專利名稱：用于可旋轉(zhuǎn)軸的熱致動(dòng)停機(jī)密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及旋轉(zhuǎn)軸密封件，更特別而言涉及用于離心液泵的熱致動(dòng)停機(jī)密封件。
背景技術(shù)：
在加壓水核電站中，利用反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)來從反應(yīng)堆堆芯向蒸氣發(fā)生器輸送熱以便產(chǎn)生蒸氣。然后利用蒸氣來驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)以便產(chǎn)生可用功。反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)包括多個(gè)分離的冷卻環(huán)路，每個(gè)冷卻環(huán)路連接至反應(yīng)堆堆芯并且包括蒸氣發(fā)生器和反應(yīng)堆冷卻劑泵。反應(yīng)堆冷卻劑泵典型地為豎直單級(jí)離心泵，其設(shè)計(jì)成用于移動(dòng)大體積的處于高溫度和壓力下的反應(yīng)堆冷卻劑，例如處于陽(yáng)0° W288°c )和2，250pSia(155巴)下。泵自下至上基本上包括三個(gè)常規(guī)部分液壓部分、軸密封件部分和馬達(dá)部分。下部液壓部分包括安裝于泵軸下端上的葉輪，其可在泵殼內(nèi)工作以便圍繞相應(yīng)環(huán)路泵送反應(yīng)堆冷卻劑。上部馬達(dá)部分包括馬達(dá)，其聯(lián)接用于驅(qū)動(dòng)泵軸。中間軸密封件部分包括三個(gè)串聯(lián)的密封件組件下部主密封件組件(1號(hào)密封件)、中間第二密封件組件和上部第三密封件組件。密封件組件定位成與泵軸同心，靠近泵軸的頂端，它們的組合用途為保證在正常工作條件期間沿著泵軸向包容大氣環(huán)境發(fā)生最小限度的反應(yīng)堆冷卻劑滲漏?，F(xiàn)有技術(shù)已知的泵軸密封件組件的代表性實(shí)例在以下美國(guó)專利中進(jìn)行了描述3, 522，948,3, 529，838,3, 632，117,3, 720，222 和 4，275，891。機(jī)械地密封位于固定泵壓力邊界與旋轉(zhuǎn)軸之間的界面的泵軸密封件組件必須能夠容納高系統(tǒng)壓力(大約2，250psi(155巴))而不發(fā)生過多滲漏。利用串列布置的三個(gè)密封件組件來分階段地分解壓力。這三個(gè)機(jī)械泵密封件組件為控制滲漏密封件，它們?cè)诓僮鲿r(shí)容許在每個(gè)階段發(fā)生最少量的控制滲漏，同時(shí)防止反應(yīng)堆冷卻劑從主冷卻劑系統(tǒng)向相應(yīng)密封件滲漏孔發(fā)生過多滲漏。泵密封件組件通常保持在適當(dāng)?shù)靥幱谥骼鋮s劑系統(tǒng)溫度以下的溫度，這或者通過在密封件組件處噴射冷溶液或者通過使用在主流體到達(dá)密封件組件之前冷卻主流體的熱交換器來實(shí)現(xiàn)。這些系統(tǒng)的理論化失效可能將密封件組件暴露于高溫，這將很可能引起密封件組件的控制滲漏顯著地增加。當(dāng)損失全部燃料冷卻的原因是由于損失全部交流動(dòng)力時(shí)，在沒有驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償泵的電力的情況下，密封件滲漏無法返回至冷卻系統(tǒng)。假想地，在沒有補(bǔ)償手段的情況下的控制滲漏可能導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻劑暴露反應(yīng)堆堆芯和隨后的堆芯損傷。因此，需要用于在萬一同時(shí)發(fā)生損失全部燃料冷卻和損失補(bǔ)償泵的情況下為標(biāo)準(zhǔn)密封件組件提供后備的有效方式。此外，優(yōu)選地，這樣的后備密封件應(yīng)當(dāng)可在損失動(dòng)力或者發(fā)生損失補(bǔ)償泵送能力的其它原因時(shí)工作，以便基本上密封軸以防滲漏。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，上述目的通過用于減速或停止旋轉(zhuǎn)設(shè)備的軸的熱致動(dòng)停機(jī)密封件實(shí)現(xiàn)，所述減速或停止旋轉(zhuǎn)設(shè)備比如為泵、壓縮機(jī)等等，所述熱致動(dòng)停機(jī)密封件設(shè)計(jì)成用于限制通過軸密封件的冷卻劑正常滲漏。