TWI639772B - 具有熱能回收致動器之泵浦密封 - Google Patents

具有熱能回收致動器之泵浦密封 Download PDF

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TWI639772B
TWI639772B TW103132526A TW103132526A TWI639772B TW I639772 B TWI639772 B TW I639772B TW 103132526 A TW103132526 A TW 103132526A TW 103132526 A TW103132526 A TW 103132526A TW I639772 B TWI639772 B TW I639772B
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約翰Ｗ 康瑞德
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西屋電器公司
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Abstract

本發明揭示一種用於一旋轉軸件關閉密封之熱能致動器，該熱能致動器具有一活塞，其中其軸向長度之一部分圍封於一缸筒殼體內，其中一材料，諸如高於一給定溫度而改變狀態或變形之一可熔鏈接件內插於該缸筒之一封閉端與該活塞之一端之間。該活塞經彈簧偏置朝向該材料且在達到該給定溫度時朝向該缸筒之該封閉端移動，且該材料之該變形或狀態變化為該活塞朝向該封閉端移動製造空間。該活塞之移動透過一活塞桿轉移以啟動該密封。

Description

具有熱能回收致動器之泵浦密封 相關申請案的交叉參考
本申請案係關於2013年8月20日申請之標題為「Pump Seal With Thermal Retracting Actuator」之申請案第13/970,899號。
本發明大體上係關於旋轉軸件密封，且更特定言之，係關於一種用於一離心泵浦之熱能致動密封且尤其係關於一種用於此一密封之新熱能致動器。
在加壓水核電站中，使用一反應器冷卻劑系統將熱自反應器堆芯輸送至蒸氣產生器以產生蒸氣。接著使用蒸氣來驅動一渦輪發電機以產生有用功。該反應器冷卻劑系統包含複數個分離的冷卻迴路，各冷卻迴路連接至該反應器堆芯且含有一蒸氣產生器及一反應器冷卻劑泵浦。
反應器冷卻劑泵浦通常係一種經設計以在高溫及高壓下(例如，550℉(280℃)及大約2,250psia(155巴)之壓力下)移動大量反應器冷卻劑之垂直、單級離心泵浦。該泵浦自下而上基本上包含三個大致區段：液壓區段、軸件密封區段及馬達區段。下部液壓區段包含安裝於泵浦軸件之一下端上之一葉輪，該葉輪可在泵浦外殼內操作以沿各自迴路泵送反應器冷卻劑。上部馬達區段包含經耦合以驅動泵浦軸件之一馬達。中間軸件密封區段包含三個串疊密封總成：下部初級(第一 密封)密封總成、中間二級密封總成及上部三級密封總成。密封總成經定位與泵浦軸件同心且在泵浦軸件之頂端附近，且其等之組合目的係在正常操作條件下提供沿泵浦軸件至圍阻體氛圍之最小反應器冷卻劑洩漏。先前技術中已知之泵浦軸件密封總成之代表性實例描述於美國專利第3,522,948號、第3,529,838號、第3,632,117號、第3,720,222號及第4,275,891號中。
機械地密封介於固定泵浦壓力邊界與旋轉軸件之間的介面之泵浦軸件密封總成必須能夠控制高系統壓力(大約2,250psi(155巴))而無過多洩漏。使用三個密封總成之串疊配置以逐級分解壓力。此三個機械泵浦密封總成係受控洩漏密封，其等在操作時允許各級之最小量之受控洩漏，同時防止自初級冷卻劑系統至各自密封引漏孔之反應器冷卻劑之過多洩漏。
泵浦密封總成通常透過在密封總成處注射冷卻流體或透過使用在初級流體到達密封總成之前冷卻該初級流體之一熱交換器而維持在遠低於初級冷卻劑系統之溫度之溫度。此等系統之理論化故障會使密封總成暴露於高溫，其將可能造成密封總成之受控洩漏明顯增大。在於反應器堆芯中喪失所有核燃料冷卻之原因係歸因於喪失所有AC電力時，密封引漏無法在無電力對補充泵浦供電之情況下返回至冷卻劑系統。在無補充構件之情況下，受控洩漏推測可能導致反應器冷卻劑不覆蓋反應器堆芯且導致後續堆芯損壞。
因此，存在對一種在同時喪失所有燃料冷卻及喪失補充泵送之情況下支援標準密封總成之有效方法的需要。較佳地，此一支援密封應可在喪失電力或喪失補充泵送能力之其他原因時操作以實質上密封軸件使其不洩漏。
