EP0065922A1 - Primary pump for a pressurized water reactor, having a seal arrangement for its shaft - Google Patents
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- F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
Definitions
- the invention relates to a sealing device for the drive shaft of a pump for high pressure fluid.
- the cooling circuit of the reactor core, or primary circuit comprises at least two cooling loops each comprising a steam generator and a primary pump.
- the primary pumps consist of a volute inside which rotates an impeller rigidly attached to the lower end of a drive shaft connected to a motor.
- Sealing along the drive shaft is ensured by a set of seals arranged in an annular space between the shaft and a housing which surrounds this shaft from its exit from the volute to the drive motor.
- the sealing device of the drive shaft of the primary pumps generally consists of three seals comprising a fixed part secured to the housing and a mobile part secured to the shaft.
- the facing surfaces of these sealing elements are either in rubbing contact, the seal is then of the mechanical type, or separated by a layer of fluid in circulation between the surfaces of the seal, the seal is then of the hydrostatic type.
- the water circulated by the pump is at a very high pressure, of the order of 150 bars.
- the seal placed most upstream on the drive shaft, that is to say closest to the internal part of the pump, is therefore a hydrostatic seal which allows a significant pressure drop between its upstream part and its downstream part, while the seals arranged downstream are generally mechanical type seals.
- a circuit for supplying cold water under high pressure makes it possible to bring in the annular space limited by the housing, upstream of the hydrostatic seal, water, part of which is discharged towards the volute of the pump and of which another part provides the leakage current of the seal hydrostatic. After passing through the hydrostatic seal, this water is also used to cool the mechanical seals.
- a hydrostatic seal as used on primary pumps as an upstream seal has for example been described in French patents 1,435,568 and 2,049,690.
- this pressure limit is of the order of 14 bars.
- the cooling water of the reactor is at a pressure of the order of 150 bars and the cold water injected upstream of the hydrostatic seal is at a slightly higher pressure, so that the pressure drop across the hydrostatic seal is very high and generally around 150 bars. The proper functioning of the hydrostatic seal is then ensured.
- the injection pressure upstream of the hydrostatic seal is no longer sufficient to ensure a tel ⁇ P greater than 14 bars and the hydrostatic seal can no longer function correctly.
- the object of the invention is therefore to propose a device for sealing the drive shaft of a pump for high pressure fluid comprising along the length of this shaft a set of seals, at least one of which is hydrostatic type with liquid leakage between two elements limiting this leakage, one connected to the shaft and the other to a box surrounding the shaft and providing an annular space around it, this seal disposed most upstream, that is to say towards the inside of the pump, requiring, for its operation, a sufficient pressure difference between the part of the annular space which is upstream of the seal, forming a chamber in communication with the internal part of the pump and the part of this annular space which is downstream of the seal, this chamber being supplied with fluid under high pressure, by a supply circuit, the sealing device having to allow maintenance in operation of the pump, even if the pressure of the fl uide which is pumped reaches low values, for example less than 26 bars.
- FIG. 1 we see a pump comprising a pump body or volute 1 pierced with a suction opening 2 and a discharge opening 3.
- a diffuser 4 Inside the volute is dipose a diffuser 4 inside which rotates the impeller 5 integral with the shaft of t Drives for 7 connected to the drive motor of the non représehté pump.
- the upper part of the pump body has a coupling flange 8 making it possible to connect the pump to its motor unit.
- the shaft 7 is surrounded by a box 9 which spares around it an annular space 10.
- the housing 9 has a flange 12 for connection to the pump drive motor.
- seals 14 making it possible to seal along the shaft 7.
- the shaft 7 carries at its end penetrating the volute the impeller 5 and leaves this volute at a labyrinth seal 16 at which is also placed a thermal barrier .17 traversed by a cooling coil.
- the shaft 7 then passes through a bearing 15 ensuring its maintenance and its guidance.
- the seal 14 disposed most upstream, that is to say towards the inside of the pump, and therefore placed closest to the bearing 15, is of the hydrostatic type, cold water under a pressure slightly higher than the water pressure in the pump being injected by injection pipes 19, into the annular space 10 in which the seals are placed.
- FIG. 2 we see a schematic representation of the sealing device associated with a primary pump of the same type as the pump shown in FIG. 1.
- the impeller 25 integral with the end of the shaft 27 is rotated by means of this tree.
- the shaft passes through a set of two labyrinth seals 26 themselves surrounded by the thermal barrier 28 traversed by a coil 29 supplied with cooling water.
