CN212509527U - 核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件 - Google Patents

Abstract

本公开属于核电维修技术领域，具体涉及一种核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件。本公开实施例中，由于O形圈与静环导套的外径能够更良好的配合，使静环导套与静环座之间摩擦阻力相较于相关技术大幅下降，由此使得静环的随动性能明显改善，O形圈在长期使用后仍能保持原状，有效减少机械密封低压泄漏量，泄漏量高问题得以改善。本公开的核电站流体动压型主泵机械设备的密封结构能够解决某流体动压型主泵机械密封频繁出现故障问题，具有很强的实用性和推广价值，对保障核电站安全也具有重大意义。

Description

核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件

技术领域

本实用新型属于核电维修技术领域，具体涉及一种核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件。

背景技术

通常来讲，核电站反应堆主冷却剂泵(简称主泵)是核电厂的关键敏感设备，是核电厂的心脏。核电站在运流体动压型主泵机械密封自调试以来，短短5年时间，出现多达近20台次主泵机械密封低压泄漏流高、三级密封前压力下降甚至为0的事件。造成核电厂停机停堆检修或大修主线延误，严重影响核电厂的核安全以及经济效益，因此，如何避免主泵机械密封泄漏，保证主泵安全稳定运行，成为亟待解决的问题。

实用新型内容

为克服相关技术中存在的问题，提供了一种核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件。

根据本公开实施例的一方面，提供一种一种核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，所述核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件包括：O形圈、静环座、静环导套，所述静环座、所述静环导套为环形，所述静环导套上端具有沿径向向外延伸的台阶部，所述静环座的边缘具有沿轴向向上延伸的凸台，所述台阶部的下表面与所述凸台的上表面弹性连接，所述静环导套下端外侧与所述凸台的内侧壁相对，所述凸台的内侧壁设置周向的凹槽，所述O形圈套设在所述静环导套下端的外侧，且所述O形圈位于所述凹槽内，以密封所述静环导套下端外侧与所述凸台的内侧壁之间的缝隙；

所述静环导套下端外侧与所述凸台的内侧壁相对的区域涂覆防磨损涂层；

所述静环导套下端的外径为286.5毫米，所述O形圈的内径介于285.5毫米至287毫米之间，所述O形圈的线径介于5毫米至5.4毫米之间，所述O形圈的邵氏硬度介于65HA至80HA。

在一种可能的实现方式中，所述防磨损涂层的材料包括碳化铬。

在一种可能的实现方式中，所述防磨损涂层的厚度介于0.2毫米至0.45毫米；

所述防磨损涂层与所述静环导套的基体材料的结合强度介于60MPa至90MPa。

在一种可能的实现方式中，所述防磨损涂层的维氏硬度介于600HV至1100HV。

在一种可能的实现方式中，所述防磨损涂层的粗糙度介于0.02微米至0.2微米。

在一种可能的实现方式中，所述O形圈材料为三元乙丙橡胶。

在一种可能的实现方式中，所述O形圈的预压缩率介于0.0％至0.55％。

在一种可能的实现方式中，所述O形圈的压缩量介于10％至15％。

在一种可能的实现方式中，所述O形圈材料表面涂有硅脂。

在一种可能的实现方式中，所述核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件还包括：支撑环；

所述支撑环位于所述凹槽内，且所述支撑环位于所述O形圈下方。

本实用新型的有益效果在于：本公开实施例中，由于O形圈与静环导套的外径能够更良好的配合，使静环导套与静环座之间摩擦阻力相较于相关技术大幅下降，此外，静环导套下端外侧与凸台的内侧壁相对的区域涂覆耐磨涂层，进一步有效减少了O形圈与静环导套之间的磨损，由此使得静环的随动性能明显改善，O形圈在长期使用后仍能基本保持原状，有效减少机械密封低压泄漏量，泄漏量高问题得以改善。本公开的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件能够解决某流体动压型主泵机械密封频繁出现故障问题，具有很强的实用性和推广价值，由于核电站流体动压型主泵机械密封在国内核电站应用广泛，初略估计，解决某流体动压型主泵机械密封频繁故障问题，每年将创造5000万以上经济价值，对保障核电站安全也具有重大意义。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的一种核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件的剖视图。如图1所示，该核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件包括：O形圈21、静环座12、静环导套10，核电站流体动压型主泵机械密封可以包括：主轴20、轴套19、动环座17、动环组件15、静环组件14、静环座12、静环导套10、以及壳体(图中未示出)，其中，主轴20、轴套19、动环座17、动环组件15、静环组件14、静环座12以及静环导套10位于该壳体内。

