本發(fā)明屬于核電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種核反應(yīng)堆冷卻劑泵及其非能動停車密封裝置。

背景技術(shù)：

在壓水堆核電廠中，流體靜壓軸封型冷卻劑泵是由三相感應(yīng)式電動機驅(qū)動的單級、單吸、立式混流泵。圖1所示為一種現(xiàn)有核反應(yīng)堆冷卻劑泵的結(jié)構(gòu)示意圖，其從上至下依次包括電動機10、靜壓軸封組件12和水力部件14，其中，泵軸貫穿整個冷卻劑泵的中心，反應(yīng)堆冷卻劑由一個裝在泵軸下端的葉輪泵送，其通過泵殼底部吸入并向上流過葉輪，然后通過導(dǎo)葉和泵殼側(cè)面的一個出口接管排出。

請參閱圖2所示，冷卻劑泵中的靜壓軸封組件12采用三級軸封，包括依次設(shè)置在水力部件14和電動機10之間的第一密封組件15、第二密封組件16和第三密封組件17，三個密封組件15、16、17設(shè)置在泵軸18的周向并沿泵軸18軸向依次排列，第一密封組件15和第二密封組件16外部還設(shè)有密封殼19。第一密封組件15是平衡型流體靜壓型可控泄漏密封，第二密封組件16是壓力平衡型端面密封，第三密封組件17是堰式雙端面密封。

請參閱圖3所示，第一密封組件15包括依次設(shè)置在水力部件14和第二密封組件16之間的動環(huán)150、靜環(huán)152、密封插入件154和密封插入支撐件156；密封插入件154和密封插入支撐件156的內(nèi)壁均與泵軸18之間存在縫隙；動環(huán)150固定在泵軸18上而隨泵軸18轉(zhuǎn)動，靜環(huán)152不轉(zhuǎn)動但可以沿泵軸18的軸向或傾斜方向小幅上下移動，以跟動環(huán)150保持恰當(dāng)間隙。在正常運行工況下，靜環(huán)152通過流體靜力平衡，控制動環(huán)150、靜環(huán)152之間保持極小的間隙形成液膜，使動環(huán)150、靜環(huán)152兩個端面在一層薄水膜兩側(cè)相對滑動，運轉(zhuǎn)時不直接接觸，從而控制第一密封組件15的泄漏量和磨損量。在靜環(huán)152與相鄰的結(jié)構(gòu)件之間配有o形環(huán)及輔助元件，以在高壓區(qū)和低壓區(qū)之間形成一個可滑移的輔助密封。

在正常運行工況下，第一密封組件15的冷卻由rcv系統(tǒng)(chemicalandvolumecontrolsystem，即化學(xué)及容積控制系統(tǒng))提供的注入水來保障。但是，在事故工況下(如全廠斷電工況)，rcv系統(tǒng)功能會喪失而無法為冷卻劑泵中的靜壓軸封組件12提供正常冷卻，同時，rri系統(tǒng)(equipmentcoolingwatersystem，即設(shè)備冷卻水系統(tǒng))的功能也會喪失，無法為冷卻劑泵中的第一密封組件15提供備用冷卻。此時，一回路(指反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)主回路)的高溫流體將很快威脅到靜壓軸封組件12，其熱應(yīng)力可能使冷卻劑泵軸封功能喪失，從而破壞一回路壓力邊界。

為此，部分核電廠在全廠斷電工況發(fā)生后，通過水壓試驗泵柴油發(fā)電機組(lls系統(tǒng))向一回路的水壓試驗泵供電，以保證水壓試驗泵向冷卻劑泵軸封應(yīng)急注水，維持第一密封組件15處的冷卻及潤滑，同時將高溫高壓反應(yīng)堆冷卻劑限制在第一密封組件15下方，保證第一密封組件15處的溫度在其運行要求的范圍內(nèi)，防止冷卻劑泵軸封破口事故(sealloca)發(fā)生，保證一回路壓力邊界的完整性。但是，由于現(xiàn)有核電廠多為雙堆布置，兩臺機組共用一臺水壓試驗泵，在設(shè)計上也僅考慮單臺機組發(fā)生斷電事故，因此水壓試驗泵的名義流量為6m3/h，僅能滿足一臺機組3臺冷卻劑泵的軸封水注入量需求；這導(dǎo)致在全廠斷電工況時，另外一臺機組的冷卻劑泵應(yīng)急軸封注入無法保證而發(fā)生軸封破口事故；在失去了所有的補水手段后，一回路的泄漏無法得到補充，水裝量得不到保證，將使得堆芯逐漸裸露并最終熔化。