根據本發明，藉由用於減速或停止旋轉設備(諸如一泵浦、壓縮 器等)之一軸件之一熱能致動之關閉密封達成前述目的，該熱能致動之關閉密封經設計以限制通過一軸件密封之冷卻劑之常見洩漏。申請專利範圍主張之關閉密封可用於密封在其軸件與外殼之間具有一窄流量環路之任何設備。
關閉密封之特徵在於「開口環(split ring)」，其經設計以：(i)在正常操作期間用該開口環與軸件之間的一環路圍繞該軸件；及(ii)當該軸件變慢至低於一預定速度或停止旋轉時抵著該軸件收縮。該開口環具有在該軸件於正常線上操作期間旋轉時藉由一間隔件維持分隔關係之面對面端。當該軸件變慢或停止旋轉且外殼中之溫度升高時，自該開口環之面對面端移除該間隔件且該開口環在該開口環之面對面端接近彼此時抵著該軸件收縮，其透過環路防止冷卻劑之大部分洩漏。
較佳地，關閉密封亦具有一柔韌聚合物密封環，當開口環阻止冷卻劑通過環路之洩漏時，該柔韌聚合物密封環由於外殼中之壓力增大而被抵著軸件推動。
特定言之，本發明提供具有一改良致動器之此一密封，該改良致動器用於在環路中之液體升高至高於一預選溫度時自該開口環之面對面端之間移除間隔件，因此該開口環可收縮以使被該開口環覆蓋之環路之部分變窄或實質上密封該部分。該致動器包含具有一軸向尺寸之一缸筒，其中一活塞可在該缸筒內軸向移動，其中該缸筒具有圍繞該活塞密封之一上端及一下端。一活塞桿在該活塞之一下端處延伸穿過該缸筒中之一下部開口且使活塞桿之一端連接至間隔件。當間隔件安置於該開口環之面對面端之間時，一腔佔據該活塞與該缸筒之一上端之間之該缸筒之一上部分內之一空間。一可熔鏈接件(fusible link)佔據該活塞與該缸筒之上端之間的該腔內之該空間之至少一些。該可熔鏈接件經選擇以在一預選溫度下變形或改變狀態以使得該活塞能夠移動至該腔中。一彈簧內插於該活塞之一下端與該缸筒之下端之間， 抵著該可熔鏈接件偏置該活塞。該致動器總成經結構化以在該可熔鏈接件狀態變化或變形時將該活塞朝向該缸筒之上端移動以自該開口環之面對面端之間移除該間隔件。
在一實施例中，該彈簧係一波形彈簧。較佳地，該波形彈簧包括串疊對準因此其高點及低點分別對準之數個片。當該間隔件實質上定位於該開口環之面對面端之間時，該彈簧實質上處於一壓縮狀態中。
在另一實施例中，在緊隨該活塞開始移動至該腔中之前的時刻，該活塞桿在活塞桿正對該缸筒中之開口之位置上在開口附近具有一減小之直徑。較佳地，該可熔鏈接件實質上係由具有大約介於280℉(138℃)與390℉(198℃)之間的一熔點之一材料製成。
本發明亦考量一種採用上述概念之關閉密封及致動器。
10‧‧‧反應器冷卻劑迴路
12‧‧‧蒸氣產生器
14‧‧‧反應器冷卻劑泵浦
16‧‧‧反應器堆芯
18‧‧‧初級熱交換管
20‧‧‧入口氣室
22‧‧‧出口氣室
24‧‧‧流徑
26‧‧‧流徑
28‧‧‧流徑
30‧‧‧泵浦外殼
32‧‧‧密封外殼
33‧‧‧環形壁
34‧‧‧泵浦軸件
35‧‧‧壓力室
36‧‧‧泵浦外殼內部
38‧‧‧下部初級密封總成
40‧‧‧中間二級密封總成
42‧‧‧上部三級密封總成
44‧‧‧流道/環形流道/密封流道總成
46‧‧‧流道/環形流道
48‧‧‧流道/環形流道
50‧‧‧環形密封環/密封環總成
52‧‧‧環形密封環
54‧‧‧環形密封環
56‧‧‧頂部表面
58‧‧‧頂部表面
60‧‧‧頂部表面
62‧‧‧底部表面
64‧‧‧底部表面
66‧‧‧底部表面
69‧‧‧初級引漏孔
70‧‧‧環形固持件
71‧‧‧引漏孔
72‧‧‧環形密封板/面板
74‧‧‧密封環固持件
76‧‧‧環形面板/密封板
78‧‧‧環形支撐件
80‧‧‧肩部
82‧‧‧套管
84‧‧‧支腿
86‧‧‧肩部
88‧‧‧肩部
90‧‧‧銷
92‧‧‧凹口
94‧‧‧軸向槽
96‧‧‧O環密封
98‧‧‧O環密封
100‧‧‧O環密封
102‧‧‧介面
104‧‧‧O環密封
106‧‧‧介面
108‧‧‧向下延伸支腿
110‧‧‧環形密封環插入件
112‧‧‧帽螺釘
114‧‧‧O環密封
118‧‧‧O環密封
120‧‧‧介面
122‧‧‧銷
124‧‧‧井
126‧‧‧井壁
128‧‧‧夾持構件
130‧‧‧固定環
132‧‧‧夾持環
134‧‧‧鎖定環
136‧‧‧帽螺釘
138‧‧‧盤形彈簧
140‧‧‧內凹
142‧‧‧環形支點
144‧‧‧脊
146‧‧‧部分
148‧‧‧脊
150‧‧‧面板
151‧‧‧夾持構件
152‧‧‧支點
154‧‧‧密封表面
156‧‧‧密封表面
158‧‧‧表面
