定的浮装状态；弹性的第一密封件可对压环和密封固定环之间的间隙密封，从而对流动至压环和密封固定环之间的密封介质起到阻挡的效果；通常密封固定环与密封旋转环相互配合使用，而主泵内使用的密封为多级密封，当一级密封失效，一级密封压差持续减少，二级密封腔压力将持续升高，二级密封泄漏率也会随着压力的升高而持续升高，就会导致三级密封腔压力升高，当出现二级密封的泄漏率大于一级密封注入水流量的极端情况时，一级密封腔压力低于一回路冷却剂压力，就会发生二级密封丧失对一级密封（主密封）的冗余安全密封功能，导致核主泵轴封的压力边界丧失，此时高温、高压和高辐射的冷却剂，将穿过一级密封、二级密封，进入三级密封腔，污染一级、二级泄漏管线系统，当三级密封腔压力高于三级注入水压力时，冷却剂将穿过三级密封，污染到机组厂房空间，机组就直接面临着一回路冷却剂泄漏的严重事故；本申请提供的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件（浮装式），由于密封固定环在压环内通过弹性的第一密封件的定位和弹性支撑，密封固定环在压环内可以自适应位移，和在二级密封在压力变化时，具有对弹性设计的密封旋转环端面变形具备自适应补偿功能，并在二级密封特定的弹性体旋转密封组件的配合下，会在一级密封失效的过程中，随着一级密封端面泄漏率的逐渐增加、压差的逐渐降低，二级密封腔压力会逐渐升高，但二级密封端面泄漏率增加程度却会逐渐减缓，当二级密封腔压力升高到某一压力值(如6-8MPa，可以通过特定的计算、设计调整)时，二级密封端面泄漏率达到最大（如600-800L/h，可以通过特定的计算、设计调整），就不再增加；二级密封腔压力的继续升高，二级密封端面泄漏率反而会逐渐下降，当二级密封腔压力接近某一特定值时（如14-15MPa），二级密封端面泄漏率会趋于平稳（如350-450L/h）；二级密封腔压力继续升高，直至与一回路冷却剂压力平衡，泄漏率也都基本不变；从而实现了在一级密封失效的情况下，二级密封泄漏可控、承担一级密封（主密封）的冗余安全密封功能，保证了核主泵轴封的压力边界的可靠性。

可选的，还包括与固定密封组件配合的旋转密封组件，所述旋转密封组件包括旋转环座和密封旋转环，所述旋转环座用于固定设置在主轴上且跟随主轴同步转动，所述密封旋转环设置在所述旋转环座上且与密封固定环相互抵接，所述旋转环座的外壁上环向设置有用于将旋转环座和密封旋转环之间的间隙密封的弹性的第二密封件。

通过采用上述技术方案，密封固定环和密封旋转环配合实现密封，当前序的密封组件失效发生泄露时，则会导致输送至密封固定环和密封旋转环之间的密封介质的压力逐渐增大，此时依靠密封介质的压力则会带动密封旋转环进一步与弹性的第二密封件抵接，此时密封固定环和密封旋转环之间的间距朝向主轴的方向进一步逐渐减小，从而导致密封介质的泄漏率增加的趋势进一步减小（减缓），而不会按密封固定环和密封旋转环固定间距那样泄漏率增加迅速，泄漏率的增加量也没有那样大，能进一步显著提高密封性能的稳定性，在运行压力变化工况下，本专利提出的新型补偿密封组件，泄漏率变化范围显著减小，而且在正常运行时的压力波动的情况下，泄漏率也进一步更为平稳。

可选的，所述密封旋转环包括密封环和连接环，所述连接环与压环之间留有用于供密封介质输送至密封环和密封固定环相接触的位置的密封通道。

通过采用上述技术方案，密封通道的设置可对密封介质导向，使得密封介质可被导向至密封固定环和密封环所在的位置，从而间接使得密封介质进一步带动密封旋转环和密封固定环进一步转动。

可选的，所述密封固定环朝向密封环的面上环向设置有用于与密封环抵接的第一密封凸环。

通过采用上述技术方案，第一密封凸环的设置提高了密封固定环与密封环之间的接触效果，从而提高了密封固定环和密封环之间的密封效果，第一密封凸环的设置便于对第一密封凸环与密封环的接触面进行研磨，从而进一步提高了密封固定环和密封环之间的接触密封效果；当密封介质输送到第一密封凸环的一侧时会带动密封固定环进一步转动抵接至弹性的第一密封件上，从而进一步提高密封性能的稳定性，使得泄漏率更加平稳。

