TW201341669A - 洩漏事件時密封泵的方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種泵洩漏減輕器件，其包含在一泵之一外表面上之一或多個夾持臂，該一或多個夾持臂可由一偏置元件驅動以抵靠該泵之一軸安置以密封或減少通過該泵之一沖放孔口之流體流動。該偏置元件僅在臨限溫度處嚙合，諸如與沖放孔口故障(此時額外密封可係必要的)相關聯之彼等臨限溫度。可使用任何數目及形狀之夾持臂且基於該泵之幾何形狀以達成所期望密封。一密封劑表面及/或保持機構可與該洩漏減輕器件一起使用以在一泵故障突發狀況的整個期間增強流體流動阻塞。泵洩漏減輕器件安裝於各種不同泵類型之一外側上且可因此經安裝、致動、操縱、脫離及/或移除而不必須破壞或拆卸該泵。

Description

洩漏事件時密封泵的方法及裝置

圖1係用於驅動冷卻劑/緩和劑穿過一核反應器之一習用輕水反應器再循環泵10之一圖解說明。如圖1中所展示，泵10包含驅動一離心泵機構或其他泵機構19以形成一壓力落差或流體噴射至一核反應器中之一軸11。習用再循環泵10包含軸11延伸穿過之一密封匣筒12。大體而言，密封匣筒12可將軸11分離成浸入所驅動流體中之區(諸如在泵機構19處)及乾燥且接收驅動機械能之區(諸如軸11之一頂部部分)。軸11藉以進入至密封匣筒12中之一沖放孔口13大體而言可防止或實質上減少流體自泵機構19沿軸11向上且至密封匣筒12外部之遷移。以此方式，習用再循環泵10可驅動冷卻劑/緩和劑穿過一反應器而無穿過該泵之冷卻劑/緩和劑損失。

如圖1中所展示，壓水式反應器中之某些習用再循環泵10可包含可透過該泵之拆卸而安裝之一或多個內部有機停工密封件15。在泵10之非使用期間(諸如在維護週期或如一電廠停電之特定瞬變事件期間)，穿過泵機構19之一工作流體之溫度及壓力可致使沖放孔口13洩漏冷卻劑/緩和劑。內部有機停工密封件15可包含一單獨熱致動器，該單獨熱致動器在與沖放孔口13之故障相關聯之一溫度處釋放有機o形環以在密封匣筒12內永久性地抵靠軸11密封及/或黏合至軸11，藉此防止或減少由反應器內之溫度及壓力引起之沿軸11及最終沿沖放孔 口13之洩漏。該有機o形環可需要在與電廠停運相關聯之時間間隔處進行替換。

實例性實施例包含用於減少流體穿過泵沖放孔口之洩漏之器件及使用該等器件之泵。實例性實施例可有利於與具有一驅動軸之泵一起使用，該驅動軸穿過一孔口進入至該泵中，該孔口可在較高溫度處洩漏或以其他方式發生故障。此等泵將包含(舉例而言)在世界範圍內用於市售核反應器中之再循環及緊急冷卻泵。實例性實施例包含在該泵之一外表面上之至少一個夾持臂，該至少一個夾持臂可在此密封可係必要的之溫度處由一力驅動以抵靠該軸安置且阻塞該沖放孔口。可藉由基於溫度而致動之任何類型之偏置元件(舉例而言，包含一熱電耦-致動器對或雙金屬彈簧)提供該力。可使用單個或數個夾持臂且基於該泵之幾何形狀以達成所期望密封。舉例而言，具有半圓形表面之兩個夾持件或一單個束帶式夾持件可有效地密封一圓形泵軸之一周邊。

由於夾持臂僅在所期望溫度處抵靠一沖放孔口處之一軸安置，因此實例性實施例可僅在故障條件下在與沖放孔口故障相關聯之臨限溫度(舉例而言，諸如大約華氏300度至華氏350度)處致動以嚙合且幫助減輕穿過沖放孔口之流體損失。此外，由於實例性實施例可部署於泵之外部部分上，因此實例性實施例可經安裝、接達及移除而不必須破壞或拆卸該泵。實例性實施例可使用並不需要替換之耐輻射及耐高溫材料。

實例性實施例可包含數個額外特徵以增強一密封且以所期望方式執行。舉例而言，一夾持臂可包含增強該臂與軸/沖放孔口之間的接觸且進一步減少洩漏之一密封劑表面，如一墊片或黏合劑。實例性實施例亦可使用如棘輪、鎖等之保持器件以一旦經致動即將一夾持臂 維持於一密封位置中。若使用如一雙金屬彈簧之一被動偏置元件，則保持器件可甚至在一泵開始冷卻之後仍維持所增強之沖放孔口密封。亦可將額外元件用於該泵之外部，以使得其可經安裝、脫離及/或移除而不需要拆卸該泵。