本發(fā)明的停機(jī)密封件可用于密封在其軸和殼體之間具有狹窄流動(dòng)環(huán)狀空間的任何設(shè)備。這種停機(jī)密封件設(shè)計(jì)成用于密封離心泵，比如加壓水核反應(yīng)堆的反應(yīng)堆冷卻劑泵。圖2示出了威斯汀豪斯電氣公司(Westinghouse Electric Company LLC)使用的這種類型的反應(yīng)堆冷卻劑泵(Reactor Coolant Pump，RCP)，用于在加壓水核反應(yīng)堆的主回路中在高壓力下循環(huán)高溫水。這種停機(jī)密封件的特征在于“開口環(huán)”，該開口環(huán)設(shè)計(jì)成(i)在正常操作期間包圍軸，在其間具有環(huán)狀空間和(ii)當(dāng)軸減慢至預(yù)定速度以下或停止旋轉(zhuǎn)時(shí)抵靠軸收縮。 開口環(huán)具有相面對(duì)端部，在正常聯(lián)機(jī)操作期間，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，相面對(duì)端部通過間隔件保持間隔關(guān)系。當(dāng)軸減慢或停止旋轉(zhuǎn)和殼體中的溫度上升時(shí)，從開口環(huán)的相面對(duì)端部移除間隔件并且開口環(huán)隨著開口環(huán)相面對(duì)端部彼此接近而抵靠軸收縮，這樣阻塞冷卻劑通過流動(dòng)環(huán)狀空間的滲漏的相當(dāng)大部分。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔件由易熔的材料形成。在第二實(shí)施例中， 通過被動(dòng)地致動(dòng)的裝置從開口環(huán)拉開間隔件。優(yōu)選地，停機(jī)密封件還具有柔順的聚合物密封環(huán)，當(dāng)開口環(huán)阻塞冷卻劑通過環(huán)狀空間的滲漏時(shí)，所述聚合物密封環(huán)被殼體中的壓力增加推靠在軸上。在另一個(gè)實(shí)施例中，通過使環(huán)圓周的與開口相隔大致180°的徑向部分加厚，而改進(jìn)當(dāng)環(huán)被限制于開放位置時(shí)環(huán)的環(huán)狀空間的圓形。


通過結(jié)合附圖閱讀以下具體實(shí)施方式
部分可獲得對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，附圖中圖1為一種常規(guī)型核反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)的一個(gè)冷卻環(huán)路的示意圖，該核反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)包括與反應(yīng)堆處于閉環(huán)系統(tǒng)中的串聯(lián)連接的蒸氣發(fā)生器和反應(yīng)堆冷卻劑泵；圖2為一種反應(yīng)堆冷卻劑泵的軸密封件部分的剖開透視圖，以剖面圖示出了密封件殼體和下部主密封件組件、中間第二密封件組件和上部第三密封件組件，它們?cè)O(shè)置在密封件殼體內(nèi)并且包圍泵軸；圖3為圖2的反應(yīng)堆冷卻劑泵的密封件殼體和密封件組件的一部分的放大剖視圖；圖4為一種軸密封件結(jié)構(gòu)的剖視圖，示出了圖2和3中所示的下部初級(jí)封密的放大圖，本發(fā)明可應(yīng)用于其；圖5為圖4中所示的主密封件的嵌件的放大部分，其中本發(fā)明的泵軸和停機(jī)密封件的一部分帶有陰影線，其中停機(jī)密封件使用開口環(huán)間隔件，其設(shè)計(jì)成在正常操作溫度以上分解；圖6為在模擬加壓水核反應(yīng)堆的環(huán)境中，在本發(fā)明的停機(jī)密封件的停機(jī)測(cè)試期間取得的數(shù)據(jù)的圖解表示；圖7為與圖5的視圖類似的視圖，其使用本發(fā)明的停機(jī)密封件的第二實(shí)施例，該停機(jī)密封件使用熱致動(dòng)機(jī)械活塞來從開口環(huán)移除間隔件；圖8為圖7示意性地示出的活塞結(jié)構(gòu)的放