KR102291353B1 - 열 후퇴 액추에이터를 갖는 펌프 시일 - Google Patents

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Abstract

온도의 상승 시에 팽창하는 재료를 갖는 챔버 쉘 내에 축방향 길이의 일부가 넣어진 피스톤을 갖는, 샤프트 셧다운 시일을 회전시키기 위한 열 액추에이터. 챔버 내의 피스톤의 실제 길이의 부분은 적어도 2개의 상이한 직경을 가지며, 보다 큰 직경이 피스톤의 이동 방향으로 앞서 있다. 온도의 상승 시에, 챔버 내의 피스톤을 둘러싸는 재료의 팽창은 원하는 이동 방향으로 피스톤 상에 힘을 생성한다. 사전선택된 온도 아래에서, 피스톤은 사전선택된 온도에 도달한 때 수동적 해제로 확실히 로킹된다.

Description

열 후퇴 액추에이터를 갖는 펌프 시일{PUMP SEAL WITH THERMAL RETRACTING ACTUATOR}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 3월 13일자로 출원되고 발명의 명칭이 "열 후퇴 액추에이터를 갖는 펌프 시일(Pump Seal With Thermal Retracting Actuator)"인 원출원 제 13/798,632 호의 일부 계속 출원이며, 2013년 8월 5일자로 출원되고 발명의 명칭이 "열 안전 로크를 갖는 원자로 냉각재 펌프 셧다운 시일 열 후퇴 액추에이터(Reactor Coolant Pump Shut Down Seal Thermal Retracting Actuator With Thermal Safety Lock)"인 미국 가특허 출원 제 61/862,304 호에 대한 35 U.S.C.§119(e)하의 우선권을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 회전 샤프트 시일에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 원심 펌프를 위한 열 작동식 시일(thermally actuated seal) 및 특히 그러한 시일을 위한 신규한 열 액추에이터(thermal actuator)에 관한 것이다.
가압수형 원자력 발전소에서, 원자로 냉각재 시스템은 증기의 생산을 위해 원자로 노심으로부터 증기 발생기로 열을 수송하는 데 사용된다. 증기는 이어서 유용한 일의 생산을 위해 터빈 발전기를 구동시키는 데 사용된다. 원자로 냉각재 시스템은 복수의 별개의 냉각 루프를 포함하며, 이들 냉각 루프 각각은 원자로 노심에 연결되고 증기 발생기 및 원자로 냉각재 펌프를 포함한다.
원자로 냉각재 펌프는 전형적으로 고온 및 고압, 예를 들어 550℉(280℃) 및 대략 2,250 psia(155 바(bar)) 압력의, 대량의 원자로 냉각재를 이동시키도록 설계된 수직의 단일 스테이지 원심 펌프이다. 펌프는 기본적으로 하단부(bottom)로부터 상단부(top)까지 3개의 일반적인 섹션, 즉 액압 섹션, 샤프트 시일 섹션 및 모터 섹션을 포함한다. 하부의 액압 섹션은 원자로 냉각재를 각자의 루프 여기저기로 펌핑하기 위해 펌프 케이싱 내에서 작동가능한 펌프 샤프트의 하단부 상에 장착된 임펠러를 포함한다. 상부의 모터 섹션은 펌프 샤프트를 구동시키기 위해 결합된 모터를 포함한다. 중간의 샤프트 시일 섹션은 3개의 직렬식(tandem) 시일 조립체, 즉 하부의 1차 시일 조립체(1번 시일), 중간의 2차 시일 조립체, 및 상부의 3차 시일 조립체를 포함한다. 시일 조립체는 펌프 샤프트에 동심으로, 그리고 펌프 샤프트의 상단부 부근에 위치되고, 그것의 조합된 목적은 정상 작동 조건에서 격납 대기(containment atmosphere)로의 펌프 샤프트를 따른 최소의 원자로 냉각재 누출을 제공하는 것이다. 종래 기술에 공지된 펌프 샤프트 시일 조립체의 대표적인 예가 미국 특허 제 3,522,948 호; 제 3,529,838 호; 제 3,632,117 호; 제 3,720,222 호 및 제 4,275,891 호에 기술된다.
정지된 펌프 압력 경계와 회전하는 샤프트 사이의 계면(interface)을 기계적으로 밀봉하는 펌프 샤프트 시일 조립체는 과도한 누출 없이 높은 시스템 압력(대략 2,250 psi(155 바))을 억제할 수 있어야 한다. 직렬식 배열의 3개의 시일 조립체가 스테이지 내의 압력을 제압하는 데 사용된다. 이러한 3개의 기계적 펌프 시일 조립체는, 작동 시에, 1차 냉각 시스템으로부터 각자의 시일 누출 포트(seal leakoff port)로의 원자로 냉각재의 과도한 누출을 방지하면서 각각의 스테이지에서 최소량의 제어된 누출을 허용하는 제어식 누출 시일이다.
펌프 시일 조립체는 통상적으로, 시일 조립체에의 저온 유체의 분사를 통해, 또는 1차 유체(primary fluid)가 시일 조립체에 도달하기 전에 1차 유체를 냉각시키는 열교환기의 사용을 통해, 1차 냉각 시스템의 온도보다 훨씬 낮은 온도로 유지된다. 이러한 시스템의 이론화된 고장은 시일 조립체를 고온에 노출시킬 수 있으며, 이는 시일 조립체의 제어된 누출이 급격히 증가하게 할 가능성이 높다. 원자로 노심에서의 모든 핵연료 냉각의 상실의 원인이 모든 AC 전력의 상실로 인한 경우, 시일 누출은 보충 펌프(makeup pump)에 전력공급하는 전기 없이는 냉각 시스템으로 복귀할 수단이 없다. 보급의 수단을 갖지 않는 제어된 누출은 가정적으로 원자로 노심을 덮지 않는 원자로 냉각재 및 후속적인 노심 손상으로 이어질 수 있다.
따라서, 우연적인 모든 연료 냉각의 상실 및 보급 펌핑의 상실의 경우에 표준 시일 조립체를 백업하는 효과적인 방법에 대한 필요성이 존재한다. 바람직하게는, 그러한 백업 시일은 샤프트를 누출로부터 실질적으로 밀봉하기 위해 전력의 상실 또는 보충 펌핑 능력의 상실에 대한 다른 원인 시에 작동가능하여야 한다.
전술한 목적은, 본 발명에 따라, 샤프트 시일을 통한 냉각재의 통상의 누출을 제한하도록 설계된, 펌프, 압축기 등과 같은 감소된 속도 또는 정지된 회전 장비의 샤프트를 위한 열 작동식 셧다운 시일에 의해 달성된다. 이하에 청구되는 셧다운 시일은 그것의 샤프트와 하우징 사이에 좁은 유동 환상체(annulus)를 갖는 임의의 장비를 밀봉하는 데 유용하다.
셧다운 시일은 (i) 정상 작동 동안 환상체를 사이에 두고 샤프트를 둘러싸도록, 그리고 (ii) 샤프트가 사전결정된 속도 아래로 늦어지거나 회전을 멈출 때 샤프트에 대해 수축하도록 설계된 "분할 링(split ring)"을 특징으로 한다. 분할 링은 샤프트가 정상 온라인 작동 동안 회전하고 있을 때 스페이서(spacer)에 의해 이격된 관계로 유지되는 대면하는 단부를 갖는다. 샤프트가 느려지거나 회전을 멈추고 하우징 내의 온도가 상승하면, 스페이서가 분할 링의 대면하는 단부로부터 제거되고, 분할 링의 대면하는 단부가 서로 접근함에 따라 분할 링이 샤프트에 대해 수축하며, 이는 환상체를 통한 냉각재의 누출의 상당한 부분을 차단한다.
바람직하게는, 셧다운 시일은 또한 분할 링이 환상체를 통한 냉각재의 누출을 차단할 때 하우징 내의 압력에 있어서의 증가에 의해 샤프트에 대해 가압되는 유연한 중합체 시일 링을 갖는다.
특히, 본 발명은 분할 링이 환상체 내의 액체가 사전선택된 온도 초과로 상승할 때, 이 분할 링에 의해 덮인 환상체의 부분을 좁히거나 실질적으로 밀봉하도록 수축할 수 있게 하기 위해 스페이서를 분할 링의 대면하는 단부 사이로부터 제거하기 위한 개선된 액추에이터를 갖는 그러한 시일을 제공한다. 액추에이터는 축방향 치수를 갖는 실린더를 포함하며, 피스톤이 실린더 내에서 축방향으로 이동가능하고, 실린더는 피스톤 주위에 밀봉되는 상단부 및 하단부를 갖는다. 피스톤 로드(piston rod)가 하나의 단부에서 피스톤에, 그리고 다른 단부에서 스페이서에 연결된다. 공동(cavity)이 상단부와 하단부 사이의 실린더 내의 공간을 점유하며, 이 공간을 통해 피스톤이 이동한다. 스페이서가 분할 링의 대면하는 단부 사이에 배치된 때 피스톤의 축방향 치수가 공동 내의 공간을 통해 연장된다. 피스톤의 축방향 치수는 적어도 2개의 별개의 직경을 가지며, 이때 직경 중 가장 큰 것이 피스톤의 이동 방향으로 직경 중 보다 작은 것보다 앞서 있어서 스페이서를 분할 링의 대면하는 단부로부터 제거한다. 재료가 공동 내의 공간의 적어도 일부를 점유한다. 재료는 온도의 상승 시에 팽창하여, 재료가 사전선택된 온도 초과로 상승할 때 대면하는 단부 사이로부터 스페이서를 제거하는 방향으로 피스톤이 이동하게 하는 힘을 피스톤에 가한다. 바람직하게는, 힘은 피스톤의 적어도 2개의 직경의 적어도 일부가 연장되는, 피스톤의 원주 주위의 영역 위에 가해진다.
