钠冷快堆核主泵用双端面流体动静压机械密封制造技术

本发明专利技术提出一种钠冷快堆核主泵用双端面流体动静压机械密封，以解决现有钠泵内循环工质的泄漏以及阻塞流体润滑油可能存在的漏入泵内而污染工质的问题，保证快堆的安全稳定长周期运行。其由动环、与动环两端形成自泵送流体密封结构的静环、弹簧、密封外壳等组成；动环与轴套上的销钉配合，实现对动环周向和轴向定位；紧定螺钉设置在轴套上；限位器可拆卸地设置在密封外壳或弹簧座与轴套之间，以限定轴套与弹簧座的轴向相对位置，改变弹簧弹力，使得动环与两个静环之间的压力相同；动环转动时，动环、密封外壳等围成的外密封空间充入的阻塞流体在压差作用下通过轴向径向组合孔道流进动环端面上所开的后弯型流体型槽中，形成一次次自泵送循环。

Double end fluid dynamic mechanical seal for nuclear main pump of sodium cooled fast reactor

The invention provides double end mechanical seal fluid dynamic and static pressure in a sodium cooled fast reactor nuclear main pump, in order to solve the leakage current in sodium pump refrigerant and blocking fluid lubricating oil may exist leakage into the pump and the refrigerant pollution problems, to ensure the safe and stable operation of long-period fast reactor. The dynamic ring and the static ring, a spring and a sealing ring and a shell which is formed from the ends of the pumped fluid sealing structure; dynamic pin ring and the shaft sleeve is fitted to the realization of the dynamic ring circumferential and axial positioning; fastening screw is arranged in the sleeve; the limiter is detachably arranged between the seal the outer shell or the spring seat and the sleeve, to define the relative axial position the sleeve and the spring seat, a spring ring change, the same with the two static pressure between the ring; ring rotates, blocking fluid enclosed sealed casing ring, the sealing space filled in pressure after bending type of fluid groove under axial and radial flow channels through the combination of open loop on the end, the formation of a self circulating pump.

【技术实现步骤摘要】
钠冷快堆核主泵用双端面流体动静压机械密封
本专利技术属于密封
，特别涉及一种具有流体动静压效应的自泵送机械密封，适用于钠冷快堆核主泵壳体与泵轴之间的密封。
技术介绍
核电正在世界范围内迎来新一轮的高速发展。从20世纪50年代末至60年代初，世界上建造第一批原型核电站以来，核电技术的发展已经经历了第一代、第二代，目前正在向第三代乃至第四代迈进。核电站反应堆种类较多，可分为轻水堆(包括压水堆和沸水堆)、重水堆、石墨气冷堆和快中子增殖堆等。按热力系统分，核电站有3种:单回路、双回路和三回路系统。单回路系统中，工质直接由反应堆进入汽轮机或燃气轮机，如沸水堆和采用氦气透平直接循环方式的高温气冷堆；双回路系统中，反应堆热量由一回路经蒸汽发生器传给二回路工质产生蒸汽，再推动汽轮机做功，压水堆和采用蒸汽透平循环方式的高温气冷堆属于此类型；三回路系统则更复杂一些，主要堆型为快中子增殖堆。