10‧‧‧輕水反應器再循環泵

11‧‧‧軸

12‧‧‧密封匣筒

13‧‧‧沖放孔口

15‧‧‧停工密封件

19‧‧‧泵機構

100‧‧‧溫度相依之沖放孔口密封件

110‧‧‧溫度敏感偏置元件

120‧‧‧密封夾持件

125‧‧‧密封劑表面

130‧‧‧保持器件

131‧‧‧棘輪表面

132‧‧‧棘輪保持器

圖1係可用於核反應器中之一習用再循環泵之一圖解說明。

圖2係一實例性實施例之再循環泵密封件之一側視圖之一圖解說明。

圖3係一實例性實施例之再循環泵密封件之一俯視圖之一圖解說明。

藉由詳細闡述隨附圖式，實例性實施例將變得更顯而易見，其中相似元件由相似元件符號表示，該等元件符號僅以圖解說明方式給出且因此不限制其繪示之術語。

此係一專利文件，且當閱讀並理解該專利文件時應適用構造之一般廣泛規則。此文件中所闡述及展示之每一事物係歸屬於隨附申請專利範圍之範疇內之標的物之一實例。本文中所揭示之任何特定結構及功能性細節僅出於闡述如何做出及使用實例性實施例之目的。本文中未具體揭示之數項不同實施例皆歸屬於申請專利範圍之範疇內；如此，申請專利範圍可以諸多替代形式體現且不應理解為限於僅本文中所陳述之實例性實施例。

將理解，雖然本文中可使用術語第一、第二等來闡述各種元件，但此等元件不應由此等術語限制。此等術語僅用來區分一個元件與另一元件。舉例而言，在不背離實例性實施例之範疇之情況下，可將一第一元件稱作一第二元件，且類似地，可將一第二元件稱作一第一元件。如本文中所使用，術語「及/或」包含相關聯之所列舉物項 中之一或多者之任一組合及所有組合。

將理解，當稱一元件「連接」、「耦合」、「配接」、「附接」或「固定」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件，或者可存在介入元件，只要此不破壞所闡述特徵之任何功能性即可。相比而言，當稱一元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，則不存在介入元件。用來闡述元件之間的關係之其他措辭應以一相似方式解譯(例如，「在...之間」對「直接在...之間」、「毗鄰」對「直接毗鄰」等)。

如本文中所使用，單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」意欲包含單數形式及複數形式兩者，除非語言藉助如「僅」、「單個」及/或「一個」之措辭而另有明確指示。將進一步理解，當在本文中使用術語「包括(comprises)」、「包括(comprising)」、「包含(includes)」及/或「包含(including)」時，其規定存在所述特徵、步驟、操作、元件、概念及/或組件，但其自身並不排除存在或添加一或多個其他特徵、步驟、操作、元件、組件、概念及/或其群組。

亦應注意，下文所論述之結構及操作可不以圖中所闡述及/或提及之次序發生或出現。舉例而言，取決於所涉及之功能性/動作，可事實上同時執行或有時可以相反次序執行連續展示之兩個操作及/或圖。類似地，可重複地、個別地或順序地執行下文所闡述之實例性方法內之個別操作以便提供除下文所闡述之若干單個操作以外之循環操作或其他系列之操作。應假定，具有下文所闡述之特徵或功能性(以任何可行組合形式)之任何實施例皆歸屬於實例性實施例之範疇內。

圖2係繞一泵之一沖放孔口13安裝之一實例性實施例之溫度相依之沖放孔口密封件100之一圖解說明。如圖2中所展示，實例性實施例之密封件100包含耦合至一密封夾持件120之溫度敏感偏置元件110。偏置元件110及密封夾持件120兩者經成形及定大小以繞一選定泵之一 沖放孔口13安裝。舉例而言，偏置元件110可連接於密封匣筒12之一支撐件與密封夾持件120之間，且密封夾持件120可可滑動地安裝於連接至偏置元件110之密封匣筒12之一頂部表面上。或者，舉例而言，偏置元件110可連接於附近的另一靜態結構與密封夾持件120之間。由於實例性實施例之溫度相依之沖放孔口密封件100與密封夾持件120一起安裝於密封匣筒12之外部(諸如繞沖放孔口13)，因此實例性實施例之密封件100可經安裝、接達、移除及/或操縱而不需要拆卸或破壞密封匣筒12及/或包含密封匣筒12之一泵。

溫度敏感偏置元件110經組態以按在一泵達到一臨限溫度時密封或實質上阻塞沖放孔口13之一方式偏置密封夾持件120。臨限溫度可經選擇以對應於沖放孔口13故障及/或洩漏溫度。舉例而言，元件110可係一雙金屬彈簧，其在與過熱及沖放孔口13之可能故障相關聯之溫度處經歷熱膨脹。該熱膨脹可致使此一雙金屬彈簧推動密封夾持件120遠離該彈簧附接至之一相對靜態結構且朝向軸11。

