KR102204096B1 - 열 수축 작동기를 구비한 펌프 시일 - Google Patents

열 수축 작동기를 구비한 펌프 시일 Download PDF

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웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨
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Abstract

온도 상승에 따라 팽창하는 재료를 갖는 챔버 쉘 내에 축 방향 길이의 일부분이 동봉된 피스톤을 구비하는, 회전 샤프트 셧다운 시일을 위한 열 작동기. 상기 챔버 내부의 피스톤의 실제 길이의 부분은 적어도 두 개의 다른 직경을 갖고, 이와 아울러 더 큰 직경은 피스톤의 이동 방향에서 앞에 있다. 온도 상승에 따른, 챔버 내의 피스톤을 둘러싸는 재료의 팽창은 피스톤에 원하는 이동 방향으로의 힘을 발생시킨다.

Description

열 수축 작동기를 구비한 펌프 시일{PUMP SEAL WITH THERMAL RETRACTING ACTUATOR}
본 발명은 일반적으로 회전 샤프트 시일에 관한 것이고, 더 구체적으로는 원심펌프용 열 작동식 시일에 관한 것이며, 특히 이러한 시일을 위한 새로운 열 작동기에 관한 것이다.
가압수형 원자력 발전소에서, 원자로 냉각재 계통은 원자로 노심에서 나오는 열을 증기 생산용 증기 발생기로 보내는 데 사용된다. 증기는 이어서 유용한 일을 생산하기 위한 터빈 발전기를 구동하는 데 사용된다. 원자로 냉각재 계통은, 각각이 원자로 노심에 연결되고 증기 발생기를 포함하고 있는 복수의 개별 냉각 루프와, 원자로 냉각재 펌프를 포함한다.
원자로 냉각재 펌프는 전형적으로는 예컨대 550℉(280℃)의 온도와 약 2,250psia(155 바) 압력의 고온, 고압의 대용적의 원자로 냉각재를 이동시키도록 설계된 수직형 일단 원심펌프이다. 상기 원심펌프는 아래에서 위로 세 개의 일반적인 섹션, 즉 유체 섹션, 샤프트 시일 섹션, 및 모터 섹션을 기본적으로 포함한다. 하부의 유체 섹션은 원자로 냉각재를 각 루프 둘레로 펌핑하도록 펌프 케이싱 내에서 작동 가능한 펌프 샤프트의 하단부에 장착된 임펠러를 포함한다. 상부의 모터 섹션은 펌프 샤프트를 구동시키도록 결합된 모터를 포함한다. 중간의 샤프트 시일 섹션은 세 개의 직렬 시일 조립체, 즉 하부 1차 시일 조립체(제 1 시일), 중간 2차 시일 조립체, 및 상부 3차 시일 조립체를 포함한다. 상기 시일 조립체들은 펌프 샤프트와 동심이 되게 그 펌프 샤프트의 정상단부 근처에 위치되며, 시일 조립체들이 조합된 목적은 정상 작동 상태 동안에 펌프 샤프트를 따라서 격납 대기로 누출되는 원자로 냉각재 누출을 최소화하기 위한 것이다. 종래 기술에서 공지된 펌프 샤프트 시일 조립체의 대표적인 예는 미국 특허 제3,522,948호, 제3,529,838호; 제3,632,117호; 제3,720,222호; 및 제4,275,891호에 기술되어 있다.
고정 펌프 압력 경계와 회전 샤프트 사이의 계면을 기계적으로 밀봉하는 펌프 샤프트 시일 조립체는 높은 시스템 압력(약 2,250psi(155 바))을 과도한 누출 없이 포함할 수 있어야 한다. 세 개의 시일 조립체의 직렬 배치는 압력을 여러 단계로 약화시키는 데 사용된다. 이러한 세 개의 기계식 펌프 시일 조립체는 제어형 누출 시일인데, 이들은 작동 시에 각 단계에서 최소량의 제어된 누출을 허용하고 그와 아울러 1차 냉각재 계통으로부터 각각의 시일 누출 포트로의 원자로 냉각재의 과도한 누출을 방지한다.
펌프 시일 조립체는 일반적으로는 시일 조립체에서의 냉각 유체 주입을 통해서나 혹은 1차 유체를 시일 조립체에 도달하기 전에 냉각시키는 열 교환기의 사용을 통해서 1차 냉각재 계통의 온도보다 훨씬 낮은 온도로 유지된다. 이러한 계통들의 이론화된 고장에 의해 시일 조립체가 고온에 노출될 수 있고, 이는 시일 조립체의 제어된 누출을 극적으로 증가시키는 원인이 될 것이다. 원자로 노심 내에서 냉각되는 모든 핵연료의 손실의 원인이 AC 전력을 완전히 잃은 것에 기인하는 경우, 시일 누출은 보충 펌프들에 동력을 부여하기 위한 전기 공급 없이 냉각재 계통으로 복귀시키는 수단은 갖지 못한다. 보충 수단이 없는 제어된 누출은 가정적으로 말하자면 원자로 냉각재가 원자로 노심을 무방비 상태에 이르게 하며, 그 결과 노심 손상으로 이어질 수 있다.
결국, 모든 연료 냉각의 손실과 구성 펌핑의 손실이 동시에 일어나는 경우 표준 시일 조립체를 백업하기 위한 효과적인 방법에 대한 필요성이 존재한다. 바람직하게는, 이러한 백업은 누출로부터 샤프트를 실질적으로 밀봉시키기 위해서는 전력 손실, 또는 구성 펌핑 능력의 손실을 야기하는 다른 원인에 따라 작동할 수 있어야 한다.
상기 목적들은 본 발명에 따라서, 샤프트 밀봉을 통해 냉각재의 통상적인 누출을 제한하도록 설계된 펌프, 압축기 등과 같은 회전이 정지된 설비 및 속도가 감소된 샤프트를 위한 열 작동식 셧다운 시일에 의해서 달성된다. 이하에서 주장된 셧다운 시일은 샤프트와 하우징 사이에 좁은 유동 환대(flow annulus)를 갖는 임의의 설비를 밀봉시키는 데 유용하다.
셧다운 시일은, (i) 정상 작동 중에는, 환대를 사이에 개재해서 샤프트를 둘러싸도록 설계되고, (ii) 샤프트가 사전 결정된 속도 이하로 감속하거나 또는 회전을 중지할 때에는, 샤프트에 대해 수축하도록 설계된 "스플릿 링"이 특징을 이룬다. 스플릿 링은 정상 온라인 작동 중에 샤프트가 회전하고 있을 때에 스페이서에 의해 이격된 관계가 유지되는 단부들과 대면한다. 샤프트가 느려지거나 회전을 정지하고 하우징의 온도가 상승할 때, 스페이서가 스플릿 링의 대면하는 단부들로부터 제거되고, 스플릿 링의 대면하는 단부들이 서로에게 도달함에 따라 스플릿 링이 샤프트에 대해 수축되어서, 환대를 통한 냉각재 누출의 실질적인 일부를 차단한다.