轴套19为管状，动环座17、动环组件15、静环组件14、静环座12、静环导套10为环形；其中，动环组件15包括由内至外嵌套的动环153、动环镶环152以及动环保持环151；动环、动环镶环以及动环保持环之间过盈配合；静环组件14可以包括由内至外嵌套的静环143、静环镶环142以及静环保持环141；静环、静环镶环以及静环保持环之间过盈配合。需要说明的是，可以根据需要选择不同结构的静环组件14和动环组件15，本公开实施例对静环组件14和动环组件15的结构和连接方式不做限定。

轴套19固定套接在主轴20外侧，动环座17固定套接在轴套19外侧(例如，动环座17可以通过固定销18与轴套19固定连接)，动环组件15套设在轴套19外侧，且动环组件15与动环座17固定连接，动环组件15位于动环座17的上方(例如，动环组件15可以分别通过第二弹簧销16、固定销18与动环座17固定连接，动环组件15与动环座17之间还可以设置密封圈23以增加动环组件12与动环座17之间的稳固性)；

静环导套10套设在轴套19外侧，静环导套10上端具有沿径向向外侧延伸的台阶部，该台阶部与外壳内侧固定连接，静环座12的边缘具有沿轴向向上延伸的凸台，该凸台的上表面与台阶部的下表面弹性连接(例如，静环座12的凸台的上表面可以通过弹簧25与台阶部下表面弹性连接，此外，静环座12上表面与台阶部下表面之间还可以插设定位销11)，静环组件14与静环座12固定连接，静环组件14位于静环座12下方(例如，静环组件14可以分别通过第一弹簧销13和固定销18与静环座12固定连接)，静环组件14的下表面与动环组件15的上表面之间具有缝隙；

静环座12的凸台的内侧壁设置周向的凹槽，O形圈21套设在静环导套10下端的外侧，且O形圈21位于凹槽内，以密封静环导套10下端的外侧与凸台的内侧壁之间的缝隙。

通常来讲，需要静环组件14和动环组件15之间的缝隙的间距介于5微米至10微米，才能有效避免液体从静环组件14和动环组件15之间的缝隙泄漏出去。

主泵在运行过程中，由于设冷水温、轴封注入水温每天都在变化，导致静环组件连同静环座始终相对于静环导套在进行微小的上下往复运动，静环导套外侧的O形圈呈波浪形扭曲，致使静环座在相对于静环导套的往复运动过程中摩擦阻力大，且在长时间运行后静环导套表面产生磨损，表面磨损加大了摩擦阻力，形成恶性循环，最终导致静环座在相对于静环导套的往复运动过程中极易卡涩，静环组件和静环导套的跟随性能严重下降，使得静环组件的下表面与动环组件的上表面之间的缝隙间距过大(例如大于10微米)，造成机械密封低压泄漏。经检修发现，原始设计依照标准ISO3601-2；2018-08的静密封的规定，将套设在静环导套下端外侧的O形圈的内径设置为291.47毫米，线径设置为5.33毫米，相对于286.5毫米静环导套外径，原始设计的O形圈相尺寸过大，因此极易在静环座在相对于静环导套的往复运动过程中扭曲变形，进而导致机械密封低压泄漏，此外，实际情况中，静环导套与静环座之间并非相对静止，而是存在微小的相对运动，因此，原始设计所采用的静密封标准并不适用于该核电站流体动压型主泵机械密封，应当对静环导套与静环座之间应采用动密封的标准进行密封处理，但是，标准ISO3601-2；2018-08并未记载与静环导套尺寸相适应的O形圈的尺寸数据。由于各类O形圈尺寸之间的差别小至0.1毫米的级别，因此，需要从海量尺寸类型的O形圈中，选择合适尺寸和硬度的O形圈对静环导套与静环座之间进行密封。