為了解決上述問題，一些核電廠提出通過封閉反應(yīng)堆冷卻劑泄漏途徑來保證堆芯的安全，以避免全廠斷電工況下對冷卻劑泵應(yīng)急軸封注入系統(tǒng)的依賴。通常，可以采用能動式停車密封對于軸封處的泄漏進(jìn)行限制，但需要輔助系統(tǒng)(如氮氣驅(qū)動系統(tǒng))控制其啟動和關(guān)閉。

在全廠斷電工況下，冷卻劑泵第一密封組件15處的高溫高壓流體流動方向如圖4的箭頭所示，從圖4中可以看出，限制反應(yīng)堆冷卻劑向環(huán)境泄漏的關(guān)鍵在于對兩個重要密封位置20、22進(jìn)行密封?，F(xiàn)有的部分核電廠已開始采用非能動停車密封技術(shù)來保證冷卻劑泵軸封的完整性，不依賴輔助系統(tǒng)的配置，其具體操作方式是：1)直接在冷卻劑泵第一密封組件15的密封插入件154內(nèi)增加非能動停車密封裝置24，來實現(xiàn)第一密封位置20處的密封；2)采用耐高溫橡膠o圈26，實現(xiàn)第二密封位置22處(即密封插入支撐件156與密封殼19之間)的密封。但是，現(xiàn)有的非能動停車密封裝置24大多元件眾多且裝配復(fù)雜，不僅使得軸封組件制造難度和成本加大，而且易于因某一個或多個元件故障而導(dǎo)致密封失效。

有鑒于此，確有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡單、密封牢固的核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、密封牢固的核反應(yīng)堆冷卻劑泵及其非能動停車密封裝置。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置，其包括：

可在啟動位置和非啟動位置的完整密封環(huán)；以及

可在達(dá)到狀態(tài)轉(zhuǎn)化溫度時發(fā)生軟化的完整限位環(huán)；

其中，在限位環(huán)處于狀態(tài)轉(zhuǎn)化溫度以下時，密封環(huán)在限位環(huán)的支撐作用下環(huán)繞在核反應(yīng)堆冷卻劑泵泵軸的周向并與泵軸保持間隙；在限位環(huán)處于狀態(tài)轉(zhuǎn)化溫度或高于狀態(tài)轉(zhuǎn)化溫度時，限位環(huán)發(fā)生軟化或熔化，密封環(huán)失去限位環(huán)的支撐并抱緊泵軸，阻止反應(yīng)堆冷卻劑沿泵軸流動。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置的一種改進(jìn)，所述密封環(huán)由具有彈性變形能力的材料制成，其在被所述限位環(huán)進(jìn)行徑向限位時趨向閉合；在所述限位環(huán)處于所述狀態(tài)轉(zhuǎn)化溫度或高于所述狀態(tài)轉(zhuǎn)化溫度時，所述密封環(huán)依靠自身彈性抱緊泵軸。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置的一種改進(jìn)，所述密封環(huán)由橡膠或高分子聚合物材料制成，能夠耐292攝氏度及以上的高溫。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置的一種改進(jìn)，所述密封環(huán)由三元乙丙橡膠(epdm)制成。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置的一種改進(jìn)，所述限位環(huán)由常溫下保持剛性、高溫下變軟或熔化的高分子聚合物制成。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置的一種改進(jìn)，所述限位環(huán)的高分子聚合物材料的軟化溫度為80攝氏度～260攝氏度。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置的一種改進(jìn)，所述限位環(huán)的內(nèi)徑略大于泵軸的外徑，與泵軸之間形成允許流體經(jīng)過的間隙。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種核反應(yīng)堆冷卻劑泵，其包括從上至下依次設(shè)置的電動機、靜壓軸封組件和水力部件，以及一根貫穿整個冷卻劑泵中心的泵軸，靜壓軸封組件包括依次設(shè)置在冷卻劑泵水力部件和電動機之間的多個密封組件，多個密封組件均設(shè)置在泵軸的周向，其中，所述多個密封組件中的至少一個與泵軸之間設(shè)有前述核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵的一種改進(jìn)，所述靜壓軸封組件中最靠近水力部件的一個密封組件為第一密封組件，核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置安裝在靜壓軸封組件的第一密封組件上。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵的一種改進(jìn)，所述核反應(yīng)堆冷卻劑泵靜壓軸封組件的第一密封組件包括動環(huán)、靜環(huán)、密封插入件和密封插入支撐件，核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置安裝在密封插入件內(nèi)壁所開設(shè)的收容槽中，或是安裝在密封插入支撐件內(nèi)壁所開設(shè)的收容槽中；在全廠斷電工況下，略微變軟的密封環(huán)在冷卻劑驅(qū)動下向泵軸方向壓緊的同時，還在冷卻劑驅(qū)動下沿遠(yuǎn)離開口環(huán)的方向，向密封插入件或密封插入支撐件壓緊，并在泵軸與密封插入支撐件或密封插入件之間的縫隙中有微量擠出。