160‧‧‧表面
162‧‧‧環形低壓區域
164‧‧‧密封間隙
166‧‧‧高壓邊緣/末端/外邊緣
168‧‧‧圓
170‧‧‧關閉密封
172‧‧‧可收縮開口環/可回收間隔件
174‧‧‧環路
176‧‧‧間隔件/待致動機構
178‧‧‧柔韌聚合物密封環/初級密封環
180‧‧‧固態固定閥座環
182‧‧‧波形彈簧
184‧‧‧熱能致動器/熱能回應之機械裝置
186‧‧‧活塞/活塞頭
188‧‧‧可熔鏈接件材料/可熔鏈接件
190‧‧‧圓柱形外殼/缸筒
192‧‧‧封閉端/上端
194‧‧‧活塞桿
196‧‧‧密封/O環/下端
198‧‧‧過渡部/減小之直徑
200‧‧‧波形彈簧片
202‧‧‧彈簧
204‧‧‧墊圈
205‧‧‧螺紋帽
206‧‧‧固定夾
207‧‧‧O環
210‧‧‧流量通道/流體通道
212‧‧‧中心開口
當結合隨附圖式閱讀時，可自較佳實施例之下文描述獲得本發明之進一步瞭解，其中：圖1係一習知核反應器冷卻系統之一冷卻迴路之一示意圖，其包含與反應器串聯連接在一封閉迴路系統中之一蒸氣產生器及反應器冷卻劑泵浦；圖2係一反應器冷卻劑泵浦之軸件密封區段之一剖面透視圖，其以截面繪示密封外殼以及安置於密封外殼內且圍繞泵浦軸件之下部初級密封總成、中間二級密封總成及上部三級密封總成；圖3係圖2之反應器冷卻劑泵浦之密封外殼及密封總成之一部分之一放大截面圖；圖4係可應用本發明之軸件密封配置之一截面圖，其展示圖2及圖3中所示之下部初級密封之一放大圖；圖5係圖4中所示之初級密封之插入件之一放大部分，其中泵浦 軸件之一部分及一關閉密封以陰影線表示，其中該關閉密封展示為採用一熱能致動之機械活塞以自開口環移除間隔件；圖6係採用申請專利範圍主張之原理且取代圖5中所示之致動器之一致動器之一實施例之一放大截面側視圖；圖7係支撐於一密封外殼內之圖6中所示之實施例之一縱視截面圖；及圖8係申請專利範圍主張之熱能致動之機械活塞之一第二實施例之一縱視截面圖。
在下文描述中，貫穿若干視圖，相似參考符號標示相似或對應部件。此外，在下文描述中，應瞭解，諸如「向前」、「向後」、「向左」、「向右」、「向上」、「向下」等之此等方向術語係方便用詞且不應解釋為限制性術語。
先前技術之反應器冷卻泵浦
為瞭解本發明，有益的是瞭解本發明將於其中操作之一環境。然而，應明白，本發明具有許多其他應用。參考圖1，其中展示一習知核反應器冷卻劑系統之複數個反應器冷卻劑迴路10之一者之一示意圖。冷卻劑迴路10包含在一封閉迴路冷卻劑系統中與核反應器堆芯16串聯連接之一蒸氣產生器12及反應器冷卻劑泵浦14。蒸氣產生器12包含與蒸氣產生器12之入口氣室20及出口氣室22連通之初級熱交換管18。蒸氣產生器12之入口氣室20與反應器堆芯16之出口流體連通地連接以沿流徑24自反應器堆芯16之出口接收熱冷卻劑，其通常稱為封閉迴路系統之熱段。蒸氣產生器12之出口氣室22沿封閉迴路系統之流徑26與反應器冷卻劑泵浦14之一入口區段側流體連通地連接。反應器冷卻劑泵浦14之出口壓力側與反應器堆芯16之入口流體連通地連接，以沿封閉迴路系統之冷段之流徑28將相對較冷的冷卻劑饋給至反應器堆 芯16之入口。
冷卻劑泵浦14在高壓下沿封閉迴路系統泵送冷卻劑。特定言之，自反應器堆芯16流出之熱冷卻劑被引導至蒸氣產生器12之入口氣室20並通過與蒸氣產生器12之入口氣室20連通之熱交換管18。當在熱交換管18中時，熱冷卻劑以與經由一習知構件(未展示)供應至蒸氣產生器12之冷給水成熱交換關係而流動。給水被加熱且其部分變成蒸氣用於驅動一渦輪發電機(未展示)。其溫度已藉由熱交換而降低之冷卻劑接著經由冷卻劑泵浦14再循環至反應器堆芯16。
反應器冷卻劑泵浦14必須能夠在高溫及高壓下沿封閉迴路系統移動大量反應器冷卻劑。儘管自蒸氣產生器12流動通過泵浦14之冷卻劑之溫度由於熱交換已冷卻至實質上低於在熱交換之前自反應器16流動至蒸氣產生器12之冷卻劑之溫度，但其溫度仍相對較高(通常約550℉(288℃))。為在此等相對較高溫度下使冷卻劑維持一液體狀態，系統可藉由注射泵浦(未展示)加壓且在大約2,250psia(155巴)之壓力下操作。
如圖2及圖3中所示，先前技術之反應器冷卻劑泵浦14通常包含一泵浦外殼30，該泵浦外殼30之一端終接於一密封外殼32中。該泵浦亦包含一泵浦軸件34，該泵浦軸件34在泵浦外殼30之中心延伸且密封並可旋轉地安裝於密封外殼32內。儘管未展示，但泵浦軸件34之底部部分連接至一葉輪，而其頂部部分連接至一高馬力、感應式電動馬達。當該馬達使軸件34旋轉時，泵浦外殼30之內部36內之葉輪導致加壓反應器冷卻劑流動通過反應器冷卻劑系統。此加壓冷卻劑施加一向上導向之靜液壓負載至軸件34，此係因為密封外殼32之外部部分被環境大氣圍繞。