바람직하게는, 셧다운 시일은 또한, 스플릿 링이 환대를 통한 냉각재 누출을 차단할 때에 하우징 내의 압력의 증가에 의해 샤프트에 대해 가압되는 유연성 폴리머 시일 링도 구비한다.
특히, 본 발명은 이러한 시일을 제공하되, 환대 내의 액체가 사전 설정된 온도를 넘어 상승할 때에 스페이서를 스플릿 링의 대면하는 단부들 사이에서 제거하고, 그에 따라 스플릿 링이 수축되어서 스플릿 링에 의해 덮인 환대의 부분이 좁혀지거나 실질적으로 밀봉되게 하는 개선된 작동기를 구비한 시일을 제공한다. 작동기는 축 방향 치수를 갖는 실린더를 포함하는데, 이 실린더는 그 안에서 축 방향으로 이동 가능한 피스톤을 구비하며, 상기 피스톤의 주위에 밀봉되는 상단부 및 하단부를 구비한다. 피스톤의 한 단부에는 피스톤 로드가 연결되고 타 단부에는 스페이서가 연결된다. 상단부와 하단부 사이에서의 실린더 내의 공간은 공동(cavity)이 차지하고, 피스톤은 상기 공간을 관통 이동한다. 스페이서가 스플릿 링의 대면하는 단부들 사이에 배치될 때, 피스톤의 축 방향 치수는 상기 공동 내의 공간을 통해서 연장된다. 피스톤의 축 방향 치수는 적어도 두 개의 별개의 직경을 갖는데, 그 직경들 중 가장 큰 것은, 스페이서가 스플릿 링의 대면하는 단부들로부터 제거되도록, 피스톤의 이동 방향에서 그 직경들 중 작은 것보다 앞에 있다. 공동 내의 공간의 적어도 일부는 소정의 재료가 차지한다. 이 재료는 온도 증가 시에 팽창해서 피스톤에 힘을 가하는 것인데, 그 힘은 재료가 사전 설정된 온도를 넘어 상승할 때에 스페이서를 상기 대면하는 단부들 사이에서 제거하는 방향으로 피스톤을 이동시키는 것이다. 바람직하게는, 상기 힘은 피스톤의 원주 둘레의 영역 위로 가해지고, 이 경우에 피스톤의 적어도 두 개의 직경들 중 적어도 일부가 신장된다.
일 실시예에서, 작동기는 공동의 하단부에서 공동과 피스톤 사이에 지지된 제 1 시일과, 공동의 상단부에서 공동과 피스톤 사이에 지지된 제 2 시일을 포함하고, 상기 제 1 시일과 상기 제 2 시일은 재료를 상기 공동에 가두도록 작동될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제 1 시일과 상기 제 2 시일은 컵형 시일이고, PEEK로 구성된다. 이 실시예에서, 작동기는 또한, 상기 제 1 시일과 상기 제 2 시일 중 어느 하나 또는 둘 다를 위한 백업 시일도 포함할 수 있다. 바람직하게는, 백업 시일은 O 링 시일이고, O 링 시일은 바람직하기로는 EPDM 또는 HNBR로 형성된다. 다른 실시예에서, 상기 제 1 시일을 위한 지지부 또는 상기 제 2 시일을 위한 지지부는 압력이 사전 결정된 값을 초과할 때에 공동 내의 압력을 완화시키도록 설계되고, 상기 재료는 액체와 열 연통하는 것이 바람직하다.
본 발명에 대한 추가적 이해는 바람직한 실시예에 대한 아래의 설명을 첨부된 도면과 관련하여 숙지할 때에 습득될 수 있다.
도 1은 폐루프 계통에 직렬로 연결된 증기 발생기와 원자로 냉각재 펌프를 원자로와 함께 포함하고 있는 종래의 원자로 냉각 계통의 하나의 냉각 루프의 개략도이다.
도 2는 원자로 냉각재 펌프의 샤프트 시일 부분의 절결 사시도로서, 시일 하우징 내에 배치되며 펌프 샤프트를 둘러싸는 시일 하우징과 하부 1차, 중간 2차, 및 상부 3차 시일 조립체들을 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 원자로 냉각재 펌프의 시일 하우징과 시일 조립체의 일부분의 확대 단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 하부 1차 시일의 확대도를 보여주고 있는, 본 발명이 적용될 수 있는 샤프트 시일 배치의 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 1차 시일의 삽입물의 확대도로서, 본 발명의 셧다운 시일과 펌프 샤프트의 일부분을 해칭 표시한 상태로, 셧다운 시일은 스페이서를 스플릿 링으로부터 제거하기 위해 열 작동식 기계적 피스톤을 채용한 것으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 개략적으로 도시된 피스톤 배치의 확대도로서, 피스톤이 완전히 확장된 위치에 있고 본 발명으로부터 혜택을 받을 수 있는 셧다운 시일의 스플릿 링의 대향 단부들 사이에 스페이서가 삽입된 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 종래 기술에서 채용된 도 6의 피스톤 배치를 도시하는 단면도로서, 스페이서가 스플릿 링의 대향 단부들 사이에서 제거되는 작동 이벤트 전의 상태에 있는 피스톤을 도시하는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 셧다운 시일의 스페이서를 제거하는 데 적용할 수 있는 본 발명에 따른 개선된 작동 기구의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예의 피스톤 배치를 도시하는 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 실시예를 그 도면의 A-A선을 따라서 취하여 도시한 단면도이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 셧다운 시일 실시예를 포함하고 있는 1차 시일의 삽입물의 확대 부분을 보이는 도면이다.
아래의 설명에서, 여러 도면 전체에 걸쳐 같은 참조 부호는 같거나 대응하는 부재를 나타낸다. 또한, 이하의 설명에서, "전방", "후방", "좌측", "우측", "상향으로", "하향으로" 등과 같은 이러한 방향 용어는 편의상의 단어이며 제한적인 용어로 해석되어서는 안 됨을 주지해야 한다.
<종래 기술의 원자로 냉각 펌프>
본 발명을 이해하기 위해서는, 본 발명이 작동되는 하나의 종류의 환경을 이해하는 것이 도움이 된다. 그러나 본 발명은 또 다른 많은 응용 예를 가지고 있음을 이해해야 한다. 도 1을 참조하면, 종래의 원자로 냉각재 계통의 복수의 원자로 냉각재 루프(10) 중 하나의 개략도가 도시되어 있다. 냉각재 루프(10)는 폐루프 냉각재 계통에서 원자로(16)와 직렬로 연결된 증기 발생기(12)와 원자로 냉각재 펌프(14)를 포함한다. 증기 발생기(12)는 이 증기 발생기(12)의 입구 및 출구 플리넘(20, 22)과 소통하는 1차 열교환 튜브(18)를 포함한다. 증기 발생기(12)의 입구 플리넘(20)은 일반적으로 폐루프 계통의 고온 관(hot leg)으로 칭해지고 있는 유로(24)를 따라 고온 냉각재를 원자로 노심으로부터 받기 위한 원자로 노심(16)의 출구와 유동 연통되게 연결된다. 증기 발생기(12)의 출구 플리넘(22)은 폐루프 계통의 유로(26)를 따라 원자로 냉각재 펌프(14)의 입구 부분 측과 유체 연통되게 연결된다. 원자로 냉각재 펌프(14)의 출구 압력 측은 폐루프 계통의 저온 관(cold leg)인 유로(28)를 따라 비교적 저온인 냉각재를 원자로 노심으로 보내기 위한 원자로 노심(16)의 입구와 유동 연통되게 연결된다.