可选的，所述密封环朝向密封固定环的面上环向设置有第二密封凸环，所述第一密封凸环和第二密封凸环相互抵接，所述密封旋转环和密封固定环之间通过第一密封凸环和第二密封凸环相互抵接，所述密封通道用于将密封介质输送至第一密封凸环和第二密封凸环相接触的位置。

通过采用上述技术方案，第二密封凸环的设置提高了密封环与密封固定环之间的接触效果，从而进一步提高了密封固定环和密封环之间的密封效果，当密封介质输送至第二密封凸环的一侧时会带动密封环进一步转动抵接至弹性的第二密封件上，从而进一步提高密封性能的稳定性，使得泄漏率更加平稳。

可选的，所述第二密封凸环朝向第一密封凸环的面上环向设置有用于提高第二密封凸环与第一密封凸环接触面的硬度的硬质层。

通过采用上述技术方案，硬质层可提高第二密封凸环与第一密封凸环接触面的硬度，从而防止第一密封凸环与第二密封凸环摩擦导致第二密封凸环损坏，进一步提高了密封的性能。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.将密封固定环可拆卸连接在固定环座上，从而便于对密封固定环进行安装和拆卸，便于对密封固定环进行端面检测、维修和更换，并且可避免传统的核主泵静压轴封二级密封补偿密封组件的密封固定环与压环因制造过程中的镶嵌工艺，导致后期残余应力而发生形变的情况；

2.弹性的第一密封件承担了对密封固定环的定位、弹性支撑作用，形成了一种特定的浮装状态；弹性的第一密封件可对压环和密封固定环之间的间隙密封，从而对流动至压环和密封固定环之间的密封介质起到阻挡的效果；通常密封固定环与密封旋转环相互配合使用，而主泵内使用的密封为多级密封，当一级密封失效，一级密封压差持续减少，二级密封腔压力将持续升高，二级密封泄漏率也会随着压力的升高而持续升高，就会导致三级密封腔压力升高，当出现二级密封的泄漏率大于一级密封注入水流量的极端情况时，一级密封腔压力低于一回路冷却剂压力，就会发生二级密封丧失对一级密封（主密封）的冗余安全密封功能，导致核主泵轴封的压力边界丧失，此时高温、高压和高辐射的冷却剂，将穿过一级密封、二级密封，进入三级密封腔，污染一级、二级泄漏管线系统，当三级密封腔压力高于三级注入水压力时，冷却剂将穿过三级密封，污染到机组厂房空间，机组就直接面临着一回路冷却剂泄漏的严重事故；本申请提供的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件（浮装式），由于密封固定环在压环内通过弹性的第一密封件的定位和弹性支撑，密封固定环在压环内可以自适应位移，和在二级密封在压力变化时，具有对弹性设计的密封旋转环端面变形具备自适应补偿功能，并在二级密封特定的弹性体旋转密封组件的配合下，会在一级密封失效的过程中，随着一级密封端面泄漏率的逐渐增加、压差的逐渐降低，二级密封腔压力会逐渐升高，但二级密封端面泄漏率增加程度却会逐渐减缓，当二级密封腔压力升高到某一压力值(如6-8MPa，可以通过特定的计算、设计调整)时，二级密封端面泄漏率达到最大（如600-800L/h，可以通过特定的计算、设计调整），就不再增加；二级密封腔压力的继续升高，二级密封端面泄漏率反而会逐渐下降，当二级密封腔压力接近某一特定值时（如14-15MPa），二级密封端面泄漏率会趋于平稳（如350-450L/h）；二级密封腔压力继续升高，直至与一回路冷却剂压力平衡，泄漏率也都基本不变；从而实现了在一级密封失效的情况下，二级密封泄漏可控、承担一级密封（主密封）的冗余安全密封功能，保证了核主泵轴封的压力边界的可靠性。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例的用于展示固定密封组件和旋转密封组件的部分结构示意图。

附图标记说明：1、固定环座；11、密封固定环；12、固定销；121、固定孔；13、压环；131、固定空间；132、安装螺栓；133、第一密封凸环；14、第一密封件；15、第三密封圈；2、旋转环座；21、密封旋转环；211、密封环；212、连接环；213、第二密封凸环；214、硬质层；22、第二密封件；23、密封通道。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件。结合图1和图2，一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，包括固定密封组件和与固定密封组件配合的旋转密封组件。