為使泵浦軸件34可在密封外殼32內自由旋轉，同時維持泵浦外殼內部36與密封外殼32之外部之間的2,250psia(155巴)壓力邊界，在 圖2及圖3中所示之位置中繞密封外殼32內之泵浦軸件34提供串疊配置之下部初級密封總成38、中間二級密封總成40及上部三級密封總成42。執行大多數壓力密封(大約2,200psia(152巴))之下部初級密封38為非接觸式靜液壓型，而中間二級密封總成40及上部三級密封總成42為接觸式或摩擦式機械型。
泵浦14之密封總成38、40、42之各者通常包含：各自環形流道44、46、48，其安裝至泵浦軸件34以隨泵浦軸件34旋轉；及各自環形密封環50、52、54，其固定地安裝於密封外殼32內。各自流道44、46、48及密封環50、52、54具有面向彼此之頂部表面56、58、60及底部表面62、64、66。下部初級密封總成38之流道44及密封環50之面向表面56、62通常不彼此接觸，而是一流體膜通常在其等之間流動。另一方面，中間二級密封總成40及上部三級密封總成42之流道46、52及密封環48、54之面向表面58、64及60、66通常彼此接觸或抵著彼此摩擦。
由於初級密封總成38通常在一覆膜(film-riding)模式中操作，故必須製造一些設備用於處置在密封外殼32與可旋轉地安裝至其之軸件34之間的環形空間中「漏洩」之冷卻流體。據此，密封外殼32包含初級引漏孔69，而引漏孔71容納來自二級密封總成40及三級密封總成42之冷卻劑流體漏洩。
圖4係圖2及圖3中所示之類型之第一或初級下部密封之區域中之密封外殼之一截面圖且提供第一密封之操作及其如何與本發明配合之一更佳瞭解。所示結構包括：一外殼32，其具有經調適以在外殼32內形成一壓力室35之環形壁33；一軸件34，其可旋轉地安裝於外殼32內；一密封流道總成44及一密封環總成50，其等安置於外殼32內。如前述，軸件34可由一合適馬達(未展示)驅動且用來驅動使冷卻劑在加壓系統中循環之一離心泵浦(未展示)之葉輪。注射水可在高於由泵浦 產生之壓力之一壓力下供應至室35。流道總成44包括一環形固持件70及一環形密封板72。類似地，密封環總成50包括一固持件74及一環形面板76。
固持件70隨軸件34旋轉，此係因為其安裝在一環形支撐件78上，該環形支撐件78嚙合軸件34上之一肩部80且藉由一套管82緊固至該軸件，該套管82組裝至軸件34上且在該軸件與截面呈大致L形之支撐件78之一向上延伸支腿84之間。應明白，儘管本發明之此實施例描述為適於在泵浦軸件上方採用一套管之一泵浦，但本發明同樣亦可用於不採用套管之泵浦軸件。固持件70上之一肩部86擱置於支腿84之上端，且套管82上之一肩部88將固持件70固定於支撐件84上。一銷90壓入至套管82中之一凹口92中且嚙合固持件70中之一軸向槽94。一軸向夾持力自一螺母(未展示)施加至套管82及支撐件78上，其造成套管82及支撐件78隨軸件34旋轉。繼而，銷90導致固持件70隨套管82旋轉，該套管82隨軸件34旋轉。O環密封96及98分別提供於支撐件78與軸件34與固持件70之間。一O環密封100亦提供於固持件70與面板72之間的介面102中。
面板72係由具有與組成固持件70之材料實質上相同之熱膨脹係數之一耐腐蝕及耐磨材料組成，且固持件70具有一高彈性模數。類似地，面板76係由具有與固持件74之材料(其具有一高彈性模數)實質上相同之熱膨脹係數之一耐腐蝕及耐磨材料組成。合適材料之實例係碳化物及陶瓷。一O環密封104提供於固持件74與面板76之間的介面106中。
固持件74可移動地安裝在截面呈大致L形之一環形密封環插入件110之一向下延伸支腿108上。插入件110藉由帽螺釘112固定於外殼32中。一O環密封114提供於插入件110與外殼32之間的介面中。類似地，O環密封118提供於固持件74與插入件110之支腿108之間的介面 120中。壓入至插入件110中之銷122防止固持件74之旋轉移動。銷122延伸至固持件74中之一井124中，其中井壁126與銷122之間具有足夠餘隙以允許固持件74之軸向移動但限制固持件74之旋轉移動。