针对这一问题，本公开实施例将静环导套下端的O形圈的内径设置为介于285.5毫米至287毫米之间，O形圈的线径设置为介于5毫米至5.4毫米之间，O形圈的邵氏硬度介于65HA至70-80HA。并在静环导套10下端的外侧与静环座12的凸台的内侧壁相对的区域涂覆耐磨涂层，其中，该耐磨涂层的材料可以包括碳化铬(需要说明的是，该耐磨涂层的材料也可以包括陶瓷颗粒等，本公开实施例对耐磨涂层的材料不做限定，只要该耐磨涂层可以减缓静环导套与静环座以及O形圈之间的磨损即可)。

本公开实施例中，由于O形圈与静环导套的外径能够更良好的配合，使静环导套与静环座之间摩擦阻力相较于相关技术大幅下降，由此使得静环的随动性能明显改善，O形圈在长期使用后仍能保持原状，有效减少机械密封低压泄漏量，泄漏量高问题得以改善。本公开的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件能够解决某流体动压型主泵机械密封频繁出现故障问题，具有很强的实用性和推广价值，由于核电站流体动压型主泵机械密封在国内核电站应用广泛，初略估计，解决某流体动压型主泵机械密封频繁故障问题，每年将创造5000万以上经济价值，对保障核电站安全也具有重大意义。

在一种可能的实现方式中，该耐磨涂层的厚度可以介于0.2毫米至0.45毫米，例如，该耐磨涂层的厚度可以为0.3毫米。防磨损涂层与所述静环导套的基体材料的结合强度介于60MPa至90MPa。

在一种可能的实现方式中，所述耐磨涂层的维氏硬度介于600HV至1100HV。例如，该耐磨涂层的维氏硬度可以为900HV。

在一种可能的实现方式中，所述耐磨涂层的粗糙度介于0.02微米至0.2微米。例如，该耐磨涂层的粗糙度可以为0.2微米。

在一种示例中，本公开实施例的设计包括：采用内径为286毫米，线径为5.3毫米，邵氏硬度70-80HA的O形圈，并在静环导套下端外侧与静环座的凸台的内侧壁相对的区域涂覆0.3毫米的碳化铬耐磨涂层，该耐磨涂层的维氏硬度为900HV，粗糙度为0.2微米。原始设计采用内径为291.47毫米，线径为5.33毫米，邵氏硬度为80-85HA的O形圈，且静环导套表面无涂层，使本公开实施例的设计与原始设计在硅脂润滑条件下进行以下对比试验。

1、摩擦力对比试验

本公开实施例设计的O形圈的压缩量为10.85％，预压缩率为0.22％，可以根据公式A＝1-B/C来确定该O形圈的压缩量A，其中，B为静环座的凸台内壁的凹槽的槽深，C为该O形圈的线径。可以根据公式D＝E/(F+C*2)确定该O形圈的预压缩率D，其中，E为该O形圈的外径与静环座的凸台内壁的凹槽外径之差，F为该O形圈的内径，C为该O形圈的线径。

原始设计对应的摩擦力大于300牛顿。

本公开实施例的设计对应的摩擦力为29牛顿。

试验中发现，本公开实施例的O形圈的内径尺寸使得该O形圈可以更好的与动环导套贴合，且压缩量符合动密封标准4％至11％的范围要求，使得采用本公开实施例的O形圈对应的摩擦力相较于原始设计O形圈与静环导套表面的摩擦力大幅减少。

2、回弹性能对比试验。

在摩擦副往复运动过程中，采用原始设计O形圈摩擦力的波动较大，实验过程中肉眼可观察到静环座在静环导套上“爬行”的现象，且在往上回复运动过程中，测试到的静环座所受压力为0，说明静环座的随动性能不足，回弹性能差，而本公开实施例的O形圈，3次试验重复性好，测试到的静环座所受压力差稳定，且在往复运动过程中，静环座能快速回到原点，说明静环座的随动性能良好，回弹性能良好。