일 실시예에서, 액추에이터는 공동의 하단부에서 공동과 피스톤 사이에 지지된 제 1 시일, 및 공동의 하단부에서 공동과 피스톤 사이에 지지된 제 2 시일을 포함하며, 이때 제 1 시일 및 제 2 시일은 재료를 공동에 가두도록 작동가능하다. 바람직하게는, 제 1 시일 및 제 2 시일은 컵 시일(cup seal)이고, PEEK로 구성된다. 이러한 실시예에서, 액추에이터는 또한 제 1 시일 및 제 2 시일 중 어느 하나 또는 둘 모두를 위한 백업 시일(backup seal)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 백업 시일은 O-링 시일이고, 바람직하게는 O-링 시일은 EPDM 또는 HNBR로부터 형성된다. 다른 실시예에서, 제 1 시일을 위한 지지체 또는 제 2 시일을 위한 지지체가 압력이 사전결정된 값을 초과할 때 공동 내의 압력을 완화하도록 설계되고, 바람직하게는 재료는 액체와 열 연통(thermal communication)한다.
다른 실시예에서, 액추에이터는, 재료가 사전선택된 온도보다 아래에 있을 때 분할 링의 대면하는 단부로부터 스페이서를 제거할 방향으로 피스톤이 실린더 내에서 이동하는 것을 방지하고, 재료가 사전선택된 온도 초과로 상승할 때 피스톤이 이동하고 분할 링의 대면하는 단부로부터 스페이서를 제거하기 위해 해방시키도록 구성된 열 활성화 안전 로크(thermally activated safety lock)를 포함한다. 바람직하게는, 열 안전 로크는 유체가 사전선택된 온도를 초과할 때 피스톤을 수동적으로 로킹해제하도록 구성된다. 일 실시예에서, 열 활성화 안전 로크는, 실린더의 하나의 단부에 매달려 있고 분할 링의 대면하는 단부로부터 스페이서를 제거하기 위해 피스톤이 이동하는 방향으로 연장되는 핀(pin)을 포함한다. 핀은 피스톤의 단부 내의 리세스(recess) 내에서 적어도 부분적으로 연장된다. 리세스의 실질적인 나머지가 열 활성화 재료로 실질적으로 충전되며, 여기서 열 활성화 재료는, 사전선택된 온도보다 아래의 온도에서, 열 활성화 재료가 핀의 측부 옆으로 그리고 리세스 밖으로 유동하는 것을 방지하는 점도(viscosity)를 갖는다. 실질적으로 사전선택된 온도 이상의 온도에서, 열 활성화 재료는 그것이 핀의 측부 옆으로 그리고 리세스 밖으로 유동하는 것을 가능하게 하는 감소된 점도를 갖는다. 열 활성화 재료의 결과적인 변위는 분할 링의 대면하는 단부로부터 스페이서를 제거하는 방향으로 피스톤이 이동하는 것을 가능하게 한다. 열 활성화 재료는 예를 들어 폴리에틸렌과 같은 중합체일 수 있다.
첨부 도면과 함께 읽을 때 바람직한 실시예의 하기의 설명으로부터 본 발명의 추가의 이해가 얻어질 수 있다.
도 1은 원자로와 폐쇄 루프 시스템에서 직렬로 연결된 증기 발생기 및 원자로 냉각재 펌프를 포함하는 종래의 원자로 냉각 시스템의 하나의 냉각 루프의 개략도,
도 2는 시일 하우징, 및 이 시일 하우징 내에 배치되고 펌프 샤프트를 둘러싸는 하부의 1차, 중간의 2차, 및 상부의 3차 시일 조립체를 단면으로 예시하는, 원자로 냉각재 펌프의 샤프트 시일 섹션의 절단 사시도,
도 3은 도 2의 원자로 냉각재 펌프의 시일 하우징 및 시일 조립체의 일부분의 확대 단면도,
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는, 도 2 및 도 3에 도시된 하부의 1차 시일의 확대도를 보여주는, 샤프트 시일 배열의 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 1차 시일의 삽입체의 확대된 부분이며, 펌프 샤프트 및 본 발명의 셧다운 시일의 일부분이 해칭되어 있고, 셧다운 시일은 스페이서를 분할 링으로부터 제거하기 위해 열 작동식 기계적 피스톤을 채용하는 것으로 도시됨,
도 6은 도 5에 개략적으로 도시된 피스톤 배열의 확대도이며, 피스톤은 완전히 연장된 위치에 있고, 스페이서는 본 발명으로부터 이익을 얻을 수 있는 셧다운 시일의 분할 링의 대향하는 단부 사이에 삽입됨,
도 7은 종래 기술에 의해 채용되는 도 8의 피스톤 배열을 도시하는 단면도이며, 스페이서가 분할 링의 대향하는 단부 사이로부터 제거된 작동 이벤트(actuation event) 이전의 상태에 있는 피스톤을 보여줌,
도 8은 도 7에 도시된 셧다운 시일의 스페이서를 제거하는 데 적용될 수 있는 본 발명에 따른 개선된 작동 메커니즘의 단면도,
도 9는 본 발명의 제 2 실시예의 피스톤 배열을 도시하는 단면도,
도 10은 도 9의 선 A-A를 따라 취한, 도 9에 도시된 실시예의 단면도,
도 11은 도 9 및 도 10에 예시된 셧다운 시일 실시예를 포함하는 1차 시일의 삽입체의 확대된 부분,
도 12는 본 발명의 제 3 실시예의 피스톤 배열을 도시하는 단면도, 및
도 13은 셧다운 메커니즘의 열 작동 전에 피스톤을 로킹하기 위한 대안적인 실시예의 단면도.
하기의 설명에서, 동일한 도면 부호는 몇 개의 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 대응하는 부품을 지시한다. 또한, 하기의 설명에서, "전방", "후방", "좌측", "우측", "상향으로", "하향으로" 등과 같은 방향의 용어는 편의상의 단어이며 제한적인 용어로 해석되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다.
종래 기술의 원자로 냉각 펌프
본 발명을 이해하기 위해, 본 발명이 작동할 하나의 환경을 이해하는 것이 도움이 된다. 그러나, 본 발명이 많은 다른 응용을 갖는다는 것이 인식되어야 한다. 도 1을 참조하면, 종래의 원자로 냉각 시스템의 복수의 원자로 냉각 루프(10) 중 하나의 개략도가 도시된다. 냉각 루프(10)는 원자로(16)와 폐쇄 루프 냉각 시스템에서 직렬로 연결된 증기 발생기(12) 및 원자로 냉각재 펌프(14)를 포함한다. 증기 발생기(12)는 증기 발생기(12)의 입구 및 출구 플리넘(plenum)(20, 22)과 연통하는 1차 열교환 관(18)을 포함한다. 증기 발생기(12)의 입구 플리넘(20)은 폐쇄 루프 시스템의 핫 레그(hot leg)로 흔히 지칭되는 유동 경로(24)를 따라 원자로 노심(16)의 출구로부터 고온의 냉각재를 수용하기 위해 그것과 유동 연통하여 연결된다. 증기 발생기(12)의 출구 플리넘(22)은 폐쇄 루프 시스템의 유동 경로(26)를 따라 원자로 냉각재 펌프(14)의 입구 섹션측과 유동 연통하여 연결된다. 원자로 냉각재 펌프(14)의 출구 압력측은 폐쇄 루프 시스템의 콜드 레그(cold leg)의 유동 경로(28)를 따라 원자로 노심(16)의 입구에 상대적으로 저온인 냉각재를 공급하기 위해 그것과 유동 연통하여 연결된다.
냉각재 펌프(14)는 냉각재를 고압하에서 폐쇄 루프 시스템 여기저기로 펌핑한다. 특히, 원자로(16)로부터 나오는 고온의 냉각재는 증기 발생기(12)의 입구 플리넘(20)과 연통하는 열교환 관(18)을 통해 입구 플리넘(20)으로 전달된다. 열교환 관(18) 내에 있는 동안, 고온의 냉각재는 종래의 수단(도시되지 않음)을 통해 증기 발생기(12)로 공급되는 저온의 급수(feedwater)와 열교환 관계로 유동한다. 급수가 가열되고, 그것의 일부가 터빈 발전기(도시되지 않음)를 구동시키는 데 사용하기 위한 증기로 변화된다. 열교환에 의해 온도가 감소된 냉각재는 이어서 냉각재 펌프(14)를 통해 원자로(16)로 재순환된다.