结合图1和图2，固定密封组件包括固定环座1和密封固定环11，固定环座1用于固定设置在主泵的壳体内，密封固定环11可拆卸连接在固定环座1上，固定环座1与密封固定环11之间通过一个固定销12可拆卸连接，固定环座1和密封固定环11相对的面上且位于固定销12所在的位置开设有用于供固定销12插入的固定孔121；操作人员通过固定销12即可将密封固定环11取下后进行检查、维护和更换，避免了传统的热镶嵌结构的二级密封的固定密封组件在制造过程的热镶嵌工艺产生的残余应力，从而防止密封固定环11后期发生密封端面的微变形。

结合图1和图2，为了将密封固定环11抵接至固定环座1上，固定环座1上设置有用于将密封固定环11抵接至固定环座1上的抵接件；抵接件包括压环13和安装件，压环13上开设有用于供密封固定环11移入的固定空间131，安装件用于带动固定空间131内的密封固定环11抵接至固定环座1上；在本实施例中，安装件包括安装螺栓132和螺母，安装螺栓132穿设压环13且螺纹连接在固定环座1上，螺母套设且螺纹连接在安装螺栓132上，从而对压环13固定，当密封固定环11抵接在固定环座1上时，压环13与固定环座1之间留有一定的间距，从而便于对安装螺栓132拧紧力进行调节。

结合图1和图2，为了对压环13和密封固定环11之间的间隙密封，压环13的内壁上设置有用于将压环13和密封固定环11之间的间隙弹性密封的第一密封件14；在本实施例中，第一密封件14包括环向卡嵌且设置在压环13的内壁上的第一密封圈；弹性的第一密封件14承担了对密封固定环11的定位、弹性支撑作用，形成了一种特定的浮装状态；为了对固定环座1和压环13之间的间隙密封，固定环座1的外壁上环向卡嵌有第三密封圈15，第三密封圈15用于对固定环座1和压环13之间的间隙密封。

结合图1和图2，旋转密封组件包括旋转环座2和密封旋转环21，旋转环座2用于固定设置在主轴上且跟随主轴同步转动，密封旋转环21设置在旋转环座2上且与密封固定环11相互抵接，旋转环座2的外壁上环向设置有用于将旋转环座2和密封旋转环21之间的间隙密封的弹性的第二密封件22；在本实施例中，第二密封件22包括环向卡嵌且设置在旋转环座2外壁上的第二密封圈。

结合图1和图2，密封旋转环21包括密封环211和与密封环211一体设置的连接环212，连接环212与压环13之间留有用于供密封介质输送至密封环211和密封固定环11相接触的位置的密封通道23；输送至壳体和主轴之间的密封介质可进入至密封通道23内，使得密封介质输送至密封环211和连接环212接触的位置，在正常运行工况下，密封环211和密封固定环11通过流体静力平衡，控制密封环211和密封固定环11之间保持极小的间隙形成液膜，使密封环211和密封固定环11在一层薄水膜两侧相对滑动，运转时不直接接触，从而控制泄漏量和磨损量。

结合图1和图2，密封固定环11朝向密封环211的面上环向设置有第一密封凸环133；密封环211朝向密封固定环11的面上环向设置有第二密封凸环213，第一密封凸环133和第二密封凸环213相互抵接，密封旋转环21和密封固定环11之间通过第一密封凸环133和第二密封凸环213相互抵接，密封通道23用于将密封介质输送至第一密封凸环133和第二密封凸环213相接触的位置；为了提高第二密封凸环213与第一密封凸环133接触面的硬度，第二密封凸环213朝向第一密封凸环133的面上环向设置有用于提高第二密封凸环213与第一密封凸环133接触面的硬度的硬质层214。