大圖，其中活塞處于充分延伸位置，間隔件插入在本發(fā)明的開口環(huán)的開放端部之間；圖9為示出在將間隔件從開口環(huán)的開放端部之間移除的致動(dòng)事件之前圖8的活塞結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖10為在模擬加壓水核反應(yīng)堆的環(huán)境中，在使用本發(fā)明的停機(jī)密封件的停機(jī)測(cè)試期間取得的數(shù)據(jù)的圖解表示，其示出了在到達(dá)致動(dòng)溫度之后少于大約45秒內(nèi)，停機(jī)密封件有效地阻塞冷卻劑流；以及圖11為用于本發(fā)明的停機(jī)密封件的改進(jìn)型開口環(huán)的平面圖。
具體實(shí)施例方式在以下說明中，同樣的附圖標(biāo)記在各視圖中標(biāo)示同樣的或者相應(yīng)的部件。另外，在以下說明中，應(yīng)當(dāng)理解，如“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等等術(shù)語(yǔ)為方便描述的措詞， 并不應(yīng)看作是限制性術(shù)語(yǔ)?，F(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)堆冷卻劑泵參看圖1，示出了常規(guī)型核反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)的多個(gè)冷卻劑回路10之一的示意圖。 冷卻劑回路10包括與核反應(yīng)堆16處于閉環(huán)冷卻系統(tǒng)的串聯(lián)連接的蒸氣發(fā)生器12和反應(yīng)堆冷卻劑泵14。蒸氣發(fā)生器12包括與蒸氣發(fā)生器12的入口和出口增壓室(plenum) 20、22 連通的主換熱管18。蒸氣發(fā)生器12的入口增壓室20與反應(yīng)堆堆芯16的出口流動(dòng)連通地連接，以便沿著流動(dòng)路徑44從其接收熱的冷卻劑，該流動(dòng)路徑44通常稱為閉環(huán)系統(tǒng)的熱段 (hotleg)。蒸氣發(fā)生器12的出口增壓室22沿著閉環(huán)系統(tǒng)的流動(dòng)路徑沈與反應(yīng)堆冷卻劑泵14的入口抽吸側(cè)流動(dòng)連通地連接。反應(yīng)堆冷卻劑泵14的出口壓力側(cè)與反應(yīng)堆堆芯16 的入口流動(dòng)連通地連接，以便沿著閉環(huán)系統(tǒng)的冷段的流動(dòng)路徑觀向其給送較冷的冷卻劑。反應(yīng)堆冷卻劑泵14圍繞閉環(huán)系統(tǒng)在高壓下泵送冷卻劑。特別地，從反應(yīng)堆16放出的熱的冷卻劑被引導(dǎo)至蒸氣發(fā)生器12的入口增壓室20以及與其連通的換熱管18。同時(shí)， 在換熱管18中，熱的冷卻劑經(jīng)由傳統(tǒng)方法(未示出)與供向蒸氣發(fā)生器12的冷卻給水成熱交換關(guān)系流動(dòng)。給水被加熱且其部分改變?yōu)檎魵庖杂糜隍?qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)(未示出)。已經(jīng)通過熱交換降低溫度的冷卻劑然后被經(jīng)由冷卻劑泵14再循環(huán)至反應(yīng)堆16。反應(yīng)堆冷卻劑泵14必須能夠圍繞閉環(huán)系統(tǒng)移動(dòng)大體積的處于高溫度和壓力的反應(yīng)堆冷卻劑。但是，在熱交換之后通過泵14從蒸氣發(fā)生器12流出的冷卻劑的溫度已經(jīng)被冷卻到顯著地低于在熱交換之前從反應(yīng)堆16流向蒸氣發(fā)生器12的冷卻劑的溫度(典型地為大約550° W288°C))。為了在這些比較高的溫度保持冷卻劑處于液體狀態(tài)，通過注射泵 (未示出)為系統(tǒng)加壓，并且系統(tǒng)在大約2，250pSia(155巴)的壓力下工作。如圖2和3中所示，現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)堆冷卻劑泵14通常包括泵殼體30，泵殼體30 在一端終止于密封件殼體32。泵還包括泵軸34，泵軸34在泵殼體30的中心延伸并且密封且可旋轉(zhuǎn)地安裝在密封件殼體32內(nèi)。盡管未示出，但泵軸34的底部連接至葉輪，而其頂部連接至高馬力感應(yīng)式電動(dòng)馬達(dá)。當(dāng)馬達(dá)帶動(dòng)軸34旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵殼體30的內(nèi)部36內(nèi)的葉輪引起加壓反應(yīng)堆冷卻劑通過反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)流動(dòng)。由于密封件殼體32的外側(cè)部分被環(huán)境大氣包圍，這種加壓冷卻劑在軸34上施加向上的靜液壓負(fù)載。