원자로 냉각재 펌프(14)는 고온 및 고압의 대량의 원자로 냉각재를 폐쇄 루프 시스템 여기저기로 이동시킬 수 있어야 한다. 열교환의 결과로서 펌프(14)를 통해 증기 발생기(12)로부터 유동하는 냉각재의 온도가 열교환 전에 원자로(16)로부터 증기 발생기(12)로 유동하는 냉각재의 온도보다 상당히 낮게 냉각되었지만, 그것의 온도는 여전히 비교적 높다 - 전형적으로 약 550℉(288℃) -. 이러한 비교적 높은 온도에서 냉각재를 액체 상태에 유지하기 위해, 시스템은 분사 펌프(도시되지 않음)에 의해 가압되고 대략 2,250 psia(155 바)인 압력에서 작동한다.
도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 종래 기술의 원자로 냉각재 펌프(14)는 일반적으로 일 단부에서 시일 하우징(32) 내에서 종결되는 펌프 하우징(30)을 포함한다. 펌프는 또한, 펌프 하우징(30)의 중심으로 연장되고 시일 하우징(32) 내에 밀봉되고 회전가능하게 장착된 펌프 샤프트(34)를 포함한다. 도시되지 않았지만, 펌프 샤프트(34)의 하단부 부분은 임펠러에 연결되는 반면, 그것의 상단부 부분은 고마력, 유도형 전기 모터에 연결된다. 모터가 샤프트(34)를 회전시키면, 펌프 하우징(30)의 내부(36) 내의 임펠러는 가압된 원자로 냉각재가 원자로 냉각 시스템을 통해 유동하게 한다. 이러한 가압된 냉각재는 샤프트(34)에 상향 지향 유체정역학적 하중을 가하는데, 그 이유는 시일 하우징(32)의 외부 부분이 주위 대기에 의해 둘러싸이기 때문이다.
펌프 하우징 내부(36)와 시일 하우징(32)의 외부 사이의 2,250 psia(155 바) 압력 경계를 유지하면서 펌프(34)가 시일 하우징(32) 내에서 자유롭게 회전할 수 있기 위해, 직렬식으로 배열된 하부의 1차, 중간의 2차 및 상부의 3차 시일 조립체(38, 40, 42)가 시일 하우징(32) 내의 펌프 샤프트(34) 주위에 도 2 및 도 3에 예시된 위치에 제공된다. 압력 밀봉(대략 2,200 psi(152 바))의 대부분을 수행하는 하부의 1차 시일(38)은 비접촉 유체정역학적 타입인 반면, 중간의 2차 및 상부의 3차 시일 조립체(40, 42)는 접촉 또는 러빙(rubbing) 기계적 타입이다.
펌프(14)의 시일 조립체(38, 40, 42) 각각은 일반적으로 펌프 샤프트(34)와의 회전을 위해 그것에 장착된 각자의 환형 러너(runner)(44, 46, 48), 및 시일 하우징(32) 내에 정지식으로 장착된 각자의 환형 시일 링(50, 52, 54)을 포함한다. 각자의 러너(44, 46, 48) 및 시일 링(50, 52, 54)은 서로 대면하는 상단부 및 하단부 표면(56, 58, 60 및 62, 64, 66)을 갖는다. 하부의 1차 시일 조립체(38)의 러너(44) 및 시일 링(50)의 대면하는 표면(56, 62)은 통상적으로는 서로 접촉하지 않고 대신에 이들 사이에 유체 막이 통상적으로 유동한다. 반면에, 중간의 2차 및 상부의 3차 시일 조립체(40, 42)의 러너 및 시일 링(46, 52 및 48, 54)의 대면하는 표면(58, 64 및 60, 66)은 통상적으로 서로 맞대어 접촉하거나 문질러진다.
1차 시일 조립체(38)가 통상적으로 막-운행 모드(film-riding mode)로 작동하기 때문에, 시일 하우징(32)과 그것에 회전가능하게 장착된 샤프트(34) 사이의 환형 공간 내에서 "누출되는" 냉각 유체를 취급하기 위해 어떤 준비가 이루어져야 한다. 따라서, 시일 하우징(32)은 1차 누출 포트(69)를 포함하는 반면, 누출 포트(71)는 2차 및 3차 시일 조립체(40, 42)로부터 누출되는 냉각재 유체를 수용한다.
도 4는 도 2 및 도 3에 예시된 타입의 1번 또는 1차 하부 시일의 영역 내의 시일 하우징의 단면이며, 1번 시일의 작동 및 그것이 어떻게 본 발명과 조화될 것인지에 대한 보다 나은 이해를 제공한다. 도시된 구조는 하우징(32) 내에 압력 챔버(35)를 형성하도록 구성된 환형 벽(33)을 갖는 하우징(32); 하우징(32) 내에 회전가능하게 장착된 샤프트(34); 시일 러너 조립체(44) 및 하우징(32) 내에 배치된 시일 링 조립체(50)를 포함한다. 앞서 언급된 바와 같이, 샤프트(34)는 적합한 모터(도시되지 않음)에 의해 구동될 수 있고, 가압 시스템 내에서 냉각재를 순환시키는 원심 펌프(도시되지 않음)의 임펠러를 구동시키는 데 이용될 수 있다. 분사수(injection water)가 펌프에 의해 발생되는 압력보다 높은 압력에서 챔버(35)로 공급될 수 있다. 러너 조립체(44)는 환형 홀더(70) 및 환형 시일 플레이트(72)를 포함한다. 유사하게, 시일 링 조립체(50)는 홀더(74) 및 환형 페이스 플레이트(face plate)(76)를 포함한다.
홀더(70)는 샤프트(34)와 함께 회전하는데, 그 이유는 그것이 샤프트(34) 상의 쇼울더(shoulder)(80)와 맞물리는 환형 지지체(78) 상에 장착되고, 단면이 대체로 L-형상인 지지체(78)의 상향 연장 레그(84)와 샤프트 사이에 샤프트(34) 상에 조립된 슬리브(sleeve)(82)에 의해 샤프트에 고정되기 때문이다. 본 발명의 이 실시예가 펌프 샤프트 위에 슬리브를 채용하는 펌프에 적용되는 것으로 기술되지만, 본 발명은 슬리브를 채용하지 않는 펌프 샤프트 상에도 동일하게 채용될 수 있음이 인식되어야 한다. 홀더(70) 상의 쇼울더(86)는 레그(84)의 상단부 상에 얹혀 있고, 슬리브(82) 상의 쇼울더(88)는 홀더(70)를 지지체(84) 상에 유지한다. 핀(pin)(90)이 슬리브(82) 내의 리세스(recess)(92) 내로 가압되고, 홀더(70) 내의 축방향 슬롯(slot)(94)과 맞물린다. 축방향 클램핑력(clamping force)이 너트(도시되지 않음)로부터 슬리브(82) 및 지지체(78)에 가해지며, 이는 슬리브(82) 및 지지체(78)가 샤프트(34)와 함께 회전하게 한다. 핀(90)은 이어서 홀더(70)가, 샤프트(34)와 함께 회전하는 슬리브(82)와 함께 회전하게 한다. O-링 시일(96, 98)이, 각각, 지지체(78)와 샤프트(34)와 홀더(70) 사이에 제공된다. O-링 시일(100)이 또한 홀더(70)와 페이스 플레이트(72) 사이의 계면(102) 내에 제공된다.
페이스 플레이트(72)는 홀더(70)를 구성하는 재료와 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 갖는 내부식성 및 내침식성 재료로 구성되고, 홀더(70)은 높은 탄성 계수를 갖는다. 유사하게, 페이스 플레이트(76)는 높은 탄성 계수를 갖는 홀더(74)의 재료와 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 갖는 내부식성 및 내침식성 재료로 구성된다. 적합한 재료의 예는 카바이드 및 세라믹이다. O-링 시일(104)이 홀더(74)와 페이스 플레이트(76) 사이의 계면(106) 내에 제공된다.
홀더(74)는 단면이 대체로 L-형상인 환형 시일 링 삽입체(110)의 하향 연장 레그(108) 상에 이동가능하게 장착된다. 삽입체(110)는 캡 스크류(cap screw)(112)에 의해 하우징(32) 내에 유지된다. O-링 시일(114)이 삽입체(110)와 하우징(32) 사이의 계면 내에 제공된다. 유사하게, O-링 시일(118)이 홀더(74)와 삽입체(110)의 레그(108) 사이의 계면(120) 내에 제공된다. 홀더(74)의 회전 운동은 삽입체(110) 내로 가압된 핀(122)에 의해 방치된다. 핀(122)은 홀더(74)의 축방향 이동을 허용하기에 그러나 홀더(74)의 회전 운동을 제한하기에 충분한, 웰(well)(126)의 벽과 핀(122) 사이의 여유(clearance)를 갖고서 홀더(74) 내의 웰(124) 내로 연장된다.