냉각재 펌프(14)는 냉각재를 고압 하에서 폐루프 계통 주변으로 펌핑한다. 특히, 원자로(16)로부터 나오는 고온 냉각재는 증기 발생기(12)의 입구 플리넘(20)으로 인도되고, 열교환 튜브(18)를 통해 증기 발생기와 소통된다. 열교환 튜브(18)에 있는 동안, 고온 냉각재는 종래의 수단(도시되지 않음)을 통해 증기 발생기(12)에 공급되는 차가운 급수와 열교환 관계를 유지하며 유동한다. 급수는 가열되고, 그 가열된 부분은 터빈 발전기(도시되지 않음)의 구동에 사용하기 위한 증기로 변환된다. 열 교환에 의해 온도가 감소된 냉각재는 이어서 냉각재 펌프(14)를 거쳐 원자로(16)로 재순환된다.
원자로 냉각재 펌프(14)는 고온 및 고압의 대량의 원자로 냉각재를 폐루프 계통 주변으로 이동시킬 수 있어야 한다. 비록, 펌프(14)를 통해 증기 발생기(12)로부터 유입되는 냉각재의 온도가 열 교환의 결과로서 열 교환 전에 원자로(16)로부터 증기 발생기(12)로 흐르는 냉각재의 온도보다 실질적으로 낮게 냉각되었다 해도, 그 온도는 여전히 약 550℉(288℃)가 되는 비교적 높은 온도이다. 이러한 비교적 높은 온도에서 냉각재를 액상으로 유지하기 위해, 상기 계통은 주입 펌프(도시되지 않음)에 의해 가압되어서 약 2,250psia(155 바)의 압력으로 작동된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 원자로 냉각재 펌프(14)는 일반적으로 시일 하우징(32)의 한 단부에서 종료되는 펌프 하우징(30)을 포함한다. 펌프는 또한, 펌프 하우징(30)의 중앙으로 연장되고 시일 하우징(32) 내에 회전 가능하게 장착되고 밀봉된 펌프 샤프트(34)를 포함한다. 도시되지는 않았지만, 펌프 샤프트(34)의 바닥부는 임펠러에 연결되고, 펌프 샤프트의 정상부는 높은 마력의 유도식 모터에 연결된다. 모터가 샤프트(34)를 회전시키면, 펌프 하우징(30)의 내부(36)의 임펠러는 가압된 원자로 냉각재를 원자로 냉각재 계통을 통해 유동시킨다. 이 가압된 냉각재는 시일 하우징(32)의 외측 부분이 주변 대기에 의해 포위되기 때문에 샤프트(34)에 상향으로 향하는 정수압 하중을 인가한다.
펌프 하우징 내부(36)와 시일 하우징(32)의 외측 사이에 2,250psia(155 바)의 압력 경계를 유지하는 동안에 펌프 샤프트(34)가 시일 하우징(32) 내에서 자유롭게 회전할 수 있도록 하기 위하여, 직렬로 배열된 하부 1차, 중간 2차, 상부 3차 시일 조립체(38, 40, 42)가 시일 하우징(32) 내의 펌프 샤프트(34) 둘레의 도 2 및 도 3에 도시된 위치에 마련된다. 대부분의 압력 밀봉(약 2,200psi(152 바))을 수행하는 하부 1차 시일(38)은 비접촉식 정수압 방식이고, 중간 2차 및 상부 3차 시일 조립체(40, 42)는 접촉식 또는 마찰 기계식 방식이다.
펌프(14)의 시일 조립체(38, 40, 42) 각각은, 일반적으로, 회전을 위해 펌프 샤프트(34)에 장착된 각 환형 러너(44, 46, 48)와, 시일 하우징(32) 내에 움직이지 않게 장착된 각 환형 시일 링(50, 52, 54)을 포함한다. 각각의 러너(44, 46, 48) 및 시일 링(50, 52, 54)은 서로 대면하는 정상면(56, 58, 60)과 바닥면(62, 64, 66)을 구비한다. 1차 시일 조립체(38) 시일 링(50)과 러너(44)의 대면하는 표면(56, 62)은 일반적으로는 서로 접촉하지 않고, 대신에 그들 사이에 유체 막이 일반적으로 흐른다. 한편, 중간 2차 및 상부 3차 시일 조립체(40, 42)의 대면하는 표면(58, 64; 60, 66)과 시일 링(46, 52; 48, 54)은 일반적으로 접촉하거나 마찰한다.
1차 시일 조립체(38)는 일반적으로 막 편승(film-riding) 모드에서 작동하기 때문에, 일부 설비는 시일 하우징(32)과 이에 회전 가능하게 장착된 샤프트(34) 간의 환형 공간 안에 누출되는 냉각 유체를 위한 처리를 해야 한다. 따라서, 시일 하우징(32)은 1차 누출 포트(69)를 포함하고, 반면에 누출 포트(71)는 2차 및 3차 시일 조립체(40, 42)로부터 누출된 냉각재 유체를 수용한다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 유형의 제 1 또는 1차 하부 시일의 영역의 시일 하우징의 단면도로서, 상기 제 1 시일의 작동을 더 잘 이해할 수 있게 하며, 본 발명과 어떻게 상호 작용하는지를 보여주고 있다. 도시된 구조는 하우징(32)으로서, 이 하우징(32) 내에 압력 챔버(35)를 형성하도록 구성된 환형 벽(33)을 구비하는 하우징(32); 하우징(32) 내에 회전 가능하게 장착된 샤프트(34); 시일 러너 조립체(44); 및 하우징(32) 내에 배치된 시일 링 조립체(50)를 포함한다. 앞서 언급한 바와 같이, 샤프트(34)는 적합한 모터(도시되지 않음)에 의해 구동될 수 있고, 가압된 계통 내의 냉각재를 순환시키는 원심 펌프(도시되지 않음)의 임펠러를 구동시키는 데 이용될 수 있다. 주입 물은 펌프에 의해 발달된 것보다 더 높은 압력으로 챔버(35)로 공급될 수 있다. 러너 조립체(44)는 환형 홀더(70) 및 환형 시일 판(72)을 포함한다. 유사하게, 시일 링 조립체(50)는 홀더(70)와 환형 면판(76)을 포함한다.