為了使泵軸34可在密封件殼體32內(nèi)自由地旋轉(zhuǎn)同時(shí)在泵殼體內(nèi)部36與密封件殼體32外部之間保持2，250psia(155巴)的壓力邊界，串聯(lián)地設(shè)置的下部主密封件組件 38、中間第二密封件組件40和上部第三密封件組件42在密封件殼體32內(nèi)圍繞泵軸34設(shè)置于圖2和3中所示的位置。執(zhí)行大部分壓力密封(大約2，200psi(152巴))的下部主密封件組件38為無接觸流體靜力類型，而中間第二和上部第三密封件組件40、42為接觸或摩擦機(jī)械類型。泵14的密封件組件38、40、42每一個(gè)通常包括相應(yīng)的環(huán)狀轉(zhuǎn)子(runner) 44、46、48 和相應(yīng)的環(huán)狀密封環(huán)50、5254，環(huán)狀轉(zhuǎn)子安裝至泵軸34以便隨其旋轉(zhuǎn)，環(huán)狀密封環(huán)固定地安裝在密封件殼體32內(nèi)。相應(yīng)的轉(zhuǎn)子44、46、48和密封環(huán)50、52、M具有相互面向的頂部和底部端面56、58、60和62、64、66。下部主密封件組件38的轉(zhuǎn)子44和密封環(huán)50的面向的面56、62通常并不相互接觸，而是一流體薄膜通常在它們之間流動(dòng)。另一方面，中間第二和上部第三密封件組件40和42的轉(zhuǎn)子和密封環(huán)46、52和48、54的面向的面58、64和60、66 通常相互接觸或摩擦。因?yàn)橹髅芊饧M件38通常在流體膜模式下工作，必須采取一些措施來處理在密封件殼體32與可旋轉(zhuǎn)地安裝于其的軸34之間的環(huán)形空間泄漏的冷卻流體。因此，密封件殼體32包括主泄漏端口 69，而泄漏端口 71容納從第二和第三密封件組件40、42泄漏的冷卻劑流體。圖4為圖2和3中所示類型的1號(hào)或主下部密封件區(qū)域中密封件殼體的剖面圖， 并且提供了對(duì)1號(hào)密封件的操作以及其將與本發(fā)明相接的方式的更好理解。所示的結(jié)構(gòu)包括具有環(huán)狀壁33的殼體32，環(huán)狀壁適于在殼體32內(nèi)形成壓力室35 ；可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體 32內(nèi)的軸34 ；密封轉(zhuǎn)子組件44 ；和設(shè)置在殼體32內(nèi)的密封環(huán)組件50。如前所述，軸34可由適當(dāng)?shù)鸟R達(dá)(未示出)驅(qū)動(dòng)并且用于驅(qū)動(dòng)離心泵(未示出)的葉輪，該離心泵使冷卻劑流體在加壓系統(tǒng)中循環(huán)。噴射水可在比泵產(chǎn)生的壓力更高的壓力下供向室35。轉(zhuǎn)子組件 44包括環(huán)狀保持座70和環(huán)狀密封板72。類似地，密封環(huán)組件50包括保持座74和環(huán)狀面板76。由于保持座70安裝于環(huán)狀支承件78上，該環(huán)狀支承件接合軸34上的肩臺(tái)80并且通過套筒82固定至軸，所以保持座隨著軸34旋轉(zhuǎn)，其中該套筒82在軸與支承件78的向上延伸腿84之間裝配于軸34上，該支承件78在橫截面中基本上為L(zhǎng)形。應(yīng)當(dāng)理解，盡管本發(fā)明被描述為應(yīng)用于使用在泵軸之上的套筒的泵，但本發(fā)明同樣地可在并不使用套筒的泵軸上使用。保持座70上的肩臺(tái)86安放于腿84的上端上，而套筒82上的肩臺(tái)88將保持座70保持于支承件84上。銷90被壓入套筒82中的凹槽92中并且接合保持座70中的軸向隙縫94。