不论何种热力系统及堆型，均需要冷却剂将堆芯中核裂变产生的热量带出以冷却堆芯并进行后续发电过程，这一冷却回路即为一回路系统，是核电站反应堆的核心系统。反应堆一回路系统中进行循环的冷却剂常常具有高温、高压、强放射性等特点，必需严格控制冷却剂的泄漏。由于一回路循环系统中存在着泵/风机/压缩机/汽轮机/燃气轮机等转动设备，为解决其带来的冷却剂密封问题，工程上通常有2种方案：一是采用轴封型设备，即高可靠性核级机械密封；二是将泵等设备的驱动电机整体置于一回路压力壳内，这样就将存在泄漏风险的动密封转化为零泄漏的静密封，并使外部辅助系统大大简化，但这种方案将技术难点转移到了电机和轴承等设备或部件上。例如，对于压水堆，冷却剂泵(核主泵)电机必须采用屏蔽式或湿定子式，而主泵轴承则必须全部采用水润滑轴承；对于蒸汽透平循环的高温气冷堆，氦气风机主轴轴承需使用电磁轴承等无油式轴承。由于此类电机和轴承技术难度大、制造成本高，特别是大功率、大尺寸条件下，工作效率和可靠性的问题较难解决，因此应用了机械密封的一回路系统目前仍占据着主导地位。作为第四代反应堆，快堆即快中子增殖堆，不用慢化剂，直接用裂变产生的快中子来引发核裂变链式反应，并能增殖核燃料、充分利用铀资源、大大减少核废料中长寿命核素。快堆冷却剂需具有传热性能好、不会慢化中子的性质，目前主要为液态金属和氦气。钠冷快堆一回路系统由堆芯、主泵(一次钠泵)、热交换器、主管道和其他部分组成。与其他反应堆一回路主循环泵的机械密封不同之处在于，钠冷快堆核主泵机械密封的工况压力低(571kPa)，温度低(70℃)，有利于实现密封的实现。但由于钠活性强，遇水或空气会发生爆炸，因此钠泵密封的可靠性要求高，设计需严格保证液态钠的零泄漏，同时还要保证地震载荷作用下短时间可靠密封以便关堆和堆芯热量的导出。图1为钠冷快堆原型堆(PFBR)的一回路钠泵简图(王玉明，黄伟峰，李永健.核电站一回路用机械密封.摩擦学学报，2011,31(4)：408-416)。钠泵外壳内液态钠的自由液面上部充满氩气，在距离钠液面一定高度处设置机械密封。这种设计形式避免了密封与温度高达400～500℃的液态钠的直接接触，消除了对材料、结构等方面的诸多苛刻限制，使之可以使用常规的机械密封设计。按照现有技术，钠泵借鉴轻水堆(包括压水堆和沸水堆)、重水堆、石墨气冷堆的第3级密封，即采用润滑油阻塞的双端面机械密封或气体阻塞的干气密封来实现密封。对于采用润滑油阻塞的双端面机械密封，通常保持阻塞润滑油压力高于工质气体的压力，以防止保护氩气漏出至阻塞流体中，并在工质气体侧机械密封下部的轴套上安装甩油环，以保证压力较高的阻塞润滑油漏入泵腔时能经由甩油环和集液孔道流入集液桶而不污染钠液。对于采用气体阻塞的干气密封，通常保持阻塞气体压力高于工质气体的压力，以防止保护氩气漏出至阻塞气体中。然而，采用气体阻塞的干气密封，工作时需要辅助系统提供结净的阻塞气体以维持干气密封的非接触运行；同时，压力高于工质气体的阻塞气体，会通过密封端面间隙漏入泵腔，造成阻塞气体损失和保护氩气污染和压力升高。特别是，在地震等非正常轴向载荷作用下密封端面瞬间脱开后，大量润滑油漏入甩油环时，集液孔道来不及流过，就会沿气道流入泵腔形成钠液污染，严重威胁钠冷快堆的安全。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种钠冷快堆核主泵用双端面流体动静压自泵送机械密封，以解决现有钠泵内循环工质的泄漏以及阻塞流体润滑油可能存在的漏入泵内而污染工质的问题，保证快堆的安全稳定长周期运行。本专利技术的技术方案是：一种钠冷快堆核主泵用双端面流体动静压机械密封，设置于钠泵的壳体和泵轴2之间，由动环10、动环用O形圈9、静环8、12、静环用O形圈7、13、弹簧6、15、弹簧座5、14、密封外壳16、轴套1、轴套用O形圈17、限位器4、销钉11和紧定螺钉3等组成，动环10及其两侧的静环8、12、弹簧座5、14均穿套在轴套1上；动环10与轴套1之间用O形圈9密封连接；动环10上下两端为动环密封端面，每一动环密封端面与1个静环配合，静环8、12的外圆面与密封外壳16之间用O形圈7、13密封连接；静环的另一端面分别支撑有3个以上的弹簧，弹簧的另一端作用在弹簧座5、14上，弹簧座5、14连接于密封外壳，使动环密封端面和静环端面之间获得一定的端面比压；动环10通过位于动环下部的径向封闭轴向开口的销孔与轴套上的销钉11配合，实现对动环10周向定位，并保持销钉11与销孔底部接触同时实现对动环10的轴向定位；设置在轴套上的紧定螺钉3用于轴套1与泵轴2相对位置的固定；限位器4可拆卸地设置在密封外壳16或弹簧座5、14与轴套1之间，用于限定轴套1与密封外壳16或弹簧座5、14的轴向相对位置，以改变支撑两个静环的弹簧的弹力，使得动环两端的密封端面与两个静环之间的压力相同；静环用O形圈7、13、动环