페이스 플레이트(76)는 리테이너 링(retainer ring)(130), 클램프 링(clamp ring)(132), 로크 링(lock ring)(134), 복수의 캡 스크류(136), 및 로크 링(134)과 클램프 링(132) 사이에 캡 스크류(136) 상에 장착된 접시 스프링(belleville spring)(138)을 포함하는 클램핑 수단(128)에 의해 홀더(74)에 부착된다. 캡 스크류(136)는 리테이너 링(130), 클램프 링(132), 접시 스프링(138)을 통해 연장되고, 로크 링(134) 내로 끼워 넣어진다. 홀더(74)의 계면(106)은 140에서 리세스되어, 페이스 플레이트(76)의 계면의 외경보다 작은 외경에서 계면 상에 환형 받침점(142)을 제공한다. 리테이너 링(130)은 받침점(142)을 넘어 연장되는 페이스 플레이트(76)의 부분(146)과 맞물리는 리지(ridge)(144)를 갖는 내향 연장 플랜지를 갖는다. 클램프 링(132)은 홀더(74) 상의 페이스 플레이트(150)와 맞물리는 리지(148)를 갖는 내향 연장 플랜지를 갖는다. 따라서, 캡 스크류(136)가 클램프(132) 및 리테이너 링(130)을 서로를 향해 끌어당기도록 조여질 때, 받침점(142)을 중심으로 페이스 플레이트(76)에 캔틸레버 효과(cantilever effect)를 가하는 힘이 생성된다. 클램핑 작용 동안, 접시 스프링(138)은 부분적으로 압축되고 페이스 플레이트(76)는 클램핑력에 의해 변형된다.
페이스 플레이트(72)는 페이스 플레이트(76)에 관하여 기술된 것과 유사한 방식으로 클램핑 수단(151)에 의해 홀더(70)에 부착된다. 그러나, 홀더(70)의 계면(102) 상의 받침점(152)은 홀더(74) 상의 받침점(142)보다 페이스 플레이트(72)의 외경에 더 가까이 위치된다. 따라서, 페이스 플레이트(72) 상의 클램핑력은 페이스 플레이트(76) 상에서 생성되는 것만큼 많은, 받침점(152)을 중심으로 한 페이스 플레이트의 변형을 생성하지 않는다. 원하는 경우, 받침점(142, 152)은 그것의 대응하는 페이스 플레이트에 대해 동일한 위치에 배치될 수 있다.
앞서 기술된 바와 같이, 시일 링(50)은 샤프트(34) 및 시일 러너 조립체(44)에 관한 제한된 축방향 이동을 위해 장착된다. 또한, 시일 링 조립체(50)의 회전 운동은 시일 링 홀더(74) 내의 웰(124) 내에 헐겁게 끼워맞춤되는 회전 방지 핀(122)에 의해 제한된다. 페이스 플레이트(76) 상의 시일 면(seal face)(154)은 중력에 의해 페이스 플레이트(72) 상의 대면하는 시일 면(156)을 향해 편의된다(biased).
샤프트(34)에 의해 구동되는 펌프의 작동 시에, 시일 링 홀더(174)의 표면(158, 160)에는 고압 챔버(35) 내의 전체 압력(full pressure)이 가해진다. 슬리브(82)에 인접하게 고압 챔버(35)와 환형 저압 영역(162) 사이에 압력 장벽(barrier)을 제공하는 것이 바람직하다. 시일 링 조립체는 압력 장벽 수단으로서 이용되지만, 각각, 시일 플레이트(76, 72) 상의 대면하는 시일 표면(154, 156) 사이에 제공된 시일 간극(gap)(164)을 통한 압력 챔버(35)로부터 영역(162)으로의 제어된 양의 유체 누출 유동을 허용한다.
작동 동안, 축방향으로 이동가능한 시일 링 조립체(50)의 균형화된 또는 평형 위치는 시일 링 조립체의 대향하는 면 상의 압력에 따라 유지된다. 간극(164) 내의 유체의 두께 및 그 결과 간극(164)을 통한 누출 유동의 양은 간극(164)의 구성에 의해 결정된다.
시일 간극(164)에 있어서의 변화 시에 시일 링 조립체(50) 및 러너 시스템(44)의 상대 위치의 자기 회복(self-restoration)을 달성하기 위해, 감소하는 두께의 유체 유동 경로가 고압 에지 또는 말단(extremity)(166)으로부터 시일 면 말단 사이의 위치까지 제공된다. 보다 구체적으로, 예시된 구조에서, 감소하는 두께의 유체 유동 경로는 외측 에지(166)와, 시일 면(154) 상의 168에 위치된 중간의 동심원 사이에서 연장된다.
본 구조에 도시된 바와 같이, 감소하는 유동 경로 두께는 표면(154)을 원(168)과 페이스 플레이트(76)의 외측 에지(166) 사이에서 페이스 플레이트(72)의 대면하는 표면(156)으로부터 약간 멀어지도록 테이퍼링(tapering)함으로써 형성된다. 도면에 도시된 표면(154, 156) 사이의 각도는 과장되어 있다. 이러한 구성 또는 구조는 테이퍼 형성된 면 시일(tapered-face seal)로 알려져 있다. 이러한 타입의 시일의 작동이 1967년 10월 17일자로 얼링 프리슈(Erling Frisch)에게 허여된 미국 특허 제 3,347,552 호에 충분히 기술되어 있다.
현재의 셧다운 시일은, 2013년 1월 22일자로 허여되고 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 8,356,972 호에 충분히 기술되어 있다. 그 특허에 기술된 셧다운 시일이 도 5 내지 도 7에 예시되어 있으며, 시일 냉각의 상실의 경우에 샤프트(34)와 펌프의 시일 조립체(38, 40, 42) 사이의 샤프트(34)를 따른 과도한 누출을 방지하도록 작동가능한 백업 안전 또는 셧다운 장치로서 추가의 시일(170)을 펌프(14) 내에 제공한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 셧다운 시일(170)은 1차 1번 시일(38)의 삽입체(110) 내의 환형 개구 내의 기계가공된 그루브(groove) 내에 위치된다. 셧다운 시일은 (i) 정상 작동 동안 환상체(annulus)(174)를 사이에 두고 샤프트(34)를 둘러싸도록, 그리고 (ii) 시일 냉각의 상실 후에 샤프트가 현저하게 느려지거나 회전을 멈춘 때 샤프트(34)에 대해 수축하도록 설계된 "분할 링(split ring)"(172)을 특징으로 한다. 분할 링(172)은 축방향으로 분할된 단일 피스(single piece) 불연속 링 부재이고, 대면하는 단부는 정상 펌프 작동 동안 스페이서(spacer)(176)에 의해 이격된 관계로 유지된다. 도 5에서, 분할 링(172)의 대향하는 단부는 텅-앤드-그루브(tongue-and-groove) 구성으로 기계가공되어, 분할 링의 단부가 중첩됨에 따라 텅이 그루브 내에서 운행할 수 있다. 다른 실시예에서, 대향하는 단부는 맞대어질 수 있거나, 단부가 겹치도록 연귀이음된 반겹침 조인트(mitered half lap joint)를 가질 수 있다. 스페이서(176)는 작동 동안 환상체(174)를 제어된 누출에 대해 개방된 상태로 유지하기 위해 분할 링(172)의 대향하는 단부가 샤프트(34) 상에서 닫히는 것을 방지하기 위해서 간극 내에 도시된다. 도 5에 예시된 실시예에 따르면, 셧다운 시일은 펌프 샤프트가 느려지거나 정지됨에 따라 냉각 및 바람직하게는 회전의 상실의 결과로서 시일의 온도가 상승할 때 활성화된다. 스페이서는 분할 링(172)의 대면하는 단부로부터 제거될 온도의 상승(샤프트가 현저히 느려지거나 회전 정지되었기 때문에 또는 임의의 다른 이유로)에 응답한다. 이는 분할 링의 대면하는 단부가 서로 접근함에 따라 분할 링의 대면하는 단부가 샤프트(34)에 대해 수축하게 하며, 이는 유동 환상체(174)를 통한 냉각재의 누출을 차단한다. 바람직하게는, 분할 링 및 샤프트(또는 슬리브가 샤프트 위에 채용되는 경우에는 샤프트 슬리브)는 내골성 재료(gall resistant material)로 구성되어, 회전하는 샤프트 상에서 작동되더라도 골 볼(gall ball)이 생성되지 않을 것이다 - 골 볼은 그렇지 않으면 밀봉 표면 사이의 누출 경로를 개방시키는 웨지(wedge)로서의 역할을 할 것임 -. 분할 링 및 샤프트 둘 모두에 대해 17-4 스테인레스와 같은 재료가 주효한 것으로 판명되었다. 유연한 중합체 시일 링(178)이 바람직하게는 분할 링과 중실형 리테이닝 시트 링(solid retaining seat ring)(180) 사이에 분할 링(172)에 맞대어 샤프트(34) 주위에 위치된다. 유연한 중합체 시일 링(178)은 분할 링이 환상체(174)를 통한 냉각재의 누출을 제한할 때 하우징 내의 압력에 있어서의 증가에 의해 샤프트에 대해 가압되어서, 밀봉 시일(tight seal)을 형성한다.
도 5는 도 4의 원자로 냉각재 펌프 내에 설치되는 상기에 기술된 타입의 셧다운 시일(170)을 개략적으로 도시한다. 도 5의 셧다운 시일은 펌프 샤프트(34)가 느려지거나 회전하고 있지 않을 때 시일 냉각의 상실 후에 활성화되도록 설계된다. 셧다운 시일은 펌프 하우징 내에 위치되어, 샤프트(34)를 둘러싼다. 도 2 내지 도 4에 예시된 원자로 냉각재 펌프의 타입의 경우에, 번호 1 시일 삽입체는 상부 플랜지에서 내경의 일부분을 기계가공하여 제거함으로써 셧다운 시일을 수용하도록 변경될 수 있다. 활성화될 때까지, 셧다운 시일(170)은 변경 전에 번호 1 삽입체가 이전에 차지한 공간 내에 실질적으로 완전히 수용되어서, 그것과 샤프트(34) 사이의 환상체(174)를 실질적으로 변경하지 않는다. 이러한 방식으로, 환상체(174)를 통한 샤프트(34)를 따른 냉각재 유동은 회전 장비의 정상 작동 동안 실질적으로 방해받지 않는다.