面板76藉由夾持構件128附接至固持件74，該夾持構件128包含一固定環130、一夾持環132、一鎖定環134、複數個帽螺釘136及盤形彈簧(belleville spring)138，盤形彈簧138在鎖定環134與夾持環132之間安裝於帽螺釘136上。帽螺釘136延伸穿過固定環130、夾持環132、盤形彈簧138並螺固至鎖定環134中。固持件74之介面106在140處內凹，以於一外直徑處之該介面上提供一環形支點142，該外直徑小於面板76之介面之外直徑。固定環130具有一向內延伸凸緣，該凸緣具有嚙合延伸超過支點142之面板76之部分146之一脊144。夾持環132具有一向內延伸之凸緣，其具有嚙合固持件74上之一面板150之一脊148。因此，當帽螺釘136被擰緊以將夾持環132及固定環130朝向彼此牽引時，產生一力，該力繞支點142對面板76施加一懸臂效應。在夾持動作期間，盤形彈簧138部分壓縮且面板76因夾持力而變形。
面板72藉由一夾持構件151依類似於參考面板76所述之一方式附接至固持件70。然而，固持件70之介面102上之支點152經定位比固持件74上之支點142更接近面板72之外直徑。因此，面板72上之夾持力產生之該面板繞支點152之變形與面板76上產生之變形不一樣多。若需要，則支點142及152可相對於其等對應面板放置於相同位置處。
如前述，密封環50經安裝用於限制相對於軸件34及密封流道總成44之軸向移動。此外，密封環總成50之旋轉移動受限於鬆散地安裝於密封環固持件74中之井124中之抗旋轉銷122。面板76上之一密封表面154在重力作用下朝向面板72上之面對之密封表面156偏置。
在由軸件34驅動之泵浦操作時，密封環固持件74之表面158及160在高壓室35中經受完全壓力。期望在高壓室35與鄰近套管82之一 環形低壓區域162之間提供一壓力障壁。密封環總成用作壓力障壁構件，但允許一定受控量之流體洩漏流量自壓力室35分別通過提供於密封板76及72上之面對之密封表面154與156之間的一密封間隙164至區域162。
在操作期間，根據密封環總成之對置面上之壓力維持可軸向移動之密封環總成50之一平衡或均衡位置。藉由間隙164之組態判定間隙164中流體之厚度且因此判定通過間隙164之洩漏流量。
為在密封間隙164變化時獲得密封環總成50及流道總成44之相對位置之一自行恢復，自一高壓邊緣或末端166至面向密封之末端之間的一位置，提供厚度減小之一流體流徑。更具體言之，在所示之結構中，厚度減小之該流體流徑在外邊緣166與定位於密封表面154上之168處之一中間同心圓之間延伸。
如本結構中所示，藉由在面板76之圓168與外邊緣166之間使表面154稍遠離面板72之面對面表面156漸縮而形成減小之流徑厚度。圖式中所示之表面154與156之間的角度被誇大。此組態或結構稱為錐面密封。此類型密封之操作完整描述於1967年10月17日發佈之Erling Frisch之美國專利第3,347,552號中。
當前關閉密封完整描述於2013年1月22日發佈且讓渡給本發明之受讓人之美國專利第8,356,972號中。該專利中所述之關閉密封在圖5至圖7中繪示且在泵浦14中提供一額外密封170作為一備用安全或關閉裝置，其可致動以防在喪失密封冷卻之情況下在其與該泵浦之密封總成38、40、42之間沿軸件34之過多洩漏。如圖5中所示，關閉密封170位於初級第一密封38之插入件110中之環形開口中之一加工溝槽中。關閉密封之特徵在於「開口環」172，其經設計以(i)在正常操作期間用「開口環」172與軸件34之間的一環路174圍繞軸件34及(ii)在喪失密封冷卻之後該軸件明顯變慢或停止旋轉時抵著軸件34收縮。開口環 172係一軸向分裂之單件不連續環構件且在正常泵浦操作期間面對面端藉由一間隔件176維持分隔關係。在圖5中，開口環172之對置端經加工為一舌狀物-溝槽組態，使得舌狀物可在開口環之端重疊時座落在溝槽中。在另一實施例中，對置端可係對接端或具有一斜接的半搭接接頭使得該等端重疊。間隔件176展示在間隙中以防止開口環172之對置端在軸件34上閉合，以在操作期間使環路174維持開放用於受控洩漏。根據圖5中所示之實施例，在密封溫度由於喪失冷卻而升高時且較佳地在泵浦軸件旋轉變慢或停止時啟動關閉密封。回應於溫度升高(由於軸件已明顯變慢或停止旋轉或出於任何其他理由)，自開口環172之面對面端移除間隔件。此導致開口環之面對面端在開口環之面對面端接近彼此時抵著軸件34收縮，其防止冷卻劑之洩漏出流量環路174。較佳地，開口環及軸件(或軸件套管，其中套管用在一軸件上方)係由耐磨材料製成，使得若在一旋轉軸件上致動，則不會產生一磨球，該磨球將另外用作一楔形件以敞開密封表面之間的一洩漏路徑。開口環及軸件兩者之材料(諸如17-4不銹鋼)已被證明有效。一柔韌聚合物密封環178較佳在該開口環與一固態固定閥座環180之間抵著開口環172圍繞軸件34定位。當開口環限制通過環路174之冷卻劑之洩漏時，柔韌聚合物密封環178由於外殼中之壓力增大而被抵著軸件推動，從而形成一緊密密封。