- the shaft 27 then passes through the annular space 30 delimited by a box disposed around the shaft along its entire length until it is connected to the drive motor 31.
- the first seal 33 disposed upstream is of the hydrostatic type with liquid leakage between its rotating part linked to the shaft 27 and its fixed part linked to the housing.
- the seals 34 and 35 are of the mechanical type comprising two friction parts, one of which is integral with the shaft and the other of the housing.
- a pressurized cold water supply circuit 36 makes it possible to bring this cold water to a pressure slightly higher than the pressure of the water circulated by the pump, in the annular space 30, upstream of the seal 33.
- the pressure of this cold water is adjusted by means of a bypass valve 38 and a charge pump 40 placed in bypass on the main pipe of the circuit 26.
- a pressure gauge 39 makes it possible to check the pressure in the circuit 36.
- Pipes 41, 42 and 43 make it possible to recycle the water recovered downstream of the seal 33 in the supply circuit 36.
- the sealing device according to the invention further comprises an auxiliary seal 45 disposed upstream of the hydrostatic seal 33 in the part of the annular space 30 constituting a chamber 46 in communication with the internal part of the volute 41, by the intermediate labyrinth seals 26.
- the auxiliary seal 45 is a mechanical seal with rubbing surfaces which separates the chamber 46 into two parts, 46a situated upstream of the seal 45 and 46b situated downstream of the seal 45 and upstream of the seal 33.
- a pipe 47 makes it possible to join the two parts 46a and 46b of the chamber 46.
- a valve 48 is arranged on the pipe 47 to isolate or put the two parts of the chamber 46 into communication.
- a valve 49 is placed in bypass with respect to the valve 48.
- the auxiliary seal 45 consists of a fixed part 50 secured to the housing 29 and a movable part 51 secured to the shaft 27, the surfaces of which face to face are in rubbing contact.
- the hydrostatic seal 33 consists of a floating packing and a rotating packing separated by a film of water with controlled leakage.
- the thickness of the water film (filtered and injected water upstream of the seal 33 in the chamber 46b by the circuit 36) is regulated by the geometric profile of the active parts as a function of the pressure in the chamber 46b.
- the water leak from this seal 33 is partly evacuated through the seal 34 and the remainder towards the circuit 36 via the pipe 41 (FIG. 2).
- the nuclear reactor During normal operation of the pump, the nuclear reactor being in service, it causes the circulation of the water in the primary circuit which is at a pressure of the order of 150 bars and at a temperature above 300 ° C.
- the valve 48 disposed on the pipe 47 connecting the two parts of the chamber 46 is open. Cold water is brought by the circuit 36 in the part 46b of the chamber, at a pressure slightly higher than the pressure of the primary circuit.
- the placing in communication of the two parts 46a and 46b of the chamber 46 by the pipe 47 produces a pressure balancing between these two parts of the chamber, so that the pressure difference across the auxiliary seal 45 is negligible. It is therefore possible to provide a rubbing contact between the surfaces facing the seal 45, with a low application pressure so that the wear of this seal is very limited.
- the seal 45 is cooled by the water of the circuit 36 and works at moderate temperature.
- the sealing device then functions like the devices of the prior art, the pressure difference across the hydrostatic seal 33 being practically equal to the overpressure of the primary circuit.
- the pressure in the primary circuit can drop to a low value, for example less than 26 bars.
- a low value for example less than 26 bars.
- this pressure will be chosen equal to 26 bars so as to be just above the minimum threshold of ⁇ p allowing the operation of the attached 33.
- the pressure difference between the chamber 46b subjected to a pressure close to 26 bars and the chamber 46a subjected to a pressure close to that of the primary circuit is at most equal to 26 bars, so that the pressure drop of on either side of the joint 45 is at most equal to this value.
- the seals with rubbing surfaces of the sealing device shown in FIGS. 2 and 3 operate in good conditions because the pressure drops on either side of these seals are weak and the circulation of water coming from in contact with these seals allows lubrication of the friction surfaces.
- the seal 45 is cooled and lubricated by the water injected by the circuit 36 while the seals 34 and 35 are cooled and lubricated by a part of the water passing through the seal 33. This water allowing the cooling and the lubrication is finally recycled by lines 41, 42 and 43.
- valve 49 placed in bypass with respect to the valve 48 is designed to remain closed as long as the pressure in the chamber 46a is lower than the pressure in the chamber 46b.
- This valve opens only in the case of an overpressure in the chamber 46a relative to the chamber 46b. During normal operation of the reactor, this valve therefore remains closed since the circuit 36 introduces water slightly suppressed with respect to the water in the primary circuit.