도 5는 분할 링(172)의 대면하는 단부를 개방된 상태로 유지하는 후퇴가능한 스페이서(176)로 구성된 셧다운 시일(170)을 도시한다. 후퇴가능한 스페이서(172)는 도 6에 관하여 이하에 기술되는 피스톤(186)과 같은 열 응답성 기계적 장치(184)에 의해 활성화된다. 스페이서(176)가 분할 링(172)의 단부로부터 후퇴될 때, 분할 링(172)은 탁 닫혀, 샤프트(34) 주위로 수축하는 동시에, 또한 변경된 번호 1 시일 삽입체(110) 내에 보유되어 유지된다. 분할 링(172)은 리테이닝 링(180)을 밀어붙이는 시일(178)에 대해 분할 링(172)을 위로 가압하는 파형 스프링(182) 상에 위치한다. 환상체(174)를 통한 유동의 중단에 의해 야기되는 압력 강하가 또한 분할 링(172) 및 시일 링(178)을 상향으로 가압하여, 모든 밀봉 표면 사이의 밀봉 시일을 보장한다. 분할 링(172)은 이 분할 링(172)을 가로지른 압력 강하가 또한 1차 시일 링(178)에 작용하도록 초기 밀봉 접촉을 보장하기 위해서 1차 시일 링(178)에 대해 분할 링(172)을 위로 가압하는 파형 스프링(182) 상에 위치한다.
도 6 및 도 7은 작동 이벤트 전의 스페이서(176) 및 액추에이터 조립체(184)를 도시한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 액추에이터(184)는 스프링 로딩된(spring loaded) 스페이서(176)를 제한하기 위한 캔형 피스톤(canned piston)(186)으로 구성된다. 캔 내에, 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 원자로 냉각재 펌프에 대한 원하는 활성화 온도, 예컨대 280℉(138℃)에서 상(phase)을 바꾸는 왁스(188)가 존재한다. 이러한 상 변화는 왁스(188)의 체적에 있어서의 상당한 증가를 야기한다. 예를 들어, 옥타코산(Octacosane)과 같은 왁스는 체적이 약 17% 증가할 것이다. 왁스(188)가 상을 바꾸고 팽창할 때, 그것은 피스톤 헤드(190)를 펌프 샤프트(34)로부터 멀어지는 쪽으로 밀어붙인다. 피스톤 헤드(190)가 이동할 때, 이전에 피스톤(190)에 의해 제자리에 유지되었던 볼(192)이 방해가 안되게 떨어질 것이고 압축된 스프링(194)이 팽창하도록 허용할 것이며, 이는 스페이서(176)에 연결된 플런저(196)를 뒤로 밀어붙인다. 스프링(194)이 팽창함에 따라, 그것은 플런저를 밀어붙이고, 이는 그것과 함께 스페이서(176)를 끌어당겨서, 스페이서(176)를 분할 링 단부 사이로부터 후퇴시킨다.
따라서, 열 활성화는 다음과 같이 달성된다: 온도가 상승함에 따라, 왁스(188)가 상변화하고 팽창한다. 2개의 HNBR(수소화 니트릴 부타디엔 고무) O-링 시일(198)이 캠(190)을 위한 활주 계면을 제공하는 상부 O-링과 함께 왁스를 수용하는 데 사용된다. 왁스의 팽창은 캠(190)을 병진이동시켜, 레이스(race)(192) 내의 볼 베어링이 플런저(196)를 하우징(200)으로부터 맞물림 해제시키도록 허용한다. 볼 베어링이 맞물림 해제된 상태에서, 압축 스프링(194)이 플런저(196)를 스페이서(176)와 함께 상향으로 병진이동시켜서, 피스톤 링을 해제시키고 셧다운 시일을 활성화시킨다.
개선된 펌프 셧다운 시일 액추에이터
도 8은 개선된 열 후퇴 액추에이터를 도시한다. 앞서 기술된 바와 같이, 스페이서(176)의 병진이동은 피스톤 링의 폐쇄를 허용하여, 셧다운 시일의 활성화를 가능하게 한다. 온도가 상승하고 왁스(188)의 상 전이점(phase transition point)에 도달하면, 왁스 체적은 최대 대략 17% 증가할 수 있다. 체적이 일정하게 유지되면, 왁스 압력이 증가할 것이고 10,000 파운드/제곱인치(68,947.6 kPa)를 초과할 수 있다. 피스톤(196)은 대응하는 단면적 A1 및 A2를 갖는 보다 큰 직경 D1 및 보다 작은 직경 D2를 갖는다. 압력(P)이 증가함에 따라, 왁스 압력과 단면적에 있어서의 차이의 곱과 동일한 병진력(translational force)(F), 즉 F = P x (A1 - A2)가 피스톤(196)에 가해진다. 도 8에 도시된 그러한 배열에 의하면, 전형적인 피스톤 힘은 스페이서(176)를 분할 링으로부터 제거하기에 적절한 피스톤 이동을 달성하면서 50 내지 100 파운드(22.7 내지 45.4 kg)의 범위일 수 있다. 이는 도 7에 도시된 압축 스프링(194)으로부터 이용가능한 대략 15 파운드(6.8 kg)의 힘에 비해 상당한 증가이다. 컵 시일(cup seal)(204, 206)이 왁스(188)의 격납을 위한 압력 경계를 제공한다. 그것은 PEEK(폴리에테르에테르케톤)으로 구성될 수 있으며, 고압의 왁스(188)를 수용하기에 충분한 강도를 갖고 왁스 및 주위 원자로 냉각재 둘 모두와 화학적으로 상용성이다. O-링 시일(208, 210, 212)은 원자로 냉각재와 상용성인 EPDM(에틸렌-플로필렌 다이엔 M-등급 고무) 또는 HNBR로 제조된다. PEEK 시일이 활성화 동안 실패할 경우에, EPDM 또는 HNBR 시일이 잉여 압력 경계로서의 역할을 할 수 있다. EPDM 시일은 왁스에 대한 단기 노출을 견딜 수 있다. 단부 캡(end cap)(214)이 하우징(216) 내에서 자유롭게 활주하고, 다수의 전단 핀(shear pin)(218)을 이용하여 제자리에 고정된다. 피스톤(196)이 전 스트로크(full stroke)를 이동하고 왁스 압력이 계속하여 상승하는 경우에, 핀(218)이 전단되어 단부 캡(214)을 해제시켜, 시일(206)이 하우징(216)으로부터 결합해제되도록 허용하며, 이에 의해 과도한 왁스 체적을 해제시키고 압력을 안전 상태로 감소시킨다.
전체 후퇴 조립체(202)에는 대기압보다 높은 압력이 가해질 수 있기 때문에, 몇 개의 반경방향 개구(220)가 피스톤(196)의 상부 플랜지 주위에 배향된다. 반경방향 개구(220) 없이도, 피스톤(196)의 헤드가 정합하는 단부 캡(214)에 대해 밀봉할 수 있는 것이 가능할 수 있다. 외부 압력(반경방향 개구가 존재하지 않음)은 피스톤(196)에 대한 바람직하지 않은 축방향 힘을 유발할 수 있다.
요구되지 않을 수 있지만, 주위 환경에 존재할 수 있는 오염물질이 없는 상태로 피스톤을 유지하기 위해 슬리브(222)가 피스톤(196)의 노출된 직경 위에 배치된다. 슬리브는 활성화 온도에 도달한 때 용융될 수 있는 폴리프로필렌으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 피스톤의 병진이동 동안 원치 않는 부스러기를 제거하기 위해 소형 와이퍼(wiper)가 하우징(216)의 단부 내에 배치될 수 있다.
도 9는 상이한 구성을 갖는 본 발명의 대안적인 실시예를 도시한다. 대안적인 단부 캡(214)이 나선형 리테이닝 링(224)을 이용하여 대안적인 하우징 내에 고정된다. 스프링(226)은 작동 전에 피스톤(196)을 연장된 위치에 유지하기 위해 작은 힘을 제공한다.
하우징(216)은 왁스를 수용하는 챔버의 두께가 두께 T1로 감소된 적어도 2개의 포켓(228)을 포함한다. 피스톤(196)이 전 스트로크를 이동하고 왁스(188) 압력이 계속하여 상승하는 경우에, 하우징 벽은 포켓(228)에서 팽출함으로써 과도한 왁스 체적을 해제시키고 압력을 안전한 상태로 저감시킬 수 있다. 도 9의 단면 A-A가 도 10에 도시되며, 포켓(228)의 위치에서의 하우징(216)의 단면을 예시한다. 보다 얇은 벽(T1)이, 왁스 압력이 과도하게 될 때 팽출할 수 있다. 보다 두꺼운 벽(T2)은 하우징(216)의 구조적 완전성(structural integrity)을 유지하는 데 도움을 준다.