作為一特定實例，密封匣筒12及因此實例性實施例之孔口密封件100之正常操作溫度可係大約華氏100度至華氏130度。在與反應器冷卻之損失相關聯之一能量損失事件期間，溫度可相對快速上升且近似華氏535度。在此一實例中，可用於溫度敏感偏置元件110之一雙金屬彈簧可係選自以下材料：其有差別地膨脹且因此在高於華氏100度至華氏130度之正常操作溫度之臨限溫度(舉例而言，在華氏250度至華氏300度左右)處偏置夾持件120。以此方式，夾持件120可不在操作溫度或輕微過熱條件處偏置，但將在與致使沖放孔口13之故障及穿過其之洩漏之漫長瞬變相關聯之溫度處偏置且保持偏置。此可防止夾持件120在操作期間接觸軸11且因此防止或減少一旋轉軸11與夾持件120之間的接觸所致之損害之潛在風險。

可期望且達成用於溫度敏感偏置元件110之其他臨限溫度。若偏 置元件110係一雙金屬彈簧(舉例而言)，則適當材料選擇及組態可在其他臨限溫度處產生嚙合以計及不同的穩定狀態操作溫度及/或沖放孔口13故障溫度。類似地，在除雙金屬彈簧以外之實例性實施例中亦可使用其他類型之溫度敏感偏置元件110，包含(舉例而言)溫度敏感致動器或熱電耦及傳感器。雙金屬彈簧及類似機構可提供不需要外部動力以進行操作之一優點，由具高耐性以抵禦在運作之核電廠中存在之條件之材料製作，及/或相對易於安裝於在習用核電廠中找到的各種類型之泵之密封匣筒12上。

夾持件120可呈現數種不同組態以便成功密封及/或減少穿過一損壞之沖放孔口13之洩漏。如圖3中所展示，兩個實例性實施例之溫度相依之沖放孔口密封件100可藉助新月形夾持件120安裝於密封匣筒12上在軸11之相對側上以抵靠軸11安置。另一選擇係，一單個實例性實施例之孔口密封件100可與可係一束帶式夾持件之一夾持件120一起使用，該束帶式夾持件繞沖放孔口13密封軸11之一整個周邊。可使用各種形狀之任何數目個夾持件120及/或與夾持件120具有任何關聯之溫度敏感偏置元件110以提供一所期望幾何形狀且達成對沖放孔口13之一定程度之密封。

夾持件120及偏置元件110可由在一運作之核電廠中實質上維持其物理性質且在嚙合時成功阻塞或密封沖放孔口13之任何材料製成，包含不銹鋼、鋁合金、碳鋼等。若使用高耐性材料，則實例性實施例可貫穿一相關聯泵之壽命而需要極少或完全不需要維護或替換。類似地，夾持件120及偏置元件110可選自與偏置元件110及/或密封匣筒12之一表面相容且並不弄髒其之一材料。如圖3中所展示，夾持件120可包含一密封劑表面125，該密封劑表面可充當一墊片以增強繞沖放孔口13在夾持件120、軸11及/或密封匣筒12之間的一密封。舉例而言，密封劑表面125可係附接至夾持件120之一接觸表面之一橡膠、磁性、 塑膠及/或黏合層。

如圖3中所展示，實例性實施例之孔口密封件100可進一步包含一保持器件130，一旦溫度敏感偏置元件110已致動且偏置夾持件120以密封沖放孔口13，該保持器件即將夾持件120鎖定至一密封位置中。舉例而言，保持器件130可包含安裝於夾持件120上之一棘輪表面131及安裝於密封匣筒12或另一相對表面上之一對應棘輪保持器132。棘輪保持器132及棘輪表面131可經相對定位以僅一旦夾持件120已移動至抵靠軸11之一實質上偏置位置(諸如在損失反應器冷卻劑或其他洩漏情況之情形中有效密封或阻塞穿過沖放孔口13之90%以上之流動所要求之一位置)即嚙合且鎖定。

藉由將實例性實施例之孔口密封件100鎖定於抵靠軸11及沖放孔口13之一致動位置中，即使一泵開始冷卻下來及/或偏置元件110在嚙合之後發生故障，沖放孔口13亦將藉由實例性實施例而保持實質上密封且因此減少故障後及冷卻期間之洩漏。若不再需要衝放孔口13之額外密封，則可手動地、自動地或遙控地釋放棘輪保持器132以脫離實例性實施例。若針對實例性實施例使用外部定位，則可能達成實例性實施例之此脫離而不破壞或拆除密封匣筒12或其他泵組件。