圖5示意地描繪安裝於圖4之反應器冷卻劑泵浦中之上述類型之一關閉密封170。圖5之關閉密封經設計以在泵浦軸件34變慢或不旋轉時喪失密封冷卻之後啟動。關閉密封定位於泵浦外殼內，環繞軸件34。在圖2至圖4中所示之反應器冷卻劑泵浦之類型之情況下，第一密封插入件可經修改以藉由在頂部凸緣處機械加工出內直徑之一部分而容納關閉密封。關閉密封170實質上完全容納於曾在修改後被第一插入件佔用之空間內，因此實質上不改變其與軸件34之間的環路174， 直至啟動為止。依此方式，在旋轉設備之正常操作期間，實質上不阻礙沿軸件34通過環路174之冷卻劑流量。
圖5展示由使開口環172之面對面端保持開放之一可回收間隔件176組成之一關閉密封170。由一熱能回應之機械裝置184(諸如下文參考圖6所述之活塞186)啟動可回收之間隔件176。當間隔件176自開口環172之端回收時，開口環172立即關閉，繞軸件34收縮，同時亦保持固定於經修改之第一密封插入件110中。開口環172位於一波形彈簧182上，該波形彈簧182強制開口環172向上抵著密封178，密封178推抵固定環180。由於通過環路174之流量之中斷導致之壓降亦強制開口環172及密封環178向上，從而確保所有密封表面之間的一緊密密封。開口環172位於一波形彈簧182上，該波形彈簧182強制開口環172向上抵著初級密封環178，以確保一初始密封接觸，因此跨開口環172之壓降亦作用於初級密封環178。
圖6及圖7展示本發明之致動器之一實施例，其簡化致動器構造且增加致動器在一段延長週期(例如，九年)內之可靠性。圖6展示致動器之一截面，且圖7展示支撐於密封外殼之一部分之一截面內之圖6中所示實施例。如同申請案第13/970,899號中所述之先前致動器，此實施例採用一圓柱形外殼190，該圓柱形外殼190於一端192處密封，在對置端處具有一活塞桿194可橫穿其之一開口。該活塞桿之一端連接至一間隔件176，且在活塞桿194在外殼190內縮回時使該間隔件自開口環之面對面端之間縮回。活塞桿194在其對置端處連接至一活塞頭186，其中一可熔鏈接件188內插於活塞頭186與外殼之封閉端192之間。在此實施例中，該可熔鏈接件係由歸因於其在一預選溫度(例如，大約介於280℉(138℃)與390℉(198℃)之間的一熔點)下熔化之能力選擇之一材料構成，諸如由Bi/Sn合金或Sn/Zn合金形成之一金屬。一彈簧202(諸如一波形彈簧)且較佳地複數個波形彈簧片200垂直堆疊 且串疊對準於外殼190之下部分與活塞頭186之間，使得該彈簧在間隔件176在開口環之面對面端之間時處於一壓縮狀態。在該狀態下，該彈簧抵著可熔鏈接件188(即，在一固體狀態中)偏置活塞頭186，其將該間隔件維持在該開口環之面對面端之間。
在達到預選溫度之情況下，可熔鏈接件材料188熔化且沿著活塞頭之側流動，從而允許活塞頭186在由彈簧202施加之力下向上移動以自開口環(在圖6中未展示)之面對面端移除間隔件176。彈簧202座落在一墊圈204上，該墊圈204藉由一固定夾206及一密封196固持於適當位置中，該密封196可由一RTV矽橡膠化合物製成，其密封水使其不進入外殼190內之活塞室。應注意，在活塞正要移動之時，活塞桿194之直徑於鄰近外殼開口之該活塞桿上之一過渡部198處減小，以允許在活塞桿194平移期間清除不需要的碎片。應明白，雖然此實施例採用在預選溫度下熔化之一可熔鏈接件，但可使用依其他方式改變狀態或變得可變形之其他材料代替此實施例中所示之可熔鏈接件，只要在預選溫度下材料之狀態變化允許活塞頭186向上移動一足夠距離以使間隔件176自開口環縮回。此外，亦應明白，可使用其他類型彈簧，而未悖離下文所述之申請專利範圍之範疇。
圖8展示申請專利範圍主張之熱能致動器184之一第二實施例。在若干圖式當中，採用相似參考符號來標示對應組件。與圖6及圖7中所示之致動器184(其使活塞186與缸筒190之內壁分隔以為可熔鏈接件188在其熔化時移動經過活塞頭186提供空間，從而為活塞在缸筒中向上移動提供空間)不同，圖8中之活塞頭186延伸達該缸筒之內壁之全寬。圖8中之活塞頭具有在可熔鏈接件熔化或依其他方式改變狀態時使得可熔鏈接件能夠至少部分移動經過活塞之一流量通道210。改變狀態意味著構成可熔鏈接件之材料由於達到預選溫度而熔化成一液體、變成一氣體或依其他方式變得如此柔韌，使得其可自活塞頭上方 之上部腔經過活塞至容置彈簧202之下部室。