다른 구성은 얇은 벽 섹션(T1)이 360°에 걸쳐 연속적인 하우징을 갖는 것이다. 액추에이터는 왁스 압력이 과도하게 될 수 있을 때에 그것의 기능을 수행할 것이기 때문에, 보다 두꺼운 섹션(T2)으로부터의 구조적 완전성이 필요하지 않다.
도 11은 1차 시일 셧다운 시일의 삽입체에 적용된 바와 같은 대안적인 후퇴 액추에이터의 단면을 도시한다.
전술한 실시예는 피스톤의 우발적인 이동을 방지하기 위해 스프링을 갖지만, 우발적인 작동은 발전소의 셧다운으로 인해 극도로 손실이 클 것이기 때문에 보다 강건한(robust) 메커니즘을 제공하는 것이 매우 바람직하다. 도 12는 그러한 강건한 메커니즘을 예시한다.
도 12는 셧다운 시일에 사용되는 후퇴 액추에이터의 제 3 실시예를 도시한다. 동일한 도면 부호가 대응하는 구성요소를 지시하기 위해 몇몇 도면 중에 사용된다. 상기에 설명된 바와 같이, 열 활성화는 온도가 상승하여 왁스(188)가 상태 변화하고 팽창 - 이는 압력을 유발함 - 하게 할 때 달성된다. 왁스 압력이 증가함에 따라, 왁스 압력과 피스톤의 단면적에 있어서의 차이의 곱과 동일한 병진력이 피스톤(196)에 가해진다. 핀(232)이 제자리에 없다면, 피스톤(196)은 스페이서(172)를 하우징(200)을 향해 병진이동시킨다. 스페이서(176)의 제거는 분할 피스톤 링(172)의 폐쇄를 허용하여, 원자로 냉각재 펌프 샤프트 셧다운 시일의 작동을 가능하게 한다.
전형적인 피스톤 힘은 스페이서(176)를 분할 링(172)으로부터 제거하기에 적절한 피스톤 이동을 달성하면서 50 내지 100 파운드의 범위일 수 있다. O-링(204) 및 컵 시일(206)이 왁스(188)의 격납을 위한 압력 경계를 제공한다. O-링 시일(210, 212)이 왁스를 위한 잉여 압력 경계로서의 역할을 하고, 주위 유체가 왁스 챔버에 들어가지 못하게 하는 격리를 제공한다. 컵 시일(206)과 함께 와이퍼(208)는 반-강성(semi-rigid)이고, 피스톤(196)이 하우징(200) 내에 중심설정되도록 유지하는 이중 부싱(dual bushing)으로서의 역할을 한다. 와이퍼(208)의 1차 기능은 이물질이 하우징(200) 내에 진입하는 것을 차단하는 것이다. 와이퍼는 또한 주위 유체가 새로운 O-링(204)에 들어가는 것을 최소화하는 시일이다.
일 실시예에서, 피스톤(196)을 열 활성화 이전의 병진이동으로부터 보호하기 위해, 피스톤(196) 내에 캡슐화된(encapsulated) 플러그(230)는 금속 핀(232)을 제자리에 유지하기에 충분히 강성이다. 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 플러그(230)는 핀(232)의 외경과 피스톤(196) 내의 리세스(236)의 내경 사이의 약간의 억지 끼워맞춤을 허용하는 가요성 경계를 제공하는 얇은 벽을 위치(234)에 갖는다. 억지 끼워맞춤은 피스톤(196)과 핀(232) 사이의 임의의 운동을 최소화한다. 플러그(230)에 바람직한 재료는 폴리에틸렌과 같은 중합체이다. 그것은 양호한 억지 끼워맞춤을 만드는 가요성일뿐만 아니라, 왁스의 상변화 온도에 매우 가까운 용융 온도를 갖는다. 폴리에틸렌은 또한 주위 원자로 냉각재 펌프 환경과 상용성이다. 잠재적인 크리프(creep)를 회피하기 위해, 플러그(230)가 캡슐화되는 것이 중요하다. 하중이 플러그(230)의 방향으로 핀(232)에 가해지는 경우, 플러그가 피스톤(196)에 의해 수용되지 않는다면, 플러그(230) 상의 증가된 힘이 플러그가 반경방향 외향으로 크리프되고/되거나 좌굴되게 할 것이다. 구성된 바와 같이, 플러그(230) 상의 하중이 증가함에 따라, 플러그는 탈출하기 위해 얇은 경계(234)를 따라 압출되어야 할 것이다. 중합체 결합의 성질로 인해, 핀(232)과 피스톤(196) 사이의 작은 간극을 통한 압출은, 보다 높은 온도가 얻어질 때까지, 극히 어렵다. 핀/플러그 조합으로부터의 유지력은 활성화 전에 100 lbs를 쉽게 초과할 수 있다.
열 활성화 동안, 정상 작동 온도 초과에서, 플러그(230)는 왁스가 상태 변화를 시작하기 전에 연성으로 된다. 온도가 추가로 증가함에 따라, 플러그는 피스톤이 이동하기 시작하기 전에 또는 이동하기 시작할 때 용융 온도에 도달할 수 있다. 플러그(230)가 용융됨에 따라, 플러그 재료는 점성이 생기고, 핀(232) 주위를 자유롭게 유동하고, 후속하여 피스톤 리세스(236) 내에서의 핀(232)의 병진이동을 허용하여, 피스톤이 자유롭게 셧다운 시일을 활성화시킨다.
도 13은 피스톤(196)을 열 활성화 이전의 병진이동으로부터 보호하기 위한 대안적인 실시예를 도시한다. 피스톤(196)이 작동 이전에 이동하는 것을 방지하기 위해, 핀(232)이 보어 또는 리세스(236) 내에 활주가능하게 고정된다. 핀(232) 내의 슬롯(238) 사이의 리프(leaf)(244)가 (리프 스프링(leaf spring)과 같이) 반경 방향으로 외향으로 탄성적으로 편의되어, 핀(232)의 외경이 계면(240)에서 피스톤 보어(196)의 내경과 밀착 접촉(intimate contact)하도록 유지한다. 핀(232)으로부터 반경방향 외향으로 연장되는 전단 핀 돌출부(242)는 피스톤(196)이 돌출부(242)를 전단시키거나 분리시키기에 충분한 힘을 가할 때까지 핀이 작동하는 것을 방지하며, 이에 의해 피스톤(196)의 완전한 이동을 허용한다.
따라서, 이러한 개선된 액추에이터는 상기에 기술된 이전의 설계보다 더 높은 출력 힘 및 더 적은 구성요소를 갖는 단순화된 열 후퇴 설계를 갖는다. 이전의 설계의 액추에이터는 원하는 12년의 작동보다 작을 수 있는 기대 수명을 갖는 HNBR O-링을 사용한다. 바람직한 설계에서의 시일 배열은 열 후퇴 액추에이터 구성요소를 위한 별개의 잉여 경계를 제공하기 위해 긴 수명의 EPDM O-링 및 PEEK 시일을 사용한다.
본 발명의 구체적인 실시예가 상세히 기술되었지만, 그러한 상세 사항에 대한 다양한 변경 및 대안이 본 발명의 전체 교시에 비추어 개발될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예는 첨부된 특허청구범위의 최대 폭 및 그것의 임의의 그리고 모든 등가물에 의해 주어질 본 발명의 범위에 대해 제한하는 것이 아니라 단지 예시적인 것으로 의도된다.