實例性實施例之溫度相依之沖放孔口密封件100可安裝於下述任何新的或現有泵上：其中在諸如用於泵之一工作流體之過熱及/或過量壓力之情形中沿軸11及穿過沖放孔口13之洩漏係一風險。由於實例性實施例在密封匣筒12之一外部上起作用，因此可在可接達具有密封匣筒12之一泵之任一時間處安裝、移除及/或局部脫離實例性實施例之溫度相依之沖放孔口密封件100。可以滿足沖放孔口密封需要之任一數目及任一夾持件/偏壓元件組態來安裝實例性實施例之溫度相依之沖放孔口密封件100。

由於實例性實施例之溫度相依之沖放孔口密封件能夠安裝於一 密封匣筒12之一外部上、可經組態以在所期望溫度處選擇性地嚙合及/或能夠進行非破壞性安裝、嚙合、脫離及移除，因此實例性實施例可相對易於部署以在反應器冷卻損失及沖放孔口13故障之例項中限制穿過核電廠中之各種現有泵之沖放孔口之可能洩漏。舉例而言，反應器再循環泵、反應器核心隔離冷卻(RCIC)泵或高輸出高壓力注入冷卻(HPIC)泵皆可與實例性實施例一起用於沸水反應器中。

透過因此闡述之實例性實施例及方法，熟習此項技術者將瞭解，實例性實施例可透過常規實驗而變化及替代同時仍歸屬於以下申請專利範圍之範疇內。舉例而言，雖然某些實例性實施例闡述為在所期望溫度處被動地嚙合，但實例性實施例亦可與相當直接地量測泵中之溫度之溫度感測器(諸如熱電耦或熱能輻射監視器)一起使用且在臨限溫度處致動。此外，應理解，可結合其中在諸如一電廠停電瞬變之事故情景期間泵可發生故障且洩漏之任何反應器一起使用實例性實施例及方法。此等變化形式不應視為背離以下申請專利範圍之範疇。

11‧‧‧軸

12‧‧‧密封匣筒

13‧‧‧沖放孔口/損壞之沖放孔口

100‧‧‧密封件/溫度相依之沖放孔口密封件/孔口密封件/外部密封件

110‧‧‧溫度敏感偏置元件/偏置元件/元件/溫度相依之偏置元件

120‧‧‧密封夾持件/夾持件/夾持臂/對應夾持臂

Claims (10)

1. 一種用於一核電廠泵(10)之外部密封件(100)，該核電廠泵具有一軸(11)及繞該軸之沖放孔口(13)，該密封件(100)包括：一夾持臂(120)，其經成形以在該沖放孔口(13)處抵靠該軸(11)安置以便密封該沖放孔口(13)；及一溫度相依之偏置元件(110)，其耦合至該夾持臂(120)，其中該偏置元件(110)經組態以僅在與該沖放孔口(13)之故障相關聯之一溫度處驅動該夾持臂(120)朝向該軸(11)。
2. 如請求項1之外部密封件(100)，其中該溫度相依之偏置元件(110)係一雙金屬彈簧。
3. 如請求項2之外部密封件(100)，其中該溫度係大約華氏300度。
4. 如請求項1之外部密封件(100)，其中該夾持臂(120)包含匹配該軸(11)之一外部之一新月形狀。
5. 如請求項4之外部密封件(100)，其進一步包括：一密封劑表面(125)，其附接至該夾持臂(120)，其中該密封劑表面(125)經組態以增強該沖放孔口(13)之密封。
6. 如請求項1之外部密封件(100)，其進一步包括：一保持器件，其經組態以將該夾持臂鎖定於密封該沖放孔口(13)之一位置中，其中該保持器件包含在該夾持臂(120)上之一棘輪表面(130)及相對於該夾持臂(120)固定且經定位以嚙合該棘輪表面(130)之一棘輪保持器(132)。
7. 一種洩漏減輕泵(10)，其包括：一軸(11)，其經組態以旋轉且提供機械動力至該泵(10)；一密封匣筒(12)，其形成該泵(10)之一外部表面，其中該密封匣筒(12)形成該軸(11)藉以進入至該密封匣筒(12)中之一沖放孔 口(13)；一夾持臂(120)，其在繞該軸(11)之該密封匣筒(12)之外部上；及一溫度相依之偏置元件(110)，其連接至該夾持臂(120)以便在一臨限溫度處偏置該夾持臂(120)朝向該軸(11)。
8. 如請求項7之泵(10)，其中該泵(10)係一沸水反應器驅動之核電廠中之一反應器再循環泵。
9. 如請求項8之泵(10)，其中該夾持臂(120)及該等偏置元件(110)係由經組態以在一運作之核反應器環境中實質上維持其物理特性之材料製作。
10. 如請求項7之泵(10)，其進一步包括：一對應夾持臂(120)，其經組態以結合該夾持臂(120)一起密封軸(11)之一整個周邊。