홀더(70)는 샤프트(34)와 함께 회전하는데, 왜냐하면 홀더는 샤프트(34)의 견부(80)에 맞물리는 환형 지지부(78) 상에 장착되고, 또한 단면이 대체로 L형인 지지부(78)의 상향으로 연장하는 레그(84)와 샤프트 사이에서 샤프트(34) 상에 조립된 슬리브(82)에 의해 샤프트에 고정되기 때문이다. 본 발명의 실시예는 펌프 샤프트 위에 슬리브를 채용하고 있는 펌프에 적용되는 것으로 기술되고 있지만, 본 발명은 슬리브를 사용하지 않는 펌프 샤프트에서도 똑같이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 홀더(70) 상의 견부(86)는 레그(84)의 상단부에 놓이고, 슬리브(82) 상의 견부(88)는 홀더(70)를 지지부(84) 상에 유지시킨다. 핀(90)이 슬리브(82)의 리세스(92) 안으로 가압되고, 홀더(70) 내에서 축 방향 슬롯(94)에 맞물린다. 축 방향 클램핑력이 슬리브(82)와 지지부(78)를 샤프트(34)와 함께 회전하게 하는 너트(도시되지 않음)로부터 슬리브(82)와 지지부(78)에 가해진다. 다음에는, 핀(90)이 홀더(70)를 샤프트(34)와 함께 회전하는 슬리브(82)와 함께 회전하게 한다. O 링 시일(96, 98)이 지지부(78)와 샤프트(34)와 홀더(70) 사이에 각각 설치된다. O 링 시일(100)도 또한 홀더(70)와 면판(72) 사이의 계면(102)에 설치된다.
면판(72)은 홀더(70)를 구성하는 재료와 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 갖는 내부식성 및 내침식성 재료로 구성되고, 홀더(70)는 높은 탄성 계수를 갖는다. 유사하게, 면판(76)은 홀더(74)를 구성하는 재료와 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 갖는 내부식성 및 내침식성 재료로 구성되고, 홀더는 높은 탄성 계수를 갖는다. 적합한 재료의 예는 탄화물 및 세라믹이다. O 링 시일(104)이 홀더(74)와 면판(76) 사이의 계면(106)에 설치된다.
홀더(74)는 일반적으로 단면이 L형인 환형 시일 링 삽입물(110)의 하향으로 연장하는 레그(108)에 이동 가능하게 장착된다. 삽입물(110)은 캡 나사(112)에 의해 하우징(32) 안에 유지된다. O 링 시일(114)이 삽입물(110)과 하우징(32) 사이의 계면에 설치된다. 유사하게, O 링 시일(118)이 홀더(74)와 삽입물(110)의 레그(108) 사이의 계면(120)에 설치된다. 홀더(74)의 회전 운동은 삽입물(110) 내로 가압된 핀(122)에 의해 방지된다. 핀(122)은 홀더(74)의 축 방향 이동을 허용하고 홀더(74)의 회전 운동을 제한하기에 충분한 간격을 갖고, 홀더(74)의 웰(well)(126) 안으로 연장된다.
면판(76)은 클램핑 수단(128)에 의해 홀더(74)에 부착되고, 상기 클램핑 수단은 리테이너 링(130), 클램프 링(132), 로크 링(134), 복수의 캡 스크류(136), 및 로크 링(134)과 클램프 링(132) 사이의 캡 스크류(136) 상에 장착된 벨빌 스프링(138)을 포함한다. 캡 스크류(136)는 리테이너 링(130), 클램프 링(132), 벨빌 스프링(138)을 통해 연장되고, 로크 링(134)에 나사 결합된다. 홀더(74)의 계면(106)은 면판(76)의 계면의 외경보다 작은 외경으로 상기 계면 상의 환형 받침대(142)를 제공하도록 140에서 오목하게 형성된다. 리테이너 링(130)은 받침대(142)를 넘어 연장되는 면판(76)의 부분(146)과 맞물리는 릿지(144)를 구비하는 내측으로 연장된 플랜지를 갖는다. 클램프 링(132)은 홀더(74) 상의 면판(150)과 맞물리는 릿지(148)를 구비하는 내측으로 연장된 플랜지를 갖는다. 따라서, 캡 스크류(136)가 클램프(132) 및 리테이너 링(130)을 서로를 향해 당겨지도록 조여지면, 받침대(142)를 중심으로 면판(76) 상에 외팔보 효과를 발휘하는 힘이 생성된다. 클램핑 동작 중에, 벨빌 스프링(138)이 부분적으로 압축되어, 면판(76)이 체결력에 의해 변형된다.
면판(72)은 면판(76)을 참조하여 설명한 것과 유사한 방식으로 클램핑 수단(151)에 의해 홀더(70)에 부착된다. 그러나 홀더(70)의 계면(102) 상의 받침대(152)는 홀더(74) 상의 받침대(142)보다 면판(72)의 외경에 더 근접하게 위치된다. 따라서, 면판(76) 상의 클램핑력은 받침대(152)를 중심으로 한 면판의 변형을 면판(72) 상에서 일어나는 것만큼 많이 일으키지 않는다. 원하는 경우, 받침대(142, 152)는 이들의 대응하는 면판들에 대해 동일한 위치에 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 시일 링(50)은 샤프트(34)와 시일 러너 조립체(44)에 대한 제한된 축 방향 이동을 위해 장착된다. 또한, 시일 링 조립체(50)의 회전 운동은 시일 링 홀더(74)의 웰(124) 안에 느슨하게 끼워맞춤되는 회전 방지 핀(122)에 의해 제한된다. 면판(76) 상의 시일 면(154)은 중력에 의해 면판(72) 상의 대면하는 시일 면(156)을 향해 편의된다.
샤프트(34)에 의해 구동되는 펌프의 작동 시, 시일 링 홀더(174)의 표면(158, 160)은 고압 챔버(35) 내의 전체 압력을 받는다. 고압 챔버(35)와 슬리브(82)에 인접한 환형 저압 영역(162) 사이에 압력 장벽을 제공하는 것이 바람직하다. 시일 링 조립체는 압력 장벽 수단으로서 이용되지만, 제어된 양의 유체 누출이 시일 판(76, 72) 상의 대면하는 시일 표면(154, 156)들 사이에 각각 제공된 시일 간극(164)을 통해서 압력 챔버(35)로부터 상기 영역(162)으로 흐르게 한다.
작동하는 동안, 축 방향으로 이동 가능한 시일 링 조립체(50)의 평형 또는 균형 위치는 시일 링 조립체의 대향 면들 상의 압력에 따라 유지된다. 상기 간극(164) 내의 유체의 두께 및 결과적으로 상기 간극(164)을 통해 흐르는 누출량은 간극(164)의 형태에 의해 결정된다.
시일 간극(164)의 변화에 따른 시일 링 조립체(50)와 러너 조립체(44)의 상대 위치의 자가 복구가 이루어지도록 하기 위해, 두께가 감소하는 유체 유동 경로를 고압 가장자리 또는 말단부(166)로부터 시일의 대면하는 말단부들 사이의 위치까지 제공된다. 더 구체적으로는, 도시된 구조에서, 두께가 감소하는 유체 유동 경로는 외부 가장자리(166)와 시일 면(154) 상의 168의 위치에 위치된 중간 동심원 사이에서 연장된다.