通常主泵壳体和主轴之间的密封为多级密封，第一密封凸环133和第二密封凸环213配合实现二级密封时，当一级密封失效，一级密封压差持续减少，二级密封腔压力将持续升高，二级密封泄漏率也会随着压力的升高而持续升高，就会导致三级密封腔压力升高，当出现二级密封的泄漏率大于一级密封注入水流量的极端情况时，一级密封腔压力低于一回路冷却剂压力，就会发生二级密封丧失对一级密封（主密封）的冗余安全密封功能，导致核主泵轴封的压力边界丧失，此时高温、高压、高辐射的冷却剂，将穿过一级密封、二级密封，进入三级密封腔，污染一级、二级泄漏管线系统，当三级密封腔压力高于三级注入水压力时，冷却剂将穿过三级密封，污染到机组厂房空间，机组就直接面临着一回路冷却剂泄漏的严重事故；本申请提供的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件（浮装式），由于密封固定环11在压环13内通过第一密封件14的定位、弹性支撑，密封固定环11在压环13内可以自适应位移，在二级密封在压力变化时，具有对弹性设计的密封旋转环端面变形，有自适应补偿功能，并在二级密封特定的弹性体旋转密封组件的配合下，会在一级密封失效的过程中，随着一级密封端面泄漏率的逐渐增加、压差的逐渐降低，二级密封腔压力会逐渐升高，但二级密封端面泄漏率增加程度却会逐渐减缓，当二级密封腔压力升高到某一压力值(如6-8MPa，可以通过特定的计算、设计调整)时，二级密封端面泄漏率达到最大（如600-800L/h，可以通过特定的计算、设计调整），就不再增加；二级密封腔压力的继续升高，第一密封凸环133和第二密封凸环213位置处的泄漏率反而会逐渐下降，当二级密封腔压力接近某一特定值时（如14-15MPa），第一密封凸环133和第二密封凸环213位置处泄漏率会趋于平稳（如350-450L/h）；二级密封腔压力继续升高，直至与一回路冷却剂压力平衡，泄漏率也都基本不变，从而实现了在一级密封失效的情况下，二级密封泄漏可控、承担一级密封（主密封）的冗余安全密封功能，保证了核主泵轴封的压力边界的可靠性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，其特征在于：包括固定密封组件，所述固定密封组件包括固定环座(1)和密封固定环(11)，所述固定环座(1)用于固定设置在主泵的壳体内，所述密封固定环(11)可拆卸连接在所述固定环座(1)上，所述固定环座(1)上设置有用于将密封固定环(11)抵接至固定环座(1)上的抵接件。

2.根据权利要求1所述的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，其特征在于：所述固定环座(1)与密封固定环(11)之间通过固定销(12)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，其特征在于：所述固定环座(1)和密封固定环(11)相对的面上且位于固定销(12)所在的位置开设有用于供固定销(12)插入的固定孔(121)。

4.根据权利要求1所述的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，其特征在于：所述抵接件包括压环(13)和安装件，所述压环(13)上开设有用于供密封固定环(11)移入的固定空间(131)，所述安装件用于带动固定空间(131)内的密封固定环(11)抵接至固定环座(1)上。

5.根据权利要求4所述的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，其特征在于：所述压环(13)的内壁上设置有用于将压环(13)和密封固定环(11)之间的间隙弹性密封的第一密封件(14)。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，其特征在于：还包括与固定密封组件配合的旋转密封组件，所述旋转密封组件包括旋转环座(2)和密封旋转环(21)，所述旋转环座(2)用于固定设置在主轴上且跟随主轴同步转动，所述密封旋转环(21)设置在所述旋转环座(2)上且与密封固定环(11)相互抵接，所述旋转环座(2)的外壁上环向设置有用于将旋转环座(2)和密封旋转环(21)之间的间隙密封的弹性的第二密封件(22)。

7.根据权利要求6所述的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，其特征在于：所述密封旋转环(21)包括密封环(211)和连接环(212)，所述连接环(212)与压环(13)之间留有用于供密封介质输送至密封环(211)和密封固定环(11)相接触的位置的密封通道(23)。

8.根据权利要求7所述的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，其特征在于：所述密封固定环(11)朝向密封环(211)的面上环向设置有用于与密封环(211)抵接的第一密封凸环(133)。

9.根据权利要求8所述的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，其特征在于：所述密封环(211)朝向密封固定环(11)的面上环向设置有第二密封凸环(213)，所述第一密封凸环(133)和第二密封凸环(213)相互抵接，所述密封旋转环(21)和密封固定环(11)之间通过第一密封凸环(133)和第二密封凸环(213)相互抵接，所述密封通道(23)用于将密封介质输送至第一密封凸环(133)和第二密封凸环(213)相接触的位置。

10.根据权利要求9所述的一种核主泵静压轴封二级密封之新型的补偿密封组件，其特征在于：所述第二密封凸环(213)朝向第一密封凸环(133)的面上环向设置有用于提高第二密封凸环(213)与第一密封凸环(133)接触面的硬度的硬质层(214)。

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