圖8中所示之實施例之外殼190具有圓柱形壁，其中一整合上端192封閉外殼頂部，其中外殼底部藉由被一O環207密封至圓柱形壁之一螺紋帽205封閉。帽205具有一中心開口212，活塞桿194通過該中心開口212，該中心開口212藉由一O環196密封以防冷卻劑流動至彈簧室中。在所有其他方面中，圖8中所示之實施例之作用與圖6及圖7中所示之實施例之作用相同。
雖然已詳細描述本發明之特定實施例，但熟悉此項技術者將明白針對本揭示內容之全部教示可對細節進行各種修改及替代。據此，所揭示之特定實施例意在僅為闡釋性且不限於將被給定隨附申請專利範圍以及任何及所有其等效物之全部範圍之本發明之範疇。

Claims (13)

  1. 一種泵浦(14)，其具有透過一軸件(34)連接至一馬達之一葉輪區段，該軸件(34)可旋轉地支撐於該馬達與該葉輪之間，其中一密封外殼(32)圍繞該軸件內插於該馬達與該葉輪區段之間，該密封外殼具有一關閉密封(170)，該關閉密封(170)用於圍繞該旋轉軸件且在該軸件之旋轉已變慢或停止之後防止圍繞該軸件之一環路(174)中之一流體洩漏出該關閉密封，該關閉密封(170)包括：一可收縮開口環(172)，其圍繞該軸件(34)，該開口環具有面對面端及在該軸件旋轉時與該軸件分隔之一內直徑，該內直徑界定該環路(174)之一部分；一間隔件(176)，其安置於該開口環(172)之該等面對面端之間，以在該軸件之正常操作期間維持該等面對面端之間之環形空間，該間隔件可操作以在該流體升高至高於一預選溫度時自該等面對面端之間移除，因此該開口環可收縮以使該環路(174)之一部分變窄或實質上密封該環路(174)之該部分；一致動器(184)，其用於在該流體升高至高於該預選溫度時自該開口環(172)之該等面對面端之間移除該間隔件(176)，因此該開口環可收縮以使該環路(174)之該部分變窄或實質上密封該環路(174)之該部分，該致動器包括：一缸筒(190)，其具有一軸向尺寸；一活塞(186)，其可在該缸筒(190)內軸向移動，其中該缸筒具有繞該活塞密封之一上端及一下端(192、196)；一活塞桿(194)，其在該活塞(186)之一下端處延伸穿過該缸筒中之一下部開口且使該活塞桿之一端連接至該間隔件(176)；一腔，其在該間隔件(176)安置於該開口環(172)之該等面對面端之間時佔據該活塞(186)與該缸筒之一上端(192)之間之該缸筒(190)之一上部分內之一空間；一可熔鏈接件(188)，其佔據該活塞(186)與該缸筒之該上端(192)之間的該腔內之該空間之至少一些，該可熔鏈接件經選擇以在該預選溫度下變形或改變狀態以使得該活塞能夠移動至該腔中；一彈簧(202)，其內插於該活塞(186)之一下端與該缸筒之該下端(196)之間，抵著該可熔鏈接件(188)偏置該活塞，其中當該可熔鏈接件狀態變化或變形時該活塞朝向該缸筒之該上端(192)移動，以自該開口環(172)之該等面對面端之間移除該間隔件(176)；且其中該活塞包含穿過該活塞(186)之一流體通道(210)，該通道經定大小以在該可熔鏈接件(188)改變狀態或變形時允許流體自該腔通過至該活塞之另一側以為該活塞移動至該腔中製造空間，同時在該可熔鏈接件改變狀態或變形之前防止該可熔鏈接件通過該流體通道。
  2. 如請求項1之泵浦(14)，其中該彈簧(202)係一波形彈簧。
  3. 如請求項2之泵浦(14)，其中該波形彈簧(202)具有串疊對準之數個片(200)。
  4. 如請求項1之泵浦(14)，其中當該間隔件(176)安置於該開口環(172)之該等面對面端之間時，該彈簧(202)處於一完全壓縮狀態。
  5. 如請求項1之泵浦(14)，其中在緊隨該活塞開始移動至該腔中之前的時刻，該活塞桿(194)在該活塞桿與該缸筒(190)中之該下部開口面對面之一位置處在該下部開口附近具有一減小之直徑(198)。
  6. 如請求項1之泵浦(14)，其中該可熔鏈接件(188)係由具有大約介於280℉(138℃)與390℉(198℃)之間的一熔點之一材料製成。