본 구조에 도시된 바와 같이, 두께가 감소하는 유동 경로는 원(168)과 면판(76)의 외부 가장자리(166) 사이의 면판(72)의 대면하는 표면(156)으로부터 약간 떨어져 있는 표면(154)을 테이퍼지게 함으로써 형성된다. 도면에 도시된 표면(154)과 표면(156) 사이의 각도는 과장되게 도시되어 있다. 이러한 구성 또는 구조는 테이퍼면 시일로 알려져 있다. 이 유형의 시일의 작동은 1967년 10월 17일에 발행된 얼링 프리쉬(Erling Frisch)의 미국 특허 제3,347,552호에 충분하게 기술되어 있다.
현재의 셧다운 시일은 2013년 1월 22일 발행되고 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제8,356,972호에 충분하게 기술되어 있다. 그 특허에 기술된 셧다운 시일은 도 5 내지 도 7에 예시되어 있고, 펌프(14)에 추가 시일(170)을 백업 또는 셧다운 장치로서 제공하는데, 이는 시일 냉각의 손실이 있는 경우에 샤프트(34)를 따라서 이 샤프트와 펌프의 시일 조립체(38, 40, 42) 사이에서 과도한 누출이 생기는 것을 방지할 수 있게 작동 가능하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 셧다운 시일(170)은 1차 제 1 시일(38)의 삽입물(110)의 환형 개구 안에 기계 가공된 그루브에 놓인다. 셧다운 시일은, (i) 정상 작동 중에는, 환대(174)를 사이에 개재해서 샤프트(34)를 둘러싸도록 설계되고, (ii) 시일 냉각의 손실이 있은 후에 샤프트가 상당히 감속되거나 또는 회전을 중지할 때에는, 샤프트(34)에 대해 수축하도록 설계된 "스플릿 링"(172)이 특징을 이룬다. 스플릿 링(172)은 축 방향으로 분할된 단일품의 불연속 링 부재이고, 대면하는 단부들은 펌프가 정상으로 작동하는 동안에는 스페이서(176)에 의해 이격된 관계로 유지된다. 도 5에서, 스플릿 링(172)의 대향 단부들이 텅-앤-그루브(tongue-and-groove) 형태로 기계 가공되고, 이에 따라 스플릿 링의 단부들이 중첩될 때에 텅부(tongue)는 그루브(groove) 안에 얹혀서 움직인다. 다른 실시예에서, 대향 단부들은 끝이 접할 수 있거나, 단부들이 겹치도록 연귀 반턱 조인트(mitered half lap joint)를 가질 수 있다. 운전 중의 제어된 누출을 위해 환대(174)가 개방 상태로 유지될 수 있도록 하기 위해 스플릿 링(172)의 대향 단부들이 샤프트(34) 상에서 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 스페이서(176)는 간극 안에서 보여진다. 도 5에 도시된 실시예에 따르면, 펌프 샤프트가 감속되거나 정지되어서 냉각 손실 및 바람직하기로는 회전 손실이 일어난 결과로서, 시일의 온도가 상승할 때에, 셧다운 시일이 동작한다. 스페이서는 온도 상승(샤프트가 상당히 감속되거나 회전을 정지한 이유나 임의의 다른 이유에 기인함) 시에 스플릿 링(172)의 대면하는 단부들로부터 제거될 수 있도록 그 온도 상승에 응답한다. 이에 의해, 스플릿 링의 대면하는 단부들이 서로에게 도달함에 따라 스플릿 링이 샤프트(34)에 대해 수축되어서, 환대(174)를 통한 냉각재 누출이 차단된다. 바람직하게는, 스플릿 링과 샤프트(또는 샤프트 위에 슬리브가 사용되는 경우에는 샤프트 슬리브)은 골(gall) 저항성 재료로 구성되고, 그 결과 회전 샤프트 상에서 작동되는 경우에도 골 볼(gall ball)이 생성되지 않게 되는데, 만일 그렇지 않게 되면 골 볼이 밀봉 표면들 사이에서 누출 경로를 개방하는 쐐기 역할을 하게 된다. 스플릿 링과 샤프트 모두를 위한 17-4 스테인리스와 같은 재료는 잘 동작하는 것으로 입증되었다. 바람직하기로는, 유연성 폴리머 시일 링(178)이 스플릿 링과 견고한 중실 유지 시트 링(180) 사이의 스플릿 링(172)에 대해서 샤프트(34) 둘레에 배치된다. 유연성 폴리머 시일 링(178)은 스플릿 링이 환대(174)를 통한 냉각재 누출을 제한할 때에 하우징 내의 압력의 증가에 의해 샤프트에 대해 가압되고, 그에 따라 기밀 밀봉이 형성된다.
도 5는 도 4의 원자로 냉각재 펌프에 설치된 전술한 형태의 셧다운 시일(170)을 개략적으로 도시하고 있다. 도 5의 셧다운 시일은 펌프 샤프트(34)가 감속되거나 회전하지 않을 때에 시일 냉각 손실이 일어난 후에 동작하도록 설계된다. 셧다운 시일은 샤프트(34)를 둘러싸는 펌프 하우징 내에 위치된다. 도 2 내지 도 4에 도시된 유형의 원자로 냉각재 펌프의 경우, 제 1 시일 삽입물은 정상부 플랜지의 내경의 일부를 절삭해냄으로써 셧다운 시일을 수용하도록 변형될 수 있다. 동작되기 전에는, 셧다운 시일(170)은 구성 변경 전에, 그래서 셧다운 시일과 샤프트(34) 사이의 환대(174)는 실질적으로 변경되지 않음, 제 1 삽입물이 점하고 있던 공간 안에, 실질적으로 완전히 수용된다. 이러한 방식으로, 샤프트(34)를 따라서 환대(174)를 통해서 유동하는 냉각재는 회전 설비가 정상 작동하는 동안에는 실질적으로 방해가 되지 않는다.
도 5는 스플릿 링(172)의 대면하는 단부들을 개방 상태로 유지하는 진퇴 가능한 스페이서(retractable spacer)(176)로 구성된 셧다운 시일(170)을 보여주고 있다. 진퇴 가능한 스페이서(172)는 도 6과 관련하여 이하에서 설명하는 피스톤(186)과 같은 열 반응 기계식 장치(184)에 의해 동작된다. 스페이서(176)가 스플릿 링(172)의 단부들로부터 후퇴될 때, 스플릿 링(172)이 스냅식으로 닫혀서, 변형된 제 1 시일 삽입물(110) 안에 유지된 채로 남아 있으면서 샤프트(34) 둘레에서 수축한다. 스플릿 링(172)은 유지 링(180)에 대해 밀리는 시일(178)에 대하여 스플릿 링(172)을 강제로 밀어 올리는 웨이브 스프링(182)에 착좌된다. 또한, 환대(174)를 통한 유동 중단으로 인한 압력 강하도 스플릿 링(172)과 시일 링(178)을 강제로 위로 올리고, 이에 의해 모든 밀봉 표면들 사이의 기밀이 보장된다. 스플릿 링(172)이 1차 밀봉 링(178)에 대하여 스플릿 링(172)을 강제로 밀어 올리는 웨이브 스프링(182)에 착좌되어서, 초기의 밀봉 접촉이 보장되고, 이에 따라 스플릿 링(172)을 가로지르는 압력 강하도 또한 상기 주 밀봉 링(178)에 작용한다.
