CN1312702C - 用于高温气冷堆直接循环的气体动密封装置 - Google Patents

用于高温气冷堆直接循环的气体动密封装置 Download PDF

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Abstract

用于高温气冷堆直接循环的气体动密封装置，属于密封设备技术领域。为解决高温气冷反应堆氦气直接循环发电系统内一回路压力边界的密封问题，本发明公开了一种用于高温气冷堆直接循环的气体动密封装置，包括固定在机壳上的内部开有三个凹槽的密封静子、与主轴过盈配合的密封转子，及主密封子系统和备用密封子系统；主密封子系统和备用密封子系统结构相同，分别安装在密封静子的第一凹槽和第二凹槽内，并均由安装在凹槽中的支撑弹簧及其支撑的静环，和安装在密封转子上的动环组成；在密封静子上的三个凹槽处分别开有主、出进气孔。本发明可有效地降低高温堆能量转换单元的压力壳制造费用，还可有效地阻止带有放射性物质的氦气泄漏到能量转换单元外。

Description

用于高温气冷堆直接循环的气体动密封装置
技术领域
本发明涉及用于高温气冷堆直接循环的气体动密封装置，属于密封结构技术领域。
背景技术
高温气冷堆是采用石墨作为结构材料和慢化剂，用氦气作为冷却剂的新型反应堆。10MW高温气冷堆已经在清华建成并满功率运行，目前正在进行二期工程HTR-10GT，它们的不同在于一期使用反应堆产生的热量通过蒸汽发生器，产生蒸汽，然后再带动蒸汽发电机组发电；而高温气冷堆二期HTR-10GT是采用氦气直接循环，即由反应堆加热产生的高压氦气直接冲击透平膨胀做功，透平带动发电机发电，同时也带动压气机压缩氦气。透平的尾气仍然具有较高温度，流经回热器低压侧后将热量传输给高压侧氦气，然后进入预冷器降低温度。低温低压氦气流经带有间冷器的压气机组后被压缩成高压氦气。高压氦气流经回热器高压侧后被预热，然后再进入反应堆堆芯重复被加热过程。
如果将透平、高压压气机、低压压气机密封在能量转换单元压力壳内，则可以将一回路压力边界确定在密封位置，而将发电机作为一回路压力边界外的设备。这样的结构布置，可以降低对发电机的要求，降低能量转换单元压力壳造价，防止一回路带有一定放射性的气体进入发电机内，既阻止了放射性的扩散，也降低了对发电机的维护要求。而在化工行业发展起来的气体动密封技术，可以满足这种结构布置的密封要求。但是在化工行业，压缩机、泵等安装气体动密封装置的设备都是水平布置的，而高温气冷堆氦气直接循环发电装置是立式布置，因此，本发明的气体动密封结构与目前化工上使用的气体动密封装置并不完全相同。
发明内容
本发明的目的是解决高温气冷反应堆氦气直接循环发电系统内一回路压力边界的氦气问题。
本发明提供了一种用于高温气冷堆直接循环的气体动密封装置，其特征在于：所述气体动密封装置立式布置，具体包括固定在机壳上的内部沿轴向依次开有三个环形凹槽的密封静子、与主轴过盈配合的密封转子，以及主密封子系统和备用密封子系统；所述主密封子系统和备用密封子系统结构相同，分别安装在密封静子的第一凹槽和第二凹槽内，并均由安装在凹槽中的支撑弹簧及其支撑的静环，和安装在所述密封转子上的动环组成，且动环的底面和静环的上表面相对；在所述密封静子上，第一凹槽处开有主进气孔，第二凹槽处开有主出气孔，在密封静子末端的第三凹槽处，开有尾气/隔离气体出气孔，在密封静子末端，开有外部支撑系统的隔离气体进气孔。
本发明所述的气体动密封装置可以有效地降低高温堆能量转换单元的压力壳制造费用，还可以有效地阻止带有放射性物质的氦气泄漏到能量转换单元外面。
附图说明
图1为气体动密封装置的装配示意图。
图2为气体动密封转子的开槽示意图。
具体实施方式
下面结合附图来详细说明本发明。
由于高温气冷堆具有模块式结构，为方便以后扩展更多的模块，反应堆压力壳和能量转换单元压力壳都采用立式布置，这样可以节省更多的厂房面积。高温气冷堆的立式布置结构要求密封装置也要采用立式布置。在密封装置的上部布置有透平机、低压压气机和高压压气机，在密封装置的下部布置有发电机。气体动密封装置将这两个系统分开，透平机做功，通过主轴传递到发电机，而主轴穿过动密封装置。
本发明所述的用于高温气冷堆直接循环的气体动密封装置，立式布置，如图1所示，包括固定在机壳上的内部开有三个凹槽的密封静子3、与主轴过盈配合的密封转子4，以及主密封子系统和备用密封子系统。密封静子3与机壳(能量转换单元压力壳)固定在一起，不随主轴1旋转。它是密封的静止部分，也是其它密封静止件(如静环、支撑弹簧等)的固定支座。密封转子4与主轴1过盈配合，随主轴1一起转动。