- the pressure in the chamber 46a becomes higher at the pressure in the chamber 46b which is no longer supplied and the valve 49 opens, so that the water of the primary circuit cooled by the thermal barrier 28 can penetrate into the chamber 46b and perform the cooling and lubrication of seals with rubbing surfaces replacing the cold water injected by the circuit -36.
- an advantage of the device according to the invention is to allow the operation of the primary pumps of a nuclear reactor at low pressure. During the reactor shutdown phases, it becomes possible to continue circulating the water in the primary circuit without using auxiliary means to maintain its pressure above 26 bars.
- the reactor cooling circuit which makes it possible to lower the temperature and the pressure of the primary circuit during the cold shutdown phases of the reactor can be used at pressures below 26 bars, which was not the case. not possible previously since circulation of primary water must be maintained during the shutdown phases.
- this cooling circuit can be used until the final phases of the cold shutdown of the reactor.
- the hydrostatic seal disposed upstream of the sealing device can be associated with seals of any type and that the number of these seals is not limited.
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Abstract
L'invention concerne un dispositif d'étanchéité de l'arbre d'entraînement (27) d'une pompe pour fluide à haute pression. Il comporte un ensemble de joints (33, 34, 35) dont l'un au moins (33) est un joint hydrostatique. Entre le joint (33) et l'espace intérieur de la volute (21) est disposé un joint auxiliaire (45) du type mécanique. Le joint (45) sépare deux chambres et . Les deux chambres et peuvent être mises en communication ou isolées par une canalisation sur laquelle est disposée une vanne (48). L'invention s'applique, en particulier, aux pompes primaires d'un réacteur nucléaire à eau sous pression.The invention relates to a sealing device for the drive shaft (27) of a pump for high pressure fluid. It comprises a set of seals (33, 34, 35) of which at least one (33) is a hydrostatic seal. Between the seal (33) and the interior space of the volute (21) is disposed an auxiliary seal (45) of the mechanical type. The joint (45) separates two chambers and. The two chambers and can be placed in communication or isolated by a pipe on which a valve (48) is arranged. The invention applies, in particular, to the primary pumps of a pressurized water nuclear reactor.
Description
L'invention concerne un dispositif d'étanchéité de l'arbre d'en- trainement d'une pompe pour fluide à haute pression.The invention relates to a sealing device for the drive shaft of a pump for high pressure fluid.
Dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression, le circuit de refroidissement du coeur du réacteur, ou circuit primaire, comporte au moins deux boucles de refroidissement comportant chacune un générateur de vapeur et une pompe primaire.In pressurized water nuclear reactors, the cooling circuit of the reactor core, or primary circuit, comprises at least two cooling loops each comprising a steam generator and a primary pump.
Les pompes primaires sont constituées par une volute à l'intérieur de laquelle tourne une roue à aubes fixée rigidement à l'extrémité inférieure d'un arbre d'entrainement relié à un moteur.The primary pumps consist of a volute inside which rotates an impeller rigidly attached to the lower end of a drive shaft connected to a motor.
L'étanchéité le long de l'arbre d'entraînement est assurée par un ensemble de joints disposés dans un espace annulaire compris entre l'arbre et un boitier qui entoure cet arbre depuis sa sortie de la volute jusqu'au moteur d'entraînement.Sealing along the drive shaft is ensured by a set of seals arranged in an annular space between the shaft and a housing which surrounds this shaft from its exit from the volute to the drive motor.
Le dispositif d'étanchéité de l'arbre d'entraînement des pompes primaires est généralement constitué de trois joints comportant une partie fixe solidaire du boitier et une partie mobile solidaire de l'arbre.The sealing device of the drive shaft of the primary pumps generally consists of three seals comprising a fixed part secured to the housing and a mobile part secured to the shaft.
Les surfaces en regard de ces éléments d'étanchéité sont soit en contact frottant, le joint est alors de type mécanique, soit séparées par une couche de fluide en circulation entre les surfaces du joint, le joint est alors du type hydrostatique.The facing surfaces of these sealing elements are either in rubbing contact, the seal is then of the mechanical type, or separated by a layer of fluid in circulation between the surfaces of the seal, the seal is then of the hydrostatic type.
Les joints de type mécanique sont généralement utilisés pour assurer l'étanchéité entre deux zones dont les pressions ne sont pas trop différentes, alors que les joints hydrostatiques peuvent être utilisés dans le cas d'une très grande différence de pression de part et d'autre du joint.Mechanical seals are generally used to seal between two zones whose pressures are not too different, while hydrostatic seals can be used in the case of a very large pressure difference on either side of the joint.