도 6 및 도 7은 동작 이벤트 전의 스페이서(176)와 작동기 조립체(184)를 도시하고 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 작동기(184)는 스프링이 장착된 스페이서(176)를 구속하는 캔형 피스톤(186)으로 구성된다. 캔 내에는 왁스(188)가 있는데, 이 왁스는, 본 명세서에서 더 설명하고 있는 바와 같이, 원자로 냉각재 펌프용 원하는 동작 온도, 예컨대 280℉(138℃)에서 상변화한다. 이러한 상변화는 왁스(188)의 체적을 실질적으로 증가시키는 결과를 낳는다. 예를 들어, 옥타코산 같은 왁스는 부피가 약 17% 증가한다. 왁스(188)가 상변화해서 팽창하면, 왁스는 피스톤 헤드(190)를 펌프 샤프트(34)로부터 멀리 밀어낸다. 피스톤 헤드(190)가 이동할 때, 피스톤(190)에 의해 제 위치에 유지되고 있었던 볼(192)이 그 경로에서 떨어지고, 압축 스프링(194)을 팽창시켜서 스페이서(176)에 연결되어 있는 플런저(196)가 뒤로 밀리게 한다. 스프링(194)이 팽창함에 따라, 스프링은 스페이서(176)를 당기고 있는 플런저를 밀어내고, 이에 따라 스페이서(176)가 스플릿 링 단부들 사이에서 후퇴하게 된다.
따라서, 열 활성화는 다음과 같이, 즉 온도가 증가함에 따라, 왁스(188)가 상변화하고 팽창해서, 달성된다. 캠(190)을 위한 미끄럼 계면을 제공하는 상부 O 링과 함께 두 개의 HNBR(수소화 니트릴 부타디엔 고무) O 링 시일(198)이 왁스를 담는 데 사용된다. 왁스의 팽창은 캠(190)을 병진 이동시켜서, 홈(192) 안의 볼 베어링이 하우징(200)에서 플런저(196)를 분리시키게 한다. 볼 베어링이 분리된 상태에서, 압축 스프링(194)은 플런저(196)를 스페이서(176)를 따라서 상향으로 병진 이동시키고, 이에 따라 피스톤 링이 해제되고 셧다운 시일이 동작한다.
<개선된 펌프 셧다운 시일 작동기>
도 8은 개선된 열 수축식 작동기를 도시하고 있다. 전술한 바와 같이, 스페이서(176)의 병진 이동은 셧다운 시일의 활성화를 가능하게 하는 피스톤 링의 폐쇄가 이루어지게 한다. 왁스(188)의 온도가 상승하여 상 전이점에 도달하면, 왁스의 부피는 약 17%까지 증가할 수 있다. 체적이 일정하게 유지되는 경우, 왁스 압력은 증가할 것이고, 제곱 인치 당 10,000파운드(68,947.6kPa)를 초과할 수 있다. 피스톤(196)은 대직경 D1 및 소직경 D2와 이에 대응하는 단면적 A1 및 A2를 갖는다. 압력(P)이 증가함에 따라, 왁스 압력과 단면적의 차이의 곱과 동일한 병진 힘(F), 즉 F = P x (A1 - A2)가 피스톤(196)에 가해진다. 도 8에 도시된 것과 같은 구성에 의하면, 전형적인 피스톤 힘은 50 내지 100파운드(22.7 내지 45.4kg)의 범위에 있을 수 있고, 이와 동시에 스페이서(176)를 스플릿 링에서 제거하는 적절한 피스톤 운동이 달성된다. 이는 도 7에 도시된 압축 스프링(194)에서 얻을 수 있는 대략 15파운드(6.8kg)의 힘에 비하면 상당히 증가한 것이다. 컵형 시일(204, 206)은 왁스(188)를 봉쇄시키기 위한 압력 경계를 제공한다. 이들은 PEEK(폴리에테르에테르케톤)로 구성될 수 있고, 왁스(188)를 고압으로 담기에 충분한 강도를 가지며, 왁스와 주변 원자로 냉각재 모두에 화학적 적합성을 갖는다. O 링 시일(208, 210, 212)은 원자로 냉각재와의 적합성을 갖는 EPDM(에틸렌-프로필렌 디엔 M 등급 고무) 또는 HNBR로 이루어진다. PEEK 시일이 동작 중에 고장 나면, EPDM 또는 HNBR 시일이 여분의 압력 경계로서 역할을 할 수 있다. EPDM 시일은 왁스에서의 단기간 노출을 견딜 수 있다. 단부 캡(214)은 하우징(216) 내에서 자유롭게 활주할 수 있고, 다수의 전단 핀(218)에 의해 제 위치에 고정된다. 피스톤(196)이 전 행정을 이동하고 왁스 압력이 계속 증가하는 경우, 핀(218)이 전단되어 단부 캡(214)을 해제시키고, 이에 의해 시일(206)이 하우징(216)에서 분리됨으로써, 왁스의 과잉 체적이 방출되어서 압력이 안전 상태로 감소된다.
전체의 수축하는 조립체(202)가 대기압보다 높은 압력을 받기 때문에, 여러 개의 방사상 개구(220)가 피스톤(196)의 상부 플랜지 둘레에 배향된다. 방사상 개구(220)들이 없는 상태에서, 피스톤(196)의 헤드가 정합 단부 캡(214)에 대하여 밀봉될 수 있는 가능성이 있다. 외부 압력(방사상 개구들이 없는 상태)은 피스톤(196)에 바람직하지 않은 축 방향 힘을 유도할 수 있다.
필요하지 않을 수 있지만, 피스톤을 주변 환경에 존재할 수 있는 오염 물질로부터 자유롭게 유지하기 위해, 피스톤(196)의 노출된 직경 위에 슬리브(222)가 배치된다. 슬리브는 활성화 온도에 도달할 때에 용융될 수 있는 폴리프로필렌으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 피스톤의 병진 운동 동안 원치 않는 파편을 제거하기 위해, 하우징(216)의 단부에 작은 와이퍼가 배치될 수 있다.
도 9는 다른 구성을 취하는 본 발명의 대안적 실시예를 도시하고 있다. 대안적 단부 캡(214)은 나선형 유지 링(224)을 구비하는 대안적 하우징 안에 고정된다. 스프링(226)은 피스톤(196)을 동작 전에 확장된 위치에 유지시키기 위한 작은 힘은 제공한다.