10、密封外壳16围成外密封空间，外密封空间内充入阻塞流体；与静环8、12配合的动环密封端面分为槽区和密封坝37，槽区分布在端面的外侧部分，密封坝37分布在端面的内侧部分；槽区开设3组以上的后弯型流体型槽39，后弯型流体型槽39之间的密封端面构成密封堰；动环10上下两端的动环密封端面上的槽区和密封坝37以动环中截面M-M对称布置；所述后弯型流体型槽39包括坡槽32和平槽33两个部分，坡槽32处于动环端面的大半径部位，平槽33处于动环端面的小半径部位；所述后弯型流体型槽39的出口位于动环密封端面的外径处，进口31位于动环3密封面的中部，所述后弯型流体型槽39的进口31通过动环10上的轴向径向组合孔道30与外密封空间连通；所述后弯型流体型槽39的两侧槽壁，一侧为工作面34，另一侧为非工作面35；所述后弯型流体型槽39中的阻塞流体，在动环旋转时，被后弯型流体型槽39的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面35向动环10外径侧流动而泵送至外密封空间内，并在后弯型流体型槽39的进口31处形成低压区，外密封空间内的阻塞流体在压差作用下通过动环10上与外密封空间连通的轴向径向组合孔道30流进后弯型流体型槽39中，形成一次次自泵送循环；所述被后弯型流体型槽39工作面34加速成高速的阻塞流体，在被泵出后弯型流体型槽39的过程中，随着后弯型流体型槽39的流通截面积的逐渐增大，流速降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠冷快堆核主泵用双端面流体动静压机械密封，设置于钠泵的壳体和泵轴(2)之间，由动环(10)、动环用O形圈(9)、静环(8、12)、静环用O形圈(7、13)、弹簧(6、15)、弹簧座(5、14)、密封外壳(16)、轴套(1)、轴套用O形圈(17)、限位器(4)、销钉(11)和紧定螺钉(3)等组成，其特征是：动环(10)及其两侧的静环(8、12)、弹簧座(5、14)均穿套在轴套(1)上；动环(10)与轴套(1)之间用O形圈(9)密封连接；动环(10)上下两端为动环密封端面，每一动环密封端面与1个静环配合，静环(8、12)的外圆面与密封外壳(16)之间用O形圈(7、13)密封连接；静环的另一端面分别支撑有3个以上的弹簧，弹簧的另一端作用在弹簧座(5、14)上，弹簧座(5、14)连接于密封外壳，使动环密封端面和静环端面之间获得一定的端面比压；动环(10)通过位于动环下部的径向封闭轴向开口的销孔与轴套上的销钉(11)配合，实现对动环(10)周向定位，并保持销钉(11)与销孔底部接触同时实现对动环(10)的轴向定位；设置在轴套上的紧定螺钉(3)用于轴套(1)与泵轴(2)相对位置的固定；限位器(4)可拆卸地设置在密封外壳(16)或弹簧座(5、14)与轴套(1)之间，用于限定轴套(1)与密封外壳(16)或弹簧座(5、14)的轴向相对位置，以改变支撑两个静环的弹簧的弹力，使得动环两端的密封端面与两个静环之间的压力相同；静环用O形圈(7、13)、动环(10)、密封外壳(16)围成外密封空间，外密封空间内充入阻塞流体；与静环(8、12)配合的动环密封端面分为槽区和密封坝(37)，槽区分布在端面的外侧部分，密封坝(37)分布在端面的内侧部分；槽区开设3组以上的后弯型流体型槽(39)，后弯型流体型槽(39)之间的密封端面构成密封堰；动环(10)上下两端的动环密封端面上的槽区和密封坝(37)以动环中截面(M‑M)对称布置；所述后弯型流体型槽(39)包括坡槽(32)和平槽(33)两个部分，坡槽(32)处于动环端面的大半径部位，平槽(33)处于动环端面的小半径部位；所述后弯型流体型槽(39)的出口位于动环密封端面的外径处，进口(31)位于动环(3)密封面的中部，所述后弯型流体型槽(39)的进口(31)通过动环(10)上的轴向径向组合孔道(30)与外密封空间连通；所述后弯型流体型槽(39)的两侧槽壁，一侧为工作面(34)，另一侧为非工作面(35)；所述后弯型流体型槽(39)中的阻塞流体，在动环旋转时，被后弯型流体型槽(39)的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面(35)向动环(10)外径侧流动而泵送至外密封空间内，并在后弯型流体型槽(39)的进口(31)处形成低压区，外密封空间内的阻塞流体在压差作用下通过动环(10)上与外密封空间连通的轴向径向组合孔道(30)流进后弯型流体型槽(39)中，形成一次次自泵送循环；所述被后弯型流体型槽(39)工作面(34)加速成高速的阻塞流体，在被泵出后弯型流体型槽(39)的过程中，随着后弯型流体型槽(39)的流通截面积的逐渐增大，流速降低，压力增大，形成分离动环(10)和静环(8、12)的开启力。...