Dans le cas des pompes primaires, l'eau mise en circulation par la pompe est à une pression très élevée, de l'ordre de 150 bars. Le joint disposé le plus en amont sur l'arbre d'enrainement, c'est-à-dire le plus près de la partie interne'de la pompe, est donc un joint hydrostatique qui permet une chute de pression importante entre sa partie amont et sa partie aval, alors que les joints disposés en aval sont généralement des joints de type mécanique.In the case of primary pumps, the water circulated by the pump is at a very high pressure, of the order of 150 bars. The seal placed most upstream on the drive shaft, that is to say closest to the internal part of the pump, is therefore a hydrostatic seal which allows a significant pressure drop between its upstream part and its downstream part, while the seals arranged downstream are generally mechanical type seals.
Un circuit d'alimentation en eau froide sous haute pression permet d'amener dans l'espace annulaire limité par le boitier, à l'amont du joint hydrostatique, de l'eau dont une partie est refoulée vers la volute de la pompe et dont une autre partie fournit le courant de fuite du joint hydrostatique. Après être passée par le joint hydrostatique, cette eau sert également au refroidissement des joints mécaniques.A circuit for supplying cold water under high pressure makes it possible to bring in the annular space limited by the housing, upstream of the hydrostatic seal, water, part of which is discharged towards the volute of the pump and of which another part provides the leakage current of the seal hydrostatic. After passing through the hydrostatic seal, this water is also used to cool the mechanical seals.
Un joint hydrostatique tel qu'utilisé sur les pompes primaires comme joint amont a par exemple été décrit dans les brevets français 1.435.568 et 2.049.690.A hydrostatic seal as used on primary pumps as an upstream seal has for example been described in French patents 1,435,568 and 2,049,690.
Pour qu'un tel joint hydrostatique puisse fonctionner correctement, c'est-à-dire sans que les éléments disposés en vis à vis limitant la fuite viennent'en contact, il faut que la chute de pression à travers ce joint hydrostatique, appelée Δp, soit supérieure à une certaine limite.In order for such a hydrostatic seal to function properly, that is to say without the elements arranged facing each other limiting the leak coming into contact, it is necessary that the pressure drop across this hydrostatic seal, called Δp , or above a certain limit.
Dans le cas des pompes primaires utilisées actuellement, cette limite de pression est de l'ordre de 14 bars.In the case of the primary pumps currently used, this pressure limit is of the order of 14 bars.
Dans le cas du fonctionnement normal du réacteur nucléaire, l'eau de refroidissement du réacteur est à une pression de l'ordre de 150 bars et l'eau froide injectée en amont du joint hydrostatique est à une pression un peu supérieure, si bien que la chute de pression à travers le joint hydrostatique est très élevée et généralement voisine de 150 bars. Le bon fonctionnement du joint hydrostatique est alors assuré.In the normal operation of the nuclear reactor, the cooling water of the reactor is at a pressure of the order of 150 bars and the cold water injected upstream of the hydrostatic seal is at a slightly higher pressure, so that the pressure drop across the hydrostatic seal is very high and generally around 150 bars. The proper functioning of the hydrostatic seal is then ensured.
Il n'en est plus de même lorsque la pression du circuit primaire diminue par exemple dans le cas d'un arrêt du réacteur, puisqu'on est amené à diminuer la pression d'injection de l'eau froide lorsque la pression du circuit primaire diminue. Il faut en effetéquilibrer les débits injectés dans la volute et dans le joint et ces débits dépendent de la pression du circuit primaire.It is no longer the same when the pressure of the primary circuit decreases for example in the case of a reactor shutdown, since it is necessary to decrease the injection pressure of cold water when the pressure of the primary circuit decreases. It is indeed necessary to balance the flows injected into the volute and into the joint and these flows depend on the pressure of the primary circuit.
En deçà d'une certaine valeur dé la pression dans le circuit primaire la pression d'injection en amont du joint hydrostatique n'est plus suffisante pour assurer un telΔP supérieur à 14 bars et le joint hydrostatique ne peut plus fonctionner correctement.Below a certain value of the pressure in the primary circuit, the injection pressure upstream of the hydrostatic seal is no longer sufficient to ensure a telΔP greater than 14 bars and the hydrostatic seal can no longer function correctly.