Claims (29)

  1. 샤프트(34)를 통해 모터에 연결된 임펠러 섹션(impeller section)을 갖는 펌프(14)로서, 상기 샤프트(34)는 상기 모터와 상기 임펠러 섹션 사이의 상기 샤프트 주위에 시일 하우징(seal housing)(32)이 개재된 상태로 상기 모터와 임펠러 사이에 회전가능하게 지지되고, 상기 시일 하우징은 회전하는 샤프트를 둘러싸는 셧다운 시일(shutdown seal)(170)을 갖고, 상기 셧다운 시일(170)은 상기 샤프트의 회전이 느려지거나 정지된 후에 상기 샤프트를 둘러싸는 환상체(annulus)(174) 내의 유체가 상기 셧다운 시일을 지나 누출되는 것을 방지하는, 펌프(14)에 있어서,
    상기 샤프트(34)를 둘러싸는 수축가능한 분할 링(split ring)(172)으로서, 상기 분할 링은 대면하는 단부, 및 상기 샤프트가 회전하고 있을 때 상기 샤프트로부터 이격된 내경을 갖고, 상기 내경은 상기 환상체(174)의 일부를 한정하는, 상기 수축가능한 분할 링(172);
    상기 샤프트(34)의 정상 작동 동안 상기 대면하는 단부 사이의 환형 공간을 유지하기 위해 상기 분할 링(172)의 대면하는 단부 사이에 배치된 스페이서(spacer)(176)로서, 상기 스페이서는, 상기 유체가 사전선택된 온도를 초과하여 상승할 때 상기 분할 링이 상기 환상체(174)의 일부를 좁히거나 실질적으로 밀봉하도록 수축할 수 있게 하기 위해, 상기 대면하는 단부 사이로부터 제거되도록 작동가능한, 상기 스페이서(176); 및
    상기 유체가 상기 사전선택된 온도를 초과하여 상승할 때 상기 분할 링이 상기 환상체(174)의 일부를 좁히거나 실질적으로 밀봉하도록 수축할 수 있게 하기 위해서 상기 스페이서(176)를 상기 분할 링(172)의 대면하는 단부 사이로부터 제거하기 위한 액추에이터(actuator)(184)를 포함하고, 상기 액추에이터는,
    축방향 치수를 갖는 실린더(200);
    상기 실린더 내에서 축방향으로 이동가능한 피스톤(196)으로서, 상기 실린더는 상기 피스톤 주위에 밀봉되는 상단부 및 하단부를 갖고, 상기 피스톤은 일 단부에서 상기 스페이서(176)와 연결되는, 상기 피스톤(196);
    상기 상단부 및 상기 하단부 사이의 상기 실린더(216) 내의 공간을 점유하는 공동(cavity)으로서, 상기 공간은 상기 피스톤의 일부를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 상기 스페이서(176)가 상기 분할 링(172)의 대면하는 단부 사이에 배치될 때 상기 공동 내의 상기 공간을 통해 연장되는 상기 피스톤의 축방향 치수는 적어도 2개의 별개의 직경을 가지며, 상기 직경 중 가장 큰 것이 상기 피스톤의 이동 방향으로 상기 직경 중 보다 작은 것보다 앞서 있어서 상기 스페이서를 상기 분할 링의 대면하는 단부로부터 제거하는, 상기 공동; 및
    상기 공동 내의 상기 공간의 적어도 일부를 점유하는 재료(188)로서, 상기 재료는 온도의 상승 시에 팽창하여, 상기 재료가 사전확립된 온도를 초과하여 상승할 때 상기 스페이서(176)를 상기 대면하는 단부 사이로부터 제거하는 방향으로 상기 피스톤이 이동하게 하는 힘을 상기 피스톤(196)에 가하고, 상기 피스톤은 상기 공동 내의 상기 공간의 적어도 일부를 점유하는 상기 재료를 통해 축방향으로 연장되는, 상기 재료(188)를 포함하는
    펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘은 상기 피스톤(196)의 원주 주위의 영역 위에 가해지고, 상기 피스톤(196)의 원주 주위의 영역의 가까이 상기 피스톤의 적어도 2개의 별개의 직경의 적어도 일부가 연장되는
    펌프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동의 하단부에서 상기 공동과 상기 피스톤(196) 사이에 지지되는 제 1 시일(204), 및 상기 공동의 상단부에서 상기 공동과 상기 피스톤 사이에 지지되는 제 2 시일(206)을 포함하며, 상기 제 1 시일 및 상기 제 2 시일은 상기 재료를 상기 공동에 실질적으로 가두도록 작동가능한
    펌프.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 시일(204) 및 상기 제 2 시일(206) 중 적어도 하나는 컵 시일(cup seal)인
    펌프.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컵 시일(204, 206)은 PEEK로 구성되는
    펌프.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 시일 및 상기 제 2 시일(204, 206) 중 어느 하나 또는 둘 모두를 위한 백업 시일(backup seal)(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 1 시일(204)을 위한 지지체(218) 또는 상기 제 2 시일(206)을 위한 지지체는 상기 공동 내의 압력이 사전결정된 값을 초과할 때 상기 압력을 완화하도록 설계되는
    펌프.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료(188)는 상기 유체와 열 연통(thermal communication)하는
    펌프.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더(216) 내에 지지되고, 상기 재료(188)가 상기 사전선택된 온도 아래로 유지되는 동안 상기 분할 링(172)의 대면하는 단부 사이에 배치된 상기 스페이서(176)를 유지하는 방향으로 상기 피스톤(196)을 편의시키도록 구성된 스프링(226)을 포함하는
    펌프.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 피스톤(196)에 인가되는 힘은 상기 스프링(226)에 의해 인가되는 힘보다 실질적으로 더 큰
    펌프.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 공동의 벽의 적어도 일부분은 상기 공동 내의 압력이 설계값을 초과할 때 외향으로 팽출하여 상기 공동 내의 압력을 안전한 수준으로 저감시키는 감소된 두께(T1)를 갖는
    펌프.
  14. 제 1 항에 있어서,
    유체 온도가 상기 사전선택된 온도보다 아래에 있을 때 상기 스페이서(176)를 상기 분할 링(172)의 대면하는 단부 사이로부터 제거하는 방향으로 상기 피스톤(196)이 상기 실린더(200) 내에서 이동하는 것을 방지하고, 상기 유체 온도가 상기 사전결정된 온도와 동일하거나 초과일 때 상기 피스톤이 상기 스페이서를 상기 분할 링의 대면하는 단부 사이로부터 제거하는 것을 가능하게 하기 위해 상기 피스톤을 수동적으로 로킹해제하도록 구성된 안전 로크(safety lock)를 포함하는
    펌프.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 안전 로크는, 열 활성화되고, 상기 스페이서(176)를 상기 분할 링(172)의 대면하는 단부로부터 제거하기 위해 상기 피스톤이 이동하는 방향으로 상기 실린더(200)의 하나의 단부에 매달려 있는 핀(pin)(232)을 포함하며, 상기 핀은 상기 피스톤(196)의 단부 내의 리세스(recess)(236) 내에서 부분적으로 연장되고, 상기 리세스의 실질적인 나머지는 열 활성화 재료(230)로 실질적으로 충전되며, 상기 열 활성화 재료는, 상기 사전선택된 온도보다 아래의 온도에서, 상기 열 활성화 재료가 상기 핀의 측부(234) 옆으로 그리고 상기 리세스 밖으로 유동하는 것을 방지하는 점도(viscosity)를 갖고, 실질적으로 상기 사전선택된 온도 이상의 온도에서, 상기 열 활성화 재료는, 상기 열 활성화 재료가 상기 핀의 측부 옆으로 그리고 상기 리세스 밖으로 유동하는 것을 가능하게 하여, 상기 피스톤이 상기 스페이서를 상기 분할 링의 대면하는 단부 사이로부터 제거하는 것을 가능하게 하는 감소된 점도를 갖는
    펌프.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 열 활성화 재료(230)는 중합체인
    펌프.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 중합체는 폴리에틸렌인
    펌프.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 안전 로크는 상기 열 활성화 재료(230)가 상기 사전선택된 온도보다 실질적으로 아래에 있을 때 상기 피스톤이 상기 스페이서(176)를 상기 대면하는 단부 사이로부터 제거하는 것을 방지하는 방해물을 형성하도록 구성된 전단 핀(shear pin)(242)을 포함하고, 상기 피스톤(196) 상의 힘이 상기 스페이서를 상기 대면하는 단부 사이로부터 제거하는 방향으로 상기 피스톤을 이동시키기에 충분히 클 때, 상기 전단 핀은 파열되거나 달리 변형되어 상기 방해물을 제거하도록 구성되는
    펌프.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 안전 로크는 상기 스페이서(176)를 상기 분할 링(172)의 대면하는 단부로부터 제거하기 위해 상기 피스톤(196)이 이동하는 방향으로 상기 실린더(200)의 하나의 단부에 매달려 있는 핀(232)을 포함하고, 상기 사전선택된 온도보다 실질적으로 아래의 온도에서 상기 핀은 상기 피스톤의 단부 내의 리세스(236) 내에서 부분적으로 연장되며, 상기 리세스의 실질적인 나머지는 피스톤 이동을 수용하기 위해 실질적으로 접근가능하고, 상기 핀은, 상기 재료(188)가 상기 사전선택된 온도보다 실질적으로 아래에 있을 때 상기 핀이 상기 리세스의 실질적인 나머지 내로 실질적으로 이동하는 것을 방지하는 하나 이상의 전단 핀 또는 링의 형태의 돌출부(242)를 갖도록 구성되며, 상기 핀은 상기 피스톤 상의 힘이 상기 스페이서를 상기 대면하는 단부 사이로부터 제거하는 방향으로 상기 피스톤을 이동시키기에 충분히 클 때 파열되거나 달리 변형되어 상기 리세스의 실질적인 나머지 내로의 피스톤 이동을 가능하게 하도록 구성되는
    펌프.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 분할 링(172)으로부터, 상기 유체의 유동 방향으로, 샤프트 상류측을 둘러싸고 상기 샤프트 상류측을 따라 이격된 강성인 리테이닝 링(retaining ring)(180)으로서, 상기 리테이닝 링은 상기 샤프트가 회전하고 있을 때 상기 샤프트로부터 이격된 내경을 갖고, 상기 내경은 상기 환상체(174)의 일부를 한정하는, 상기 강성인 리테이닝 링(180); 및
    상기 샤프트(34)를 둘러싸고 상기 분할 링(172)과 상기 리테이닝 링(180) 사이에 위치된 유연한 중합체 링(178)으로서, 상기 중합체 링은 상기 샤프트가 회전하고 있을 때 상기 샤프트로부터 이격된 내경을 갖고, 상기 내경은 상기 환상체(174)의 일부를 한정하며, 상기 유연한 중합체 링은 상기 분할 링이 수축되고 상기 샤프트를 향해 상기 환상체 내로 이동할 때 상기 중합체 링을 가로지른 압력차에 의해 상기 샤프트를 향해 가압되는, 상기 유연한 중합체 링(178)을 포함하는
    펌프.