3、耐磨损性能对比试验。

原始设计经过100小时试验后，静环导套表面粗糙度较试前有明显增加；均值变化Ra＝+0.115um(微米)；

本公开实施例设计经过100小时试验后，使得静环导套表面粗糙度反而降低了，观察到类似机械结构“跑合”的现象，均值变化值ΔRa＝-0.14um。

4、试验后外形对比。

本公开实施例设计经过100小时试验后，原始设计的O形圈外型正常，没有挤压、扭转、变形痕迹。

原始设计经过100小时试验后，本公开实施例设计的O型圈截面局部有明显的挤压、扭转、变形痕迹。

5、试验后泄漏流流量对比。

原始设计经过100小时试验后，经过100小时耐久性试验，低压泄漏流在12-15l/h(升每小时)波动，中值约13.6l/h；

本公开实施例设计经过100小时试验后，低压泄漏流在10-13l/h波动，中值约12.7l/h；相较于原始设计试验后的泄漏流量下降约0.9l/h，证明采用改进型O型圈随动性得以提高，机械密封液膜厚度变小，导致低压泄漏流降低。

本公开实施例中，由于O形圈与静环导套的外径能够更良好的配合，使静环导套与静环座之间摩擦阻力相较于相关技术大幅下降，由此使得静环的随动性能明显改善，O形圈在长期使用后仍能保持原状，有效减少机械密封低压泄漏量，泄漏量高问题得以改善。本公开的核电站流体动压型主泵机械设备的密封结构能够解决某流体动压型主泵机械密封频繁出现故障问题，具有很强的实用性和推广价值，由于核电站流体动压型主泵机械密封在国内核电站应用广泛，初略估计，解决某流体动压型主泵机械密封频繁故障问题，每年将创造5000万以上经济价值，对保障核电站安全也具有重大意义。

在一种可能的实现方式中，O形圈材料可以为三元乙丙橡胶(EPDM，EthylenePropylene Diene Monomer)。三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物，是乙丙橡胶的一种，因三元乙丙橡胶主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异。

在一种可能的实现方式中，如图1所示，该核电站流体动压型主泵机械密封的随动密封结构还包括：支撑环22，该支撑环22可以位于所述凹槽内，且该支撑环22可以位于该O形圈下方。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，其特征在于，所述核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件包括：O形圈、静环座、静环导套，所述静环座、所述静环导套为环形，所述静环导套上端具有沿径向向外延伸的台阶部，所述静环座的边缘具有沿轴向向上延伸的凸台，所述台阶部的下表面与所述凸台的上表面弹性连接，所述静环导套下端外侧与所述凸台的内侧壁相对，所述凸台的内侧壁设置周向的凹槽，所述O形圈套设在所述静环导套下端的外侧，且所述O形圈位于所述凹槽内，以密封所述静环导套下端外侧与所述凸台的内侧壁之间的缝隙；

所述静环导套下端外侧与所述凸台的内侧壁相对的区域涂覆防磨损涂层；

所述静环导套下端的外径为286.5毫米，所述O形圈的内径介于285.5毫米至287毫米之间，所述O形圈的线径介于5毫米至5.4毫米之间，所述O形圈的邵氏硬度介于65HA至80HA。

2.根据权利要求1所述的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，其特征在于，所述防磨损涂层的材料包括碳化铬。

3.根据权利要求1所述的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，其特征在于，所述防磨损涂层的厚度介于0.2毫米至0.45毫米；

所述防磨损涂层与所述静环导套的基体材料的结合强度介于60MPa至90MPa。

4.根据权利要求1所述的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，其特征在于，所述防磨损涂层的维氏硬度介于600HV至1100HV。

5.根据权利要求1所述的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，其特征在于，所述防磨损涂层的粗糙度介于0.02微米至0.2微米。

6.根据权利要求1所述的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，其特征在于，所述O形圈材料为三元乙丙橡胶。

7.根据权利要求1所述的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，其特征在于，所述O形圈的预压缩率介于0.0％至0.55％。

8.根据权利要求1所述的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，其特征在于，所述O形圈的压缩量介于10％至15％。

9.根据权利要求1所述的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，其特征在于，所述O形圈材料表面涂有硅脂。

10.根据权利要求1所述的核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件，其特征在于，所述核电站流体动压型主泵机械密封的密封组件还包括：支撑环；

所述支撑环位于所述凹槽内，且所述支撑环位于所述O形圈下方。

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