Dans le cas des pompes primaires utilisées dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression actuellement en service, on considère que la pression minimale du fluide primaire en deçà de laquelle on ne peut plus faire fonctionner le joint hydrostatique est de l'ordre de 26 bars.In the case of primary pumps used in pressurized water nuclear reactors currently in service, it is considered that the minimum pressure of the primary fluid below which the hydrostatic seal can no longer be operated is of the order of 26 bars.
Lors de l'arrêt d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, il est nécessaire de laisser en fonctionnement au moins une pompe primaire pour permettre la circulation du fluide primaire et assurer un bon refroidissement.When shutting down a pressurized water nuclear reactor, it is necessary to leave at least one primary pump in operation to allow the circulation of the primary fluid and ensure good cooling.
En fin de refroidissement, on est en présence d'eau à 26 bars et à une température de 70°C. A cette température, on ne peut plus maintenir la pression de 26 bars.par utilisation de l'équilibre liquide/vapeur dans le pressuriseur du réacteur et on est obligé d'utiliser des pompes de charge d'un circuit auxiliaire pour maintenir la pression.At the end of cooling, we are in the presence of water at 26 bars and at a temperature of 70 ° C. At this temperature, the pressure of 26 bar can no longer be maintained by using the liquid / vapor balance in the reactor pressurizer and we are forced to use charge pumps from an auxiliary circuit to maintain the pressure.
Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'étanchéité de l'arbre d'entrainement d'une pompe pour fluide à haute pression comportant suivant la longueur de cet arbre un ensemble de joints dont l'un au moins est du type hydrostatique à fuite de liquide entre deux éléments limitant cette fuite reliés l'un à l'arbre et l'autre à un boitier entourant l'arbre et ménageant un espace annulaire autour de celui-ci, ce joint disposé le plus en amont, c'est-à-dire vers l'intérieur de la pompe, nécessitant, pour son fonctionnement, une différence de pression suffisante entre la partie de l'espace annulaire qui se trouve à l'amont du joint, formant une chambre en communication avec la partie interne de la pompe et la partie de cet espace annulaire qui se trouve à l'aval du joint, cette chambre étant alimentée en fluide sous une haute pression, par un circuit d'alimentation, le dispositif d'étanchéité devant permettre un maintien en fonctionnement de la pome, même si la pression du fluide dont on effectue le pompage atteint des valeurs faibles, par exemple inférieures à 26 bars.The object of the invention is therefore to propose a device for sealing the drive shaft of a pump for high pressure fluid comprising along the length of this shaft a set of seals, at least one of which is hydrostatic type with liquid leakage between two elements limiting this leakage, one connected to the shaft and the other to a box surrounding the shaft and providing an annular space around it, this seal disposed most upstream, that is to say towards the inside of the pump, requiring, for its operation, a sufficient pressure difference between the part of the annular space which is upstream of the seal, forming a chamber in communication with the internal part of the pump and the part of this annular space which is downstream of the seal, this chamber being supplied with fluid under high pressure, by a supply circuit, the sealing device having to allow maintenance in operation of the pump, even if the pressure of the fl uide which is pumped reaches low values, for example less than 26 bars.
Dans ce but, le dispositif d'étanchéité suivant l'invention comporte en outre :
- - un joint auxiliaire du type mécanique dont les pièces frottantes en regard sont liées, l'une à l'arbre et l'autre au boitier, disposé dans la chambre, à l'amont de l'arrivée de fluide sous pression, séparant cette chambre en une partie amont et une partie aval,
- - et une canalisation diposée entre la partie amont et la partie aval de la chambre, sur laquelle est placée une vanne permettant d'isoler ou de mettre en communication les deux parties de la chambre.
- an auxiliary seal of the mechanical type, the rubbing facing parts of which are linked, one to the shaft and the other to the housing, arranged in the chamber, upstream of the arrival of pressurized fluid, separating this chamber in an upstream part and a downstream part,
- - And a pipe available between the upstream part and the downstream part of the chamber, on which is placed a valve making it possible to isolate or to put the two parts of the chamber in communication.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, une pompe primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression équipée d'un dispositif d'étanchéité suivant l'invention.
- La figure 1 représente dans une vue en perspective éclatée, une pompe primaire suivant l'art antérieur.
- La figure 2 représente de façon schématique le dispositif d'étanchéité suivant l'invention.
- La figure 3 représente dans une demi-vue en coupe par un plan vertical de symétrie, la partie supérieure d'une pompe primaire pour réacteur nucléaire comportant un dispositif d'étanchéité suivant l'invention.
- Figure 1 shows in an exploded perspective view, a primary pump according to the prior art.
- Figure 2 shows schematically the sealing device according to the invention.