  21. 샤프트(34)를 통해 모터에 연결된 임펠러 섹션을 갖는 펌프(14)를 위한 셧다운 시일(shutdown seal)(170)로서, 상기 샤프트(34)는 상기 모터와 상기 임펠러 섹션 사이의 상기 샤프트 주위에 시일 하우징(32)이 개재된 상태로 상기 모터와 임펠러 사이에 회전가능하게 지지되고, 상기 시일 하우징은 회전하는 샤프트의 축 부분을 둘러싸고, 상기 셧다운 시일은 상기 샤프트의 회전이 느려지거나 정지된 후에 상기 샤프트를 둘러싸는 환상체(174) 내의 유체가 상기 셧다운 시일을 지나 누출되는 것을 방지하기 위해 상기 시일 하우징 내에 지지되도록 구성되는, 셧다운 시일(170)에 있어서,
    상기 샤프트(34)를 둘러싸도록 구성된 수축가능한 분할 링(172)으로서, 상기 분할 링은 대면하는 단부, 및 상기 펌프 내에 설치되고 상기 샤프트가 회전하고 있을 때 상기 샤프트로부터 이격되는 내경을 갖고, 상기 내경은 상기 환상체(174)의 일부를 한정하는, 상기 수축가능한 분할 링(172);
    상기 샤프트(34)의 정상 작동 동안 상기 대면하는 단부 사이의 환형 공간을 유지하기 위해 상기 분할 링(172)의 대면하는 단부 사이에 배치된 스페이서(176)로서, 상기 스페이서는, 상기 유체가 사전선택된 온도를 초과하여 상승할 때 상기 분할 링이 상기 환상체(174)의 일부를 좁히거나 실질적으로 밀봉하도록 수축할 수 있게 하기 위해 상기 대면하는 단부 사이로부터 제거되도록 작동가능한, 상기 스페이서(176);
    상기 유체가 사전선택된 온도를 초과하여 상승할 때 상기 분할 링이 상기 환상체(174)의 일부를 좁히거나 실질적으로 밀봉하도록 수축할 수 있게 하기 위해 상기 스페이서(176)를 상기 분할 링(172)의 대면하는 단부 사이로부터 제거하기 위한 액추에이터(184)를 포함하고, 상기 액추에이터는,
    축방향 치수를 갖는 실린더(200);
    상기 실린더(200) 내에서 축방향으로 이동가능한 피스톤(196)으로서, 상기 실린더는 상기 피스톤 주위에 밀봉되는 상단부 및 하단부를 갖고, 상기 피스톤은 일 단부에서 상기 스페이서(176)와 연결되는, 상기 피스톤(196);
    상기 상단부 및 상기 하단부 사이의 상기 실린더(200) 내의 공간을 점유하는 공동으로서, 상기 공간은 상기 피스톤의 일부를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 상기 스페이서가 상기 분할 링(172)의 대면하는 단부 사이에 배치될 때 상기 공동 내의 상기 공간을 통해 연장되는 상기 피스톤의 축방향 치수는 적어도 2개의 별개의 직경을 가지며, 상기 직경 중 가장 큰 것이 상기 피스톤의 이동 방향으로 상기 직경 중 보다 작은 것보다 앞서 있어서 상기 스페이서를 상기 분할 링의 대면하는 단부로부터 제거하는, 상기 공동; 및
    상기 공동 내의 상기 공간의 적어도 일부를 점유하는 재료(188)로서, 상기 재료는 온도의 상승 시에 팽창하여, 상기 재료가 사전확립된 온도를 초과하여 상승할 때 상기 스페이서(176)를 상기 대면하는 단부 사이로부터 제거하는 방향으로 상기 피스톤이 이동하게 하는 힘을 상기 피스톤(196)에 가하고, 상기 피스톤은 상기 공동 내의 상기 공간의 적어도 일부를 점유하는 상기 재료를 통해 축방향으로 연장되는, 상기 재료(188)를 포함하는
    셧다운 시일.
  22. 액추에이터(184)에 있어서,
    축방향 치수를 갖는 실린더(200);
    상기 실린더 내에서 축방향으로 이동가능한 피스톤(196)으로서, 상기 실린더는 폐쇄된 상단부 및 상기 피스톤 주위에 밀봉되는 하단부를 갖고, 상기 피스톤은 작동자(operator)(176)에 연결가능한 일 단부를 갖는, 상기 피스톤(196);
    상기 상단부 및 상기 하단부 사이의 상기 실린더(200) 내의 공간을 점유하는 공동으로서, 상기 공간은 상기 피스톤의 일부를 적어도 부분적으로 둘러싸고, 상기 피스톤이 상기 피스톤의 이동의 제 1 위치에 있을 때 상기 피스톤의 축방향 치수가 상기 공동 내의 상기 공간을 통해 연장되며, 상기 피스톤의 축방향 치수는 적어도 2개의 별개의 직경을 가지며, 상기 직경 중 가장 큰 것이 상기 피스톤의 이동 방향으로 상기 직경 중 보다 작은 것보다 앞서 있어서 상기 피스톤을 제 2 위치로 이동시키고, 상기 2개의 직경은 상기 피스톤이 상기 제 1 위치에 있을 때 상기 공간의 적어도 일 부분을 점유하는, 상기 공동;
    상기 적어도 2개의 별개의 직경들 사이의 전환부(transition)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 상기 공동 내부의 재료(188)로서, 상기 재료는 상기 피스톤(196)에 힘을 가하도록 온도의 상승 시에 팽창하고, 상기 피스톤의 적어도 2개의 별개의 직경들 사이의 상기 전환부에 걸쳐 위에 상기 피스톤의 외부 원주 주위의 영역 위에 힘이 가해져, 상기 재료가 사전선택된 온도를 초과하여 상승할 때 상기 피스톤이 상기 제 2 위치로 이동하게 하며, 상기 피스톤은 상기 공동 내부의 상기 재료를 통해 축방향으로 연장되는, 상기 재료(188); 및
    상기 재료가 상기 사전선택된 온도보다 아래에 있을 때 상기 피스톤이 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동하는 것을 방지하고, 상기 재료가 상기 사전선택된 온도를 초과하여 상승할 때 상기 피스톤을 수동적으로 로킹해제하고 상기 피스톤이 상기 제 2 위치를 향하는 방향으로 이동하는 것을 허용하도록, 상기 재료와 별개로 구성된 열 활성화 안전 로크를 포함하는
    액추에이터.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 안전 로크는, 상기 실린더(200)의 상기 상단부에 부착되고 그로부터 매달려 있고 상기 피스톤(196)이 상기 제 2 위치를 향해 이동하는 방향으로 연장되는 핀(232)을 포함하며, 상기 핀은 상기 피스톤의 단부 내의 리세스(236) 내에서 부분적으로 연장되고, 상기 리세스의 나머지의 적어도 일부는 열 활성화 재료(230)로 충전되며, 상기 열 활성화 재료는, 상기 사전선택된 온도보다 아래의 온도에서, 상기 열 활성화 재료가 상기 핀의 측부(234) 옆으로 그리고 상기 리세스 밖으로 유동하는 것을 방지하는 점도를 갖고, 상기 사전선택된 온도 이상의 온도에서, 상기 열 활성화 재료는 상기 열 활성화 재료가 상기 핀의 측부 옆으로 그리고 상기 리세스 밖으로 유동하는 것을 가능하게 하여, 상기 피스톤이 상기 제 2 위치를 향하는 방향으로 이동하는 것을 가능하게 하는 감소된 점도를 갖는
    액추에이터.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 열 활성화 재료(230)는 중합체인
    액추에이터.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 중합체는 폴리에틸렌인
    액추에이터.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 안전 로크는, 상기 열 활성화 재료(230)가 상기 사전선택된 온도보다 아래에 있을 때, 그리고 상기 피스톤 상의 힘이 상기 피스톤을 상기 제 2 위치를 향하는 방향으로 이동시키기에 충분히 클 때, 상기 피스톤(196)이 상기 제 2 위치로 이동하는 것을 방지하는 방해물을 형성하도록 구성된 전단 핀 돌출부(242)를 포함하고, 상기 전단 핀 돌출부는 파열되거나 달리 변형되어 상기 방해물을 제거하는
    액추에이터.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 안전 로크는 상기 피스톤(196)이 상기 제 2 위치를 향해 이동하는 방향으로 상기 실린더(200)의 상기 상단부에 부착되고 그로부터 매달려 있는 핀(232)을 포함하고, 상기 사전선택된 온도보다 아래의 온도에서, 상기 핀은 상기 피스톤의 단부 내의 리세스(236) 내에서 부분적으로 연장되며, 상기 리세스의 나머지의 적어도 일부는 피스톤 이동을 수용하기 위해 접근가능하고, 상기 핀은, 상기 재료(188)가 상기 사전선택된 온도보다 아래에 있을 때 상기 핀이 상기 리세스의 나머지의 일부 내로 이동하는 것을 방지하는 하나 이상의 전단 핀 또는 링의 형태의 돌출부(242)를 가지며, 상기 돌출부는 상기 피스톤 상의 힘이 상기 피스톤을 상기 제 2 위치로 이동시키기에 충분히 클 때 파열되거나 달리 변형되어 상기 리세스의 나머지의 일부 내로의 핀 이동을 가능하게 하도록 구성되는
    액추에이터.
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