作為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵的一種改進(jìn)，所述靜壓軸封組件采用三級軸封，包括依次設(shè)置在水力部件和電動機之間的第一密封組件、第二密封組件和第三密封組件；其中，第一密封組件是平衡型流體靜壓型可控泄漏密封，第二密封組件是壓力平衡型端面密封，第三密封組件是堰式雙端面密封。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置僅設(shè)有起密封的密封環(huán)和起限位作用的限位環(huán)兩個元件，密封環(huán)從非啟動位置到啟動位置不依賴于外力，整個密封具有結(jié)構(gòu)簡單、密封可靠的優(yōu)點。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵及其非能動停車密封裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1為現(xiàn)有核反應(yīng)堆冷卻劑泵的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1所示冷卻劑泵中的靜壓軸封組件的剖視示意圖。

圖3是圖1所示冷卻劑泵中的第一密封組件的剖視示意圖。

圖4為現(xiàn)有非能動停車密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置在核反應(yīng)堆冷卻劑泵第一密封組件上的安裝示意圖。

圖6為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置的分解示意圖。

圖7為本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置的組裝示意圖。

圖8為正常工況下，本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置的狀態(tài)及其附近冷卻劑流向的示意圖。

圖9為全廠斷電工況下，本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置的狀態(tài)及其附近冷卻劑流向的示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其有益技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的具體實施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。

本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵包括從上至下依次設(shè)置的電動機、靜壓軸封組件和水力部件，以及一根貫穿整個冷卻劑泵中心的泵軸，其中，反應(yīng)堆冷卻劑由一個裝在泵軸下端的葉輪泵送，其通過泵殼底部吸入并向上流過葉輪，然后通過導(dǎo)葉和泵殼側(cè)面的一個出口接管排出。

靜壓軸封組件采用三級軸封，包括依次設(shè)置在冷卻劑泵水力部件和電動機之間的第一密封組件、第二密封組件和第三密封組件，其中，三個密封組件設(shè)置在泵軸的周向并沿泵軸軸向依次排列，第一密封組件和第二密封組件外部還設(shè)有密封殼。第一密封組件是平衡型流體靜壓型可控泄漏密封，第二密封組件是壓力平衡型端面密封，第三密封組件是堰式雙端面密封。

第一密封組件包括依次設(shè)置在水力部件和第二密封組件之間的動環(huán)、靜環(huán)、密封插入件和密封插入支撐件；密封插入件和密封插入支撐件的內(nèi)壁均與泵軸之間存在縫隙；密封插入支撐件的部分外壁緊貼密封殼而與密封殼密封。動環(huán)固定在泵軸上而隨泵軸轉(zhuǎn)動，靜環(huán)不轉(zhuǎn)動但可以沿泵軸軸向或傾斜方向小幅上下移動，以跟動環(huán)保持恰當(dāng)間隙。在正常運行工況下，靜環(huán)通過流體靜力平衡，控制動環(huán)、靜環(huán)之間保持極小的間隙形成液膜，使動環(huán)、靜環(huán)的兩個端面在一層薄水膜兩側(cè)相對滑動，運轉(zhuǎn)時不直接接觸，從而控制第一密封組件的泄漏量和磨損量。在靜環(huán)與相鄰的結(jié)構(gòu)件之間配有o形環(huán)及輔助元件，以在高壓區(qū)和低壓區(qū)之間形成一個可滑移的輔助密封。為了能夠在全廠斷電工況下保證堆芯的安全，本發(fā)明還在第一密封組件與泵軸之間設(shè)置了一個非能動停車密封裝置。