主密封子系统和备用密封子系统结构相同，分别安装在密封静子3的第一凹槽和第二凹槽内。所述主密封子系统由安装在第一凹槽中的支撑弹簧7及其支撑的静环6，和安装在密封转子4上的动环5组成，静环6可以在凹槽内滑动，动环5和密封转子4一起转动。所述备用密封子系统由安装在第二凹槽中的备用支撑弹簧10及其支撑的备用静环9，和安装在密封转子4上的备用动环8组成，备用静环9可以在凹槽内滑动，备用动环8和密封转子4一起转动。在气体动密封装置顶部还设有检修密封2，它是一道普通的迷宫密封，在设备检修时起密封作用，防止反应堆内的放射性物质泄漏出去。
支撑弹簧(备用支撑弹簧)具有一定的弹性，支撑静环。当主轴1旋转时，密封转子4转动并产生气体动压效应。由于动环和静环之间的气体动压效应，静环表面也承受一定压力，传递到支撑弹簧。弹簧受力收缩，带动静环收缩，使动环和静环脱开，不会直接接触，从而避免摩擦和磨损。同时，支撑弹簧还可以吸收一部分由于装配公差、转动离心力等引起的变形。另外，由其它部分的电磁轴承在工作中引起的轴向串动也可通过本发明所述的支撑弹簧进行吸收。
本发明中，动环上刻有沟槽，沟槽在动环边缘开口处宽，向内宽度逐渐减小，如图2所示。由于动环的表面开有沟槽，当动环旋转时，会把动环外面的气体通过沟槽压到动环与静环之间的间隙，产生空气动压效应，在动环和静环之间形成一层动压气膜。由于沟槽的宽度向内是逐渐减小的，气膜的压力向内逐渐升高，形成的气膜具有一定的刚度，能够承受来自容器内部的气体压力。动环面向能量转化单元压力壳侧的面承受壳内气体压力，相反的面承受气膜形成的压力，动环上下两个表面的压力平衡。这样，动环能够承受压力容器内部的气压，还不会直接与静环直接接触。
在密封静子3上，第一凹槽处开有主进气孔11，第二凹槽处开有主出气孔12，在密封静子3末端的第三凹槽处，开有尾气/隔离气体出气孔13，在密封静子3末端开有外部支撑系统的隔离气体进气孔14。主进气孔11内气体的压力稍微高于能量转换单元压力壳内部的压力，这样在检修密封前面，是压力稍高的密封气体进入压力壳内，而不是压力壳内的气体泄漏到气体动密封装置，这样就密封了压力壳内的气体。主密封气体通过动环5和静环6之间的间隙，向第二凹槽内的备用密封子系统泄漏，一部分气体通过主出气孔12排放到外面，一部分气体通过备用密封子系统进一步向第三凹槽泄漏，可以通过尾气/隔离气体出气孔13排放到外面。隔离气体通过隔离气体进气孔14进入气体动密封装置。隔离气体有两个作用，一是隔离主密封气体，使主密封气体不会进入密封装置下面，二是可以防止发电机等设备轴承的润滑油产生的油雾进入密封装置，从而保证装置的清洁。主密封气体不会泄漏到气体动密封装置的外面，通过此处，泄漏出去的是隔离气体，而不是主密封气体。
本发明之所以增加一套备用密封子系统，是为了提高密封系统以及整个高温气冷堆能量转换单元的安全性和可靠性。本发明所述的气体动密封装置安装位置是高温气冷堆一回路压力边界，一旦密封发生问题，反应堆压力壳内的氦气会通过此处泄漏到大气中，氦气中夹带的放射性会对环境早晨放射性污染，氦气中夹带的石墨颗粒，是电的良导体，进入发电机中，会使发电机发生短路事故，破坏发电机组。
在高温气冷堆氦气直接循环设置气体动密封装置后，可以将气体动密封装置安装的位置作为一回路压力边界，直接降低了能量转换单元压力壳的制造费用。同时由于气体动密封装置可以阻止能量转换单元内具有放射性的氦气泄漏到外面，就有效地防止了放射性气体扩散到堆外的可能。

Claims (2)

1.用于高温气冷堆直接循环的气体动密封装置，其特征在于：所述气体动密封装置立式布置，具体包括固定在机壳上的内部沿轴向依次开有三个环形凹槽的密封静子、与主轴过盈配合的密封转子，以及主密封子系统和备用密封子系统；所述主密封子系统和备用密封子系统结构相同，分别安装在密封静子的第一凹槽和第二凹槽内，并均由安装在凹槽中的支撑弹簧及其支撑的静环，和安装在所述密封转子上的动环组成，且动环的底面和静环的上表面相对；在所述密封静子上，第一凹槽处开有主进气孔，第二凹槽处开有主出气孔，在密封静子末端的第三凹槽处，开有尾气/隔离气体出气孔，在密封静子末端，开有外部支撑系统的隔离气体进气孔。
2.根据权利要求1所述的气体动密封装置，其特征在于：在所述动环上刻有沟槽，所述沟槽在动环边缘开口处宽，向内宽度逐渐减小。
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