【技术特征摘要】
1.一种钠冷快堆核主泵用双端面流体动静压机械密封，设置于钠泵的壳体和泵轴(2)之间，由动环(10)、动环用O形圈(9)、静环(8、12)、静环用O形圈(7、13)、弹簧(6、15)、弹簧座(5、14)、密封外壳(16)、轴套(1)、轴套用O形圈(17)、限位器(4)、销钉(11)和紧定螺钉(3)等组成，其特征是：动环(10)及其两侧的静环(8、12)、弹簧座(5、14)均穿套在轴套(1)上；动环(10)与轴套(1)之间用O形圈(9)密封连接；动环(10)上下两端为动环密封端面，每一动环密封端面与1个静环配合，静环(8、12)的外圆面与密封外壳(16)之间用O形圈(7、13)密封连接；静环的另一端面分别支撑有3个以上的弹簧，弹簧的另一端作用在弹簧座(5、14)上，弹簧座(5、14)连接于密封外壳，使动环密封端面和静环端面之间获得一定的端面比压；动环(10)通过位于动环下部的径向封闭轴向开口的销孔与轴套上的销钉(11)配合，实现对动环(10)周向定位，并保持销钉(11)与销孔底部接触同时实现对动环(10)的轴向定位；设置在轴套上的紧定螺钉(3)用于轴套(1)与泵轴(2)相对位置的固定；限位器(4)可拆卸地设置在密封外壳(16)或弹簧座(5、14)与轴套(1)之间，用于限定轴套(1)与密封外壳(16)或弹簧座(5、14)的轴向相对位置，以改变支撑两个静环的弹簧的弹力，使得动环两端的密封端面与两个静环之间的压力相同；静环用O形圈(7、13)、动环(10)、密封外壳(16)围成外密封空间，外密封空间内充入阻塞流体；与静环(8、12)配合的动环密封端面分为槽区和密封坝(37)，槽区分布在端面的外侧部分，密封坝(37)分布在端面的内侧部分；槽区开设3组以上的后弯型流体型槽(39)，后弯型流体型槽(39)之间的密封端面构成密封堰；动环(10)上下两端的动环密封端面上的槽区和密封坝(37)以动环中截面(M-M)对称布置；所述后弯型流体型槽(39)包括坡槽(32)和平槽(33)两个部分，坡槽(32)处于动环端面的大半径部位，平槽(33)处于动环端面的小半径部位；所述后弯型流体型槽(39)的出口位于动环密封端面的外径处，进口(31)位于动环(3)密封面的中部，所述后弯型流体型槽(39)的进口(31)通过动环(10)上的轴向径向组合孔道(30)与外密封空间连通；所述后弯型流体型槽(39)的两侧槽壁，一侧为工作面(34)，另一侧为非工作面(35)；所述后弯型流体型槽(39)中的阻塞流体，在动环旋转时，被后弯型流体型槽(39)的工作面加速成高速流体，在离心力作用下，沿非工作面(35)向动环(10)外径侧流动而泵送至外密封空间内，并在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙见君，陈国旗，马晨波，全琴，段衍筠，牛韬，
申请(专利权)人：南京林业大学，南京速力达智能控制装备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32