하우징(216)은 적어도 두 개의 포켓(228)을 포함하고, 이 경우 왁스를 담는 챔버의 벽 두께는 T1의 두께로 감소된다. 피스톤(196)이 전 행정을 이동하고 왁스(188)의 압력이 계속 증가하는 경우, 하우징 벽이 포켓(228)에서 벌어질 수 있고, 이에 의해 왁스의 과잉 체적이 방출되어서 압력이 안전 상태로 감소된다. 도 9의 A-A 단면은 도 10에 도시되고, 포켓(228)의 위치에서의 하우징(216)의 단면을 도시한다. 왁스 압력이 과도하게 될 때, 더 얇은 벽(T1)이 벌어질 수 있다. 더 무거운 벽(T2)은 하우징(216)의 구조적 무결성을 유지하는 데 도움이 된다.
또 다른 구성은 얇은 벽 섹션(T1)이 360°에 걸쳐 연속적인 하우징을 구비하는 것이다. 작동기는 왁스 압력이 과도하게 될 때에 그 기능을 수행할 것이므로, 두꺼운 부분(T2)에서의 구조적 무결성은 필요하지 않다.
도 11은 1차 시일 셧다운 시일의 삽입물에 적용될 때의 대안적인 수축 작용 작동기의 단면도를 도시하고 있다.
따라서, 이 향상된 작동기는 위에서 설명한 이전의 설계보다 더 높은 출력을 가지며 부품의 수가 더 적은 단순화된 열 수축 설계를 갖는다. 이전 설계의 작동기는 HNBR O 링을 바람직한 12년의 작동 연수보다 짧은 기대 수명을 가지고 사용한다. 바람직한 설계에서의 시일 배치는 EPDM O 링 및 PEEK 시일을 긴 수명을 가지고 사용하게 됨으로써, 열 수축 작용 작동기에 대해 별도의 여분의 경계를 제공한다.
발명의 특정 실시예들이 상세히 설명되었지만, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 그러한 세부 사항들에 대한 여러 가지 변경들과 대안들을 본 발명의 전체 가르침의 관점에서 개발해낼 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예들은 오로지 예시적인 것을 의미하며, 첨부된 청구범위 및 그의 임의의 균등물 및 모든 균등물의 외연에 의해 부여될 본 발명의 범위로서 제한되지 않는다.

Claims (15)

  1. 샤프트(34)를 통해 모터에 연결되는 임펠러 부분을 갖는 펌프(14)로서, 상기 샤프트(34)는 상기 모터와 상기 임펠러 부분 사이에 회전 가능하게 지지되고, 상기 모터와 상기 임펠러 부분 사이의 샤프트 주위에 시일 하우징(32)을 개재시키며, 상기 시일 하우징은 셧다운 시일(170)을 구비하고, 상기 셧다운 시일(170)은 상기 샤프트를 둘러싸며 상기 샤프트의 회전이 감속되거나 정지된 후에 상기 샤프트를 둘러싸는 환대(174) 내의 유체가 상기 셧다운 시일을 지나 누출되는 것을 방지하는, 상기 펌프(14)에 있어서,
    상기 셧다운 시일(170)은,
    상기 샤프트(34)를 둘러싸는 수축 가능한 스플릿 링(172)으로서, 상기 샤프트가 회전할 때에 샤프트로부터 이격되며 상기 환대(174)의 일부를 형성하는 내경 및 대면하는 단부들을 구비하는, 상기 스플릿 링(172);
    상기 샤프트(34)의 정상 작동 중에는 상기 대면하는 단부들 사이에 환형 공간을 유지하기 위하여 상기 스플릿 링(172)의 대면하는 단부들 사이에 배치된 스페이서(176)로서, 상기 스페이서는, 액체가 사전선택된 온도를 넘어 상승할 때에, 상기 대면하는 단부들 사이에서 제거되도록 작동할 수 있고, 그에 따라 상기 스플릿 링이 수축되어서 상기 환대(174)의 일부가 좁혀지거나 실질적으로 밀봉되게 하는, 상기 스페이서(176);
    상기 스플릿 링(172)으로부터 상기 액체의 유동 방향에서의 상류측에서 상기 샤프트(34)를 둘러싸고 상기 샤프트(34)를 따라 이격된 대체로 강성인 유지 링(180)으로서, 상기 샤프트가 회전할 때에 샤프트로부터 이격되는 내경을 가지며, 상기 내경은 상기 환대(174)의 일부를 형성하는 상기 유지 링(180);
    상기 샤프트(34)를 둘러싸며 상기 스플릿 링(172)과 상기 유지 링(180) 사이에 위치된 유연성 폴리머 링(178)으로서, 상기 샤프트가 회전할 때에 샤프트로부터 이격되는 내경을 가지며, 상기 내경은 상기 환대(174)의 일부를 형성하고, 상기 스플릿 링이 수축되고 샤프트를 향해 환대 내로 이동할 때에 폴리머 링을 가로지르는 압력 차이에 의해 상기 샤프트를 향해 가압되는, 상기 폴리머 링(178); 및
    상기 액체가 사전선택된 온도를 넘어 상승할 때에 상기 스페이서(176)를 상기 스플릿 링(172)의 대면하는 단부들 사이에서 제거하여서, 상기 스플릿 링이 수축하여 상기 환대(174)의 일부가 좁혀지거나 실질적으로 밀봉되게 하는 작동기(184)를 포함하며,
    상기 작동기는,
    축 방향 치수를 갖는 실린더(216);
    상기 실린더 안에서 축 방향으로 이동 가능한 피스톤(196)으로서, 상기 실린더는 상기 피스톤의 주위에 밀봉되는 상단부 및 하단부를 구비하며, 상기 피스톤은 일 단부가 상기 스페이서(176)에 연결되어 있는, 상기 피스톤(196);
    상기 상단부와 하단부 사이의 상기 실린더(216) 내의 공간을 차지하는 공동(cavity)으로서, 상기 공간을 통해 상기 피스톤이 이동하고, 상기 피스톤의 축 방향 치수는, 스페이서(176)가 스플릿 링(172)의 대면하는 단부들 사이에 배치될 때에 상기 공동 내의 공간을 통해 연장되고, 적어도 두 개의 별개의 직경을 가지며, 상기 직경들 중 가장 큰 것은 상기 피스톤의 이동 방향에서 상기 직경들 중 작은 것보다 앞에 있어서, 스페이서가 스플릿 링의 대면하는 단부들로부터 제거되도록 하는, 상기 공동;
    상기 공동 내의 공간의 적어도 일부를 차지하는 재료(188)로서, 상기 재료는 온도 증가 시에 팽창해서 상기 피스톤(196)에 힘을 가하고, 이로써, 상기 재료가 사전 설정된 온도를 넘어 상승할 때에, 상기 대면하는 단부들 사이에서 상기 스페이서(176)를 제거하는 방향으로 상기 피스톤을 이동시키는, 상기 재료(188); 및
    상기 실린더(216) 내에 지지되는 스프링(226)으로서, 상기 재료(188)가 사전 설정된 온도 이하로 유지되는 동안에, 상기 스플릿 링(172)의 대면하는 단부들 사이에 배치된 상기 스페이서(176)를 유지시키는 방향으로 상기 피스톤(196)을 편향시키도록 구성되는, 상기 스프링(226)을 포함하는
    펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘은, 상기 피스톤의 적어도 두 개의 직경의 적어도 일부가 축 방향으로 연장되는, 상기 피스톤(196)의 원주를 따르는 주변 영역 위로 가해지는
    펌프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동의 하단부에서 상기 공동과 상기 피스톤(196) 사이에 지지된 제 1 시일(204)과, 상기 공동의 상단부에서 상기 공동과 상기 피스톤 사이에 지지된 제 2 시일(206)을 포함하고, 상기 제 1 시일과 상기 제 2 시일은 상기 재료를 상기 공동에 실질적으로 가두도록 작동될 수 있는
    펌프.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 시일(204)과 제 2 시일(206)은 컵형 시일인
    펌프.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컵형 시일(204, 206)은 PEEK로 구성되는
    펌프.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 시일(204)과 상기 제 2 시일(206) 중 어느 하나 또는 둘 다를 위한 백업 시일(208, 210)을 포함하는
    펌프.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 백업 시일(208, 210)은 O 링 시일인
    펌프.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 O 링 시일은 EPDM 또는 HNBR로 형성되는
    펌프.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 시일(206)을 위한 지지부(218)는 압력이 사전 결정된 값을 초과할 때에 상기 공동 내의 압력을 완화시키도록 설계되는
    펌프.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료(188)는 상기 액체와 열 연통하는
    펌프.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤(196)에 가해지는 힘은 상기 스프링(226)에 의해 가해지는 힘보다 실질적으로 큰
    펌프.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동의 벽의 적어도 일부분은, 감소된 두께(T1)를 가지며, 상기 공동 내에 압력이, 공동 내의 압력을 안전한 수준으로 감소시키기 위한 설계 값을 초과할 때에 바깥쪽으로 부푸는
    펌프.