請參閱圖5至圖9所示，本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置30安裝在核反應(yīng)堆冷卻劑泵第一密封組件15的密封插入件154內(nèi)壁所開設(shè)的收容槽中，其在正常工況下與泵軸18之間存在間隙，使反應(yīng)堆冷卻劑可以沿泵軸18自由流動，但在全廠斷電工況下將緊貼泵軸18而實現(xiàn)第一密封組件15與泵軸18之間的周向密封。

請參閱圖6至圖7所示，本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置30包括密封環(huán)40、貼合在密封環(huán)40上并用于支撐密封環(huán)40的限位環(huán)50。

密封環(huán)40為閉合的完整圓環(huán)，其被限位環(huán)50撐開后內(nèi)徑略大于泵軸18的外徑，因此，在正常狀態(tài)下，密封環(huán)40環(huán)繞在泵軸18外時，可與泵軸18保留一定間隙以允許反應(yīng)堆冷卻劑在密封環(huán)40與泵軸18之間自由流動。密封環(huán)40由橡膠材料制成，如由三元乙丙橡膠(epdm)或是其他具有彈性的密封材料制成，且可以耐受292攝氏度的高溫。密封環(huán)40的材料使其在常溫和高溫下保持彈性，且可以實現(xiàn)可靠密封。

限位環(huán)50由常溫下保持剛性、高溫下變軟或熔化的高分子聚合物制成，限位環(huán)50的高分子聚合物材料的軟化溫度為80攝氏度～260攝氏度。限位環(huán)50支撐密封環(huán)40，在常溫下，其維持密封環(huán)40與泵軸18之間的間隙，使反應(yīng)堆冷卻劑可以在密封環(huán)40和泵軸18之間自由流動；在高溫下，可利用其采用的全部或部分的高分子聚合物材料變軟或熔化，從而不再限制密封環(huán)40抱緊泵軸18。限位環(huán)50可以由單一材料或多種材料制成，也可以由單一部件或多個部件共同實現(xiàn)功能。

請參閱圖8所示，在正常工況下，本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置30的密封環(huán)40收容在第一密封組件15的密封插入件154內(nèi)壁所開設(shè)的收容槽中，在限位環(huán)50的支撐作用下密封環(huán)40環(huán)繞在泵軸18周向并與泵軸18保持間隙32，使反應(yīng)堆冷卻劑泄漏可以沿著箭頭a所示的方向在非能動停車密封裝置30與泵軸18之間自由流動，穿過密封插入件154而進(jìn)入到第一密封泄漏管線中。

請參閱圖9所示，在全廠斷電工況下，冷卻劑泵軸封注入水和冷卻水同時喪失時，高溫高壓反應(yīng)堆冷卻劑沿泵軸18向上流動，當(dāng)限位環(huán)50處的溫度達(dá)到其變軟或熔化溫度并經(jīng)過一定的時間(時間為預(yù)設(shè)時間，一般為幾分鐘到十幾分鐘)后，限位環(huán)50將失去限位支撐作用。此時，密封環(huán)40將在自身彈性的作用下向泵軸18收縮而抱緊泵軸18，實現(xiàn)密封功能。

可以理解的是，在本發(fā)明的其他實施方式中，本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置30也可以不安裝在第一密封組件15的密封插入件154上，而改為安裝在第一密封組件15的密封插入支撐件156上，只要能達(dá)到限制反應(yīng)堆冷卻劑向環(huán)境泄漏的目的即可。

結(jié)合以上對本發(fā)明實施方式的詳細(xì)描述可知，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明核反應(yīng)堆冷卻劑泵非能動停車密封裝置僅設(shè)有起密封的密封環(huán)40和起限位作用的限位環(huán)50兩個元件，密封環(huán)40從非啟動位置到啟動位置不依賴于外力，整個密封具有結(jié)構(gòu)簡單、密封可靠的優(yōu)點。

通過高溫下限位環(huán)50不再對密封環(huán)40進(jìn)行限位實現(xiàn)密封環(huán)抱緊泵軸18實現(xiàn)密封，從而有效保證冷卻劑泵靜壓軸封在全廠斷電工況下的功能完整性，解除了對應(yīng)急軸封注入系統(tǒng)和能動驅(qū)動裝置的依賴，并且有效降低了核電廠的堆芯損壞概率；

此外，本發(fā)明只是對第一密封組件15的密封插入件154或密封插入支撐件156的內(nèi)壁進(jìn)行開槽，因此對冷卻劑泵的其他結(jié)構(gòu)沒有任何影響，也不會影響冷卻劑泵在正常工況下運行時的性能。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。