- FIG. 3 shows in a half-view in section through a vertical plane of symmetry, the upper part of a primary pump for a nuclear reactor comprising a sealing device according to the invention.
Sur la figure 1 on voit une pompe comportant un corps de pompe ou volute 1 percée d'une ouverture d'aspiration 2 et d'une ouverture de refoulement 3.In FIG. 1 we see a pump comprising a pump body or volute 1 pierced with a suction opening 2 and a
A l'intérieur de cette volute est diposé un diffuseur 4 à l'intérieur duquel tourne la roue à aubes 5 solidaire de l'arbre dtentraine- ment 7 relié au moteur d'entraînement de la pompe non représehté.Inside the volute is dipose a
La partie supérieure du corps de pompe comporte une bride d'accouplement 8 permettant de relier la pompe à son groupe moteur.The upper part of the pump body has a
L'arbre 7 est entouré d'un boitier 9 qui ménage autour de celui-ci un espace annulaire 10.The shaft 7 is surrounded by a
A sa partie supérieure le boitier 9 comporte une bride 12 de raccordement au moteur d'entrainement de la pompe.At its upper part, the
Dans l'espace annulaire 10 sont disposés des joints 14 permettant d'assurer l'étanchéité le long de l'arbre 7.In the
L'arbre 7 porte à son extrémité pénétrant dans la volute la roue à aubes 5 et sort de cette volute au niveau d'un joint labyrinthe 16 au niveau duquel est également placée une barrière thermique .17 parcourue par un serpentin de refroidissement. L'arbre 7 passe ensuite dans un palier 15 assurant son maintien et son guidage.The shaft 7 carries at its end penetrating the volute the impeller 5 and leaves this volute at a
Le joint 14 disposé le plus en amont, c'est-à-dire vers l'intérieur de la pompe, et donc placé le plus près du palier 15, est du type hydrostatique, de l'eau froide sous une pression légèrement supérieure à la pression de l'eau dans la pompe étant injectée par des tubulures d'injection 19, dans l'espace annulaire 10 dans lequel sont placés les joints d'étanchéité.The
Sur la figure 2, on voit une représentation schématique du dispositif d'étanchéité associé à une pompe primaire du même type que la pompe représentée à la figure 1.In FIG. 2, we see a schematic representation of the sealing device associated with a primary pump of the same type as the pump shown in FIG. 1.
A l'intérieur de la volute 21 de cette pompe comportant une ouverture d'aspiration 22 et une ouverture de refoulement 23, la roue à aubes 25 solidaire de l'extrémité de l'arbre 27 est mise en rotation par l'intermédiaire de cet arbre. A sa sortie de la volute 21, l'arbre passe dans un ensemble de deux joints à labyrinthe 26 eux-mêmes entourés par la barrière thermique 28 parcourue par un serpentin 29 alimenté en eau de refroidissement.Inside the
L'arbre 27 traverse alors l'espace annulaire 30 délimité par un boitier disposé autour de l'arbre suivant toute sa longueur jusqu'à son raccordement avec le moteur d'entrainement 31.The
A l'intérieur de cet espace annulaire sont disposés le palier 32 permettant le guidage de l'arbre et les joints 33, 34 et 35.Inside this annular space are arranged the
Le premier joint 33 disposé en amont est du type hydrostatique à fuite de liquide entre sa partie tournante liée à l'arbre 27 et sa partie fixe liée au boitier.The
Les joints 34 et 35 sont du type mécanique comportant deux parties frottantes dont l'une est solidaire de l'arbre et l'autre du boitier.The
Un circuit d'alimentation en eau froide sous pression 36 permet d'amener cette eau froide à une pression légèrement supérieure à la pression de l'eau mise en circulation par la pompe, dans l'espace annulaire 30, en amont du joint 33.A pressurized cold
La pression de cette eau froide est réglée grâce à une vanne de dérivation 38 et à une pompe de charge 40 placée en dérivation sur la conduite principale du circuit 26. Un manomètre 39 permet de vérifier la pression dans le circuit 36. Des conduites 41, 42 et 43 permettent de recycler l'eau récupérée à l'aval du joint 33 dans le circuit d'alimentation 36.The pressure of this cold water is adjusted by means of a
Le dispositif d'étanchéité suivant l'invention comporte de plus un joint auxiliaire 45 disposé en amont du joint hydrostatique 33 dans la partie de l'espace annulaire 30 constituant une chambre 46 en communication avec la partie interne de la volute 41, par l'intermédiaire des joints labyrinthes 26.The sealing device according to the invention further comprises an
Le joint auxiliaire 45 est un joint mécanique à surfaces frottantes qui sépare la chambre 46 en deux parties, 46a située à l'amont du joint 45 et 46b situé à l'aval du joint 45 et à l'amont du joint 33.The
Une conduite 47 permet de joindre les deux parties 46a et 46b de la chambre 46. Une vanne 48 est disposée sur la canalisation 47 pour isoler ou mettre en communication les deux parties de la chambre 46.A pipe 47 makes it possible to join the two
Un clapet 49 est placé en dérivation par rapport à la vanne 48.A
En se reportant à la figure 3, on retrouve les mêmes éléments que ceux représentés sur la figure 2 et avec les mêmes repères, la pompe primaire étant du même type que la pompe représentée sur la figure 1.Referring to FIG. 3, we find the same elements as those represented in FIG. 2 and with the same references, the primary pump being of the same type as the pump represented in FIG. 1.