  7. 一種用於一泵浦(14)之關閉密封(170)，該泵浦(14)具有透過一軸件(34)連接至一馬達之一葉輪區段，該軸件(34)可旋轉地支撐於該馬達與該葉輪之間，其中一密封外殼(32)繞該軸件內插於該馬達與該葉輪區段之間，該密封外殼圍繞該旋轉軸件之一軸向部分，該關閉密封經組態以支撐於該密封外殼內用於在該軸件之旋轉已變慢或停止之後防止圍繞該軸件之一環路(174)中之一流體洩漏出該關閉密封，該關閉密封包括：一可收縮開口環(172)，其經組態以圍繞該軸件(34)，該開口環具有面對面端及將在安裝於該泵浦中及在該軸件旋轉時與該軸件分隔之一內直徑，該內直徑界定該環路(174)之一部分；一間隔件(176)，其安置於該開口環(172)之該等面對面端之間以在該軸件之正常操作期間維持該等面對面端之間之該環形空間，該間隔件可操作以在該流體升高至高於一預選溫度時自該等面對面端之間移除，因此該開口環可收縮以使該環路(174)之一部分變窄或實質上密封該環路(174)之該部分；一致動器(184)，其用於在該流體升高至高於該預選溫度時自該開口環(172)之該等面對面端之間移除該間隔件(176)，因此該開口環可收縮以使該環路(174)之該部分變窄或實質上密封該環路(174)之該部分，該致動器包括：一缸筒(190)，其具有一軸向尺寸；一活塞(186)，其可在該缸筒(190)內軸向移動，其中該缸筒具有圍繞該活塞密封之一上端及一下端(192、196)；一活塞桿(194)，其在該活塞(186)之一下端處延伸穿過該缸筒中之一下部開口且使該活塞桿之一端連接至該間隔件(176)；一腔，其在該間隔件(176)安置於該開口環(172)之該等面對面端之間時佔據該活塞(186)與該缸筒之一上端(192)之間之該缸筒(190)之一上部分內一空間；一可熔鏈接件(188)，其佔據該活塞(186)與該缸筒之該上端(192)之間的該腔內之該空間之至少一些，該可熔鏈接件經選擇以在該預選溫度下變形或改變狀態以使得該活塞能夠移動至該腔中；一彈簧(202)，其內插於該活塞(186)之一下端與該缸筒之該下端(196)之間，抵著該可熔鏈接件(188)偏置該活塞，其中當該可熔鏈接件改變狀態或變形時該活塞朝向該缸筒之該上端(192)移動以自該開口環(172)之該等面對面端之間移除該間隔件(176)；且其中該活塞包含穿過該活塞(186)之一流體通道(210)，該通道經定大小以在該可熔鏈接件(188)改變狀態或變形時允許流體自該腔通過至該活塞之另一側以為該活塞移動至該腔中製造空間，同時在該可熔鏈接件改變狀態或變形之前防止該可熔鏈接件通過該流體通道。
  8. 如請求項7之關閉密封(170)，其中在緊隨該活塞開始移動至該腔中之前的時刻，該活塞桿(194)在該活塞桿與該缸筒(190)中之下部開口面對面之一位置處在該開口附近具有一減小之直徑(198)。
  9. 一種致動器(184)，其包括：一缸筒(190)，其具有一軸向尺寸；一活塞(186)，其可在該缸筒(190)內軸向移動，其中該缸筒具有繞該活塞密封之一上端及一下端(192、196)；一活塞桿(194)，其在該活塞(186)之一下端處延伸穿過該缸筒中之一下部開口且使該活塞桿之一端連接至一待致動機構(176)；一腔，其在該待致動機構(176)處於一非致動狀態時，佔據該活塞(186)與該缸筒之一上端(192)之間之該缸筒(190)之一上部分內之一空間；一可熔鏈接件(188)，其佔據該活塞(186)與該缸筒之該上端(192)之間之該腔內之該空間之至少一些，該可熔鏈接件經選擇以在一預選溫度下變形或改變狀態以使得該活塞能夠移動至該腔中；一彈簧(202)，其內插於該活塞(186)之一下端與該缸筒之該下端(196)之間，抵著該可熔鏈接件(188)偏置該活塞，其中當該可熔鏈接件改變狀態或變形時該活塞朝向該缸筒之該上端(196)移動以致動該機構(176)；且其中該活塞包含穿過該活塞(186)之一流體通道(210)，該通道經定大小以在該可熔鏈接件(188)改變狀態或變形時允許流體自該腔通過至該活塞之另一側以為該活塞移動至該腔中製造空間，同時在該可熔鏈接件改變狀態或變形之前防止該可熔鏈接件通過該流體通道。
  10. 如請求項9之致動器(184)，其中該彈簧(202)係一波形彈簧。
  11. 如請求項10之致動器(184)，其中該波形彈簧(202)具有串疊對準之數個片(200)。
  12. 如請求項9之致動器(184)，其中當該機構(176)處於一未致動狀態時，該彈簧(202)處於一完全壓縮狀態。
  13. 如請求項9之致動器(184)，其中緊隨在該活塞開始移動至該腔中之前的時刻，該活塞桿(194)在該活塞桿與該缸筒(190)中之該下部開口面對面之一位置處在該開口附近具有一減小之直徑(198)。
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