  14. 샤프트(34)를 통해 모터에 연결되는 임펠러 부분을 갖는 펌프(14)용 셧다운 시일(170)로서, 상기 샤프트(34)는 상기 모터와 상기 임펠러 부분 사이에 회전 가능하게 지지되고, 상기 모터와 상기 임펠러 부분 사이의 샤프트 주위에 시일 하우징(32)을 개재시키며, 상기 시일 하우징은 샤프트의 축 방향 부분을 둘러싸며, 상기 셧다운 시일은, 상기 샤프트를 둘러싸는 환대(174) 내의 유체가 샤프트의 회전이 감속되거나 정지된 후에 상기 셧다운 시일을 지나 누출되는 것을 방지하기 위하여 상기 시일 하우징 내에 지지되도록 구성되는, 상기 셧다운 시일(170)에 있어서,
    상기 샤프트(34)를 둘러싸도록 구성된 수축 가능한 스플릿 링(172)으로서, 펌프에 장착되고 샤프트가 회전할 때 샤프트로부터 이격되며 상기 환대(174)의 일부를 형성하는 내경 및 대면하는 단부들을 구비하는, 상기 스플릿 링(172);
    상기 샤프트(34)의 정상 작동 중에는 상기 대면하는 단부들 사이에 환형 공간을 유지하기 위하여 상기 스플릿 링(172)의 대면하는 단부들 사이에 배치된 스페이서(176)로서, 상기 스페이서(176)는, 액체가 사전선택된 온도를 넘어 상승할 때에, 상기 대면하는 단부들 사이에서 제거되도록 작동할 수 있고, 그에 따라 상기 스플릿 링이 수축되어서 상기 환대(174)의 일부가 좁혀지거나 실질적으로 밀봉되게 하는, 상기 스페이서(176);
    펌프에 장착되었을 때에 상기 샤프트(34)를 둘러싸고 상기 스플릿 링(172)으로부터 상기 액체의 유동 방향에서의 상류측에서 상기 샤프트(34)를 따라 이격된 대체로 강성인 유지 링(180)으로서, 상기 샤프트가 회전할 때에 샤프트로부터 이격되는 내경을 가지며, 상기 내경은 상기 환대(174)의 일부를 형성하는, 상기 유지 링(180);
    펌프에 장착되었을 때에 상기 샤프트(34)를 둘러싸며 상기 스플릿 링(172)과 상기 유지 링(180) 사이에 위치된 유연성 폴리머 링(178)으로서, 상기 샤프트가 회전할 때에 샤프트로부터 이격되는 내경을 가지며, 상기 내경은 상기 환대(174)의 일부를 형성하고, 상기 스플릿 링이 수축되고 샤프트를 향해 환대 내로 이동할 때에 폴리머 링을 가로지르는 압력 차이에 의해 상기 샤프트를 향해 가압되는, 상기 폴리머 링(178); 및
    상기 액체가 사전선택된 온도를 넘어 상승할 때에 상기 스페이서(176)를 상기 스플릿 링(172)의 대면하는 단부들 사이에서 제거하여서, 상기 스플릿 링이 수축하여 상기 환대(174)의 일부가 좁혀지거나 실질적으로 밀봉되게 하는 작동기(184)를 포함하며,
    상기 작동기는,
    축 방향 치수를 갖는 실린더(216);
    상기 실린더 안에서 축 방향으로 이동 가능한 피스톤(196)으로서, 상기 실린더는 상기 피스톤의 주위에 밀봉되는 상단부 및 하단부를 구비하며, 상기 피스톤은 일 단부가 상기 스페이서(176)에 연결되어 있는, 상기 피스톤(196);
    상기 상단부와 하단부 사이의 상기 실린더(216) 내의 공간을 차지하는 공동(cavity)으로서, 상기 공간을 통해 상기 피스톤이 이동하고, 상기 피스톤의 축 방향 치수는, 스페이서(176)가 스플릿 링(172)의 대면하는 단부들 사이에 배치될 때에 상기 공동 내의 공간을 통해 연장되고, 적어도 두 개의 별개의 직경을 가지며, 상기 직경들 중 가장 큰 것은 상기 피스톤의 이동 방향에서 상기 직경들 중 작은 것보다 앞에 있어서, 스페이서가 스플릿 링의 대면하는 단부들로부터 제거되도록 하는, 상기 공동;
    상기 공동 내의 공간의 적어도 일부를 차지하는 재료(188)로서, 상기 재료는 온도 증가 시에 팽창해서 상기 피스톤(196)에 힘을 가하고, 이로써, 상기 재료가 사전 설정된 온도를 넘어 상승할 때에, 상기 대면하는 단부들 사이에서 상기 스페이서(176)를 제거하는 방향으로 상기 피스톤을 이동시키는, 상기 재료(188); 및
    상기 실린더(216) 내에 지지되는 스프링(226)으로서, 상기 재료(188)가 사전 설정된 온도 이하로 유지되는 동안에, 상기 스플릿 링(172)의 대면하는 단부들 사이에 배치된 상기 스페이서(176)를 유지시키는 방향으로 상기 피스톤(196)을 편향시키도록 구성되는, 상기 스프링(226)을 포함하는
    펌프용 셧다운 시일.
  15. 삭제
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