Sur la figure 3, le circuit 36 n'a cependant pas été représenté pour éviter de compliquer la représentation.In FIG. 3, the
Le joint auxiliaire 45 est constitué d'une partie fixe 50 solidaire du.boitier 29 et d'une partie mobile 51 solidaire de l'arbre 27, dont les surfaces disposées en vis à vis sont en contact frottant.The
Le joint hydrostatique 33 consiste en une garniture flottante et une garniture tournante séparées par un film d'eau à fuite contrôlée. L'épaisseur du film d'eau (eau filtrée et injectée en amont du joint 33 dans la chambre 46b par le circuit 36) est régulée par le profil géométrique des parties actives en fonction de la pression dans la chambre 46b. La fuite d'eau de ce joint 33 est évacuée en partie à travers le joint 34 et le reste vers le circuit 36 par la conduite 41 (figure 2).The
On va maintenant décrire, en se référant aux figures 2 et 3, le fonctionnement du dispositif d'étanchéité suivant l'invention.We will now describe, with reference to Figures 2 and 3, the operation of the sealing device according to the invention.
Pendant le fonctionnement normal de la pompe, le réacteur nucléaire étant en service, celle-ci provoque la circulation de l'eau du circuit primaire qui est à une pression de l'ordre de 150 bars et à une température supérieure à 300°C. La vanne 48 disposée sur la conduite 47 mettant en communication les deux parties de la chambre 46 est ouverte. De l'eau froide est amenée par le circuit 36 dans la partie 46b de la chambre, à une pression un peu supérieure à la pression du circuit primaire. La mise en communication des deux parties 46a et 46b de la chambre 46 par la conduite 47 produit un équilibrage de pression entre ces deux parties de la chambre, si bien que la différence de pression à travers le joint auxiliaire 45 est négligeable. On peut donc prévoir un contact frottant entre les surfaces en regard du joint 45, avec une pression d'application faible si bien que l'usure de ce joint est très limitée. D'autre part, le joint 45 est refroidi par l'eau du circuit 36 et travaille à température modérée.During normal operation of the pump, the nuclear reactor being in service, it causes the circulation of the water in the primary circuit which is at a pressure of the order of 150 bars and at a temperature above 300 ° C. The
Le dispositif d'étanchéité fonctionne-alors comme les dispositifs de l'art antérieur, la différence de pression à travers le joint hydrostatique 33 étant pratiquement égale à la surpression du circuit primaire.The sealing device then functions like the devices of the prior art, the pressure difference across the
Lors d'un arrêt du réacteur, la pression du circuit primaire peut s'abaisser jusqu'à une valeur faible, par exemple inférieure à 26 bars. Pour maintenir la poupe en état de marche, il suffit alors de fermer la vanne 48 et de régler le débit et la pression de l'eau froide injectée par le circuit 36, en agissant sur la vanne 38 et la pompe 39, de façon à maintenir une pression suffisante dans la chambre 46b délimitée par le joint hydrostatique 33 et par le joint auxiliaire 45. De préférence, on choisira cette pression égale à 26 bars de façon à être juste au-dessus du seuil minimal du Δ p permettant le fonctionnement du joint 33.When the reactor is shut down, the pressure in the primary circuit can drop to a low value, for example less than 26 bars. To maintain the stern in working order, it is then sufficient to close the
Dans ces conditions, la différence de pression entre la chambre 46b soumise à une pression voisine de 26 bars et la chambre 46a soumise à une pression voisine de celle du circuit primaire est au plus égale à 26 bars, si bien que la chute de pression de part et d'autre du joint 45 est au plus égale à cette valeur.Under these conditions, the pressure difference between the chamber 46b subjected to a pressure close to 26 bars and the
Ceci est compatible avec un fonctionnement du joint 45 dans de bonnes conditions.This is compatible with operation of the
Dans tous les cas, les joints à surfaces frottantes du dispositif d'étanchéité représenté aux figures 2 et 3 fonctionnent dans de bonnes conditions car les chutes de pression de part et d'autre de ces joints sont faibles et la circulation de l'eau venant en contact avec ces joints permet la lubrification des surfaces frottantes. Le joint 45 est refroidi et lubrifié par l'eau injectée par le circuit 36 alors que les joints 34 et 35 sont refroidis et lubrifiés par une partie de l'eau traversant le joint 33. Cette eau permettant le refroidissement et la lubrification est finalement recyclée par les conduites 41, 42 et 43.In all cases, the seals with rubbing surfaces of the sealing device shown in FIGS. 2 and 3 operate in good conditions because the pressure drops on either side of these seals are weak and the circulation of water coming from in contact with these seals allows lubrication of the friction surfaces. The
Le clapet 49 placé en dérivation par rapport à la vanne 48 est conçu pour rester fermé tant que la pression dans la chambre 46a est inférieure à la pression dans la chambre 46b. Ce clapet ne s'ouvre que dans le cas d'une surpression dans la chambre 46a par rapport à la chambre 46b. Pendant le fonctionnement normal du réacteur, ce clapet reste donc fermé puisque le circuit 36 introduit de l'eau en légère supression par rapport à l'eau du circuit primaire.The
Lors d'un arrêt du réacteur, la pression étant amenée à une valeur faible dans le circuit primaire et la vanne 48 étant fermée, s'il se produit une avarie sur le circuit d'alimentation 36, la pression dans la chambre 46a devient supérieure à la pression dans la chambre 46b qui n'est plus alimentée et le clapet 49 s'ouvre, si bien que l'eau du circuit primaire refroidie par la barrière thermique 28 peut pénétrer dans la chambre 46b et assurer la fonction de refroidissement et de lubrification des joints à surfaces frottantes en remplacement de l'eau froide injectée par le circuit -36.During a shutdown of the reactor, the pressure being brought to a low value in the primary circuit and the
On voit donc qu'un avantage du dispositif suivant l'invention est de permettre le fonctionnement des pompes primaires d'un réacteur nucléaire à basse pression. Pendant les phases d'arrêt du réacteur il devient possible de continuer à faire circuler l'eau du circuit primaire sans recourir à des moyens auxiliaires pour maintenir sa pression audessus de 26 bars.It is therefore seen that an advantage of the device according to the invention is to allow the operation of the primary pumps of a nuclear reactor at low pressure. During the reactor shutdown phases, it becomes possible to continue circulating the water in the primary circuit without using auxiliary means to maintain its pressure above 26 bars.
D'autre part le circuit de refroidissement du réacteur qui permet d'abaisser la température et la pression du circuit primaire au cours des phases de mise en arrêt à froid du réacteur peut être utilisé à des pressions inférieures à 26 bars ce qui n'était pas possible antérieurement puisqu'une circulation de l'eau primaire doit être maintenue pendant les phases de mise à l'arrêt.On the other hand, the reactor cooling circuit which makes it possible to lower the temperature and the pressure of the primary circuit during the cold shutdown phases of the reactor can be used at pressures below 26 bars, which was not the case. not possible previously since circulation of primary water must be maintained during the shutdown phases.
Il en résulte que ce circuit de refroidissement pourra être utilisé jusqu'aux phases ultimes de l'arrêt à froid du réacteur.As a result, this cooling circuit can be used until the final phases of the cold shutdown of the reactor.
Mais l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit elle en comporte au contraire toutes les variantes.However, the invention is not limited to the embodiment which has just been described; on the contrary, it includes all the variants thereof.
C'est ainsi qu'au joint hydrostatique disposé en amont du dispositif d'étanchéité peuvent être associés des joints d'un type quelconque et que le nombre de ces joints n'est pas limité.Thus, the hydrostatic seal disposed upstream of the sealing device can be associated with seals of any type and that the number of these seals is not limited.
On peut également imaginer l'utilisation d'un dispositif d'étanchéité suivant l'invention dans le cas d'une pompe pour fluide à haute pression différente d'une pompe de circulation de l'eau du circuit primaire d'un réacteur nucléaire à eau sous pression.One can also imagine the use of a sealing device according to the invention in the case of a pump for high pressure fluid different from a water circulation pump of the primary circuit of a nuclear reactor with pressurized water.
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