從螺母(未示出)在套筒82和支承件78上施加軸向夾緊力，其引起套筒82和支承件78隨著軸34旋轉(zhuǎn)。銷90又引起保持座70隨著隨軸34旋轉(zhuǎn)的套筒82旋轉(zhuǎn)。0型密封環(huán)96和98分別設(shè)置在支承件78與軸34和保持座70之間。另外，0型密封環(huán)100設(shè)置于保持座70與面板72之間的界面102中。面板72由耐腐蝕侵蝕材料構(gòu)成，所述材料具有與構(gòu)成保持座70的材料基本上相同的熱膨脹系數(shù)，保持座70具有高彈性模量。類似地，面板76由耐腐蝕侵蝕材料構(gòu)成，所述材料具有與保持座74的材料基本上相同的熱膨脹系數(shù)，保持座74具有高彈性模量。適當(dāng)材料的實(shí)例為碳化物和陶瓷。另外，0型密封環(huán)104設(shè)置于保持座74與面板沈之間的界面106中。保持座74可動(dòng)地安裝于在橫截面中基本上為L(zhǎng)形的環(huán)狀密封環(huán)嵌件110的向下延伸腿108上。嵌件110通過有頭螺釘112保持在殼體32中。0型密封環(huán)114設(shè)置于嵌件110與殼體32之間的界面中。類似地，0型密封環(huán)118設(shè)置于保持座74與嵌件110的腿 108之間的界面120中。通過銷122阻止保持座74的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該銷122被壓入嵌件110 中。銷122延伸至保持座74中的槽124中，在槽124的壁與銷122之間具有足夠的間隙以允許保持座74的軸向運(yùn)動(dòng)但是限制保持座74的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。面板76通過夾緊裝置128附接至保持座74，夾緊裝置1 包括保持環(huán)130、夾緊環(huán)132、鎖緊環(huán)134、多個(gè)有頭螺釘136和在鎖緊環(huán)134與夾緊環(huán)132之間安裝于有頭螺釘 136上的貝氏彈簧138。有頭螺釘136延伸通過保持環(huán)130、夾緊環(huán)132、貝氏彈簧138并且被擰入鎖緊環(huán)134中。保持座74的界面106在140處凹進(jìn)以便在一外徑處在界面上提供環(huán)狀支點(diǎn)142，該外徑小于面板76的界面的外徑。保持環(huán)130具有帶有脊部144的向內(nèi)延伸凸緣，該脊部144接合面板76的延伸超過支點(diǎn)142的部分146。夾緊環(huán)132具有帶有脊部148的向內(nèi)延伸凸緣，該脊部148接合保持座74上的面150。因此，當(dāng)有頭螺釘136被擰緊以便將夾緊環(huán)132和保持環(huán)130朝向彼此拉動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)力，該力圍繞支點(diǎn)142在面板 76上施加懸臂作用。在夾緊作用期間，貝氏彈簧138受到部分地壓縮并且通過夾緊力使面板76變形。面板72按照類似于參考面板76所述方式的方式通過夾緊裝置150附接至保持座 70。然而，保持座70的界面102上的支點(diǎn)152位置比保持座74上的支點(diǎn)142更靠近面板 72的外徑。因此，面板72上的夾緊力并不使面板圍繞支點(diǎn)152產(chǎn)生與面板76上產(chǎn)生的變形同樣多的變形。如果需要的話，支點(diǎn)142和152可相對(duì)于它們的相應(yīng)的面板置于相同的位置處。如前所述，密封環(huán)組件50安裝成限制相對(duì)于軸34和密封轉(zhuǎn)子組件44的軸向運(yùn)動(dòng)。另外，通過防旋轉(zhuǎn)銷122限制密封環(huán)組件50的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該防旋轉(zhuǎn)銷122松弛地適配在密封環(huán)保持座74中的槽124中。面板76上的密封面在重力作用下被偏壓向面板72上的相面對(duì)的密封面156。在通過軸34驅(qū)動(dòng)的泵的操作中，密封環(huán)保持座74的表面158和160經(jīng)受高壓力室35中的全壓力。希望的是，在高壓力室35與鄰近套筒82的環(huán)狀低壓力區(qū)域162之間提供壓力阻隔件。密封環(huán)組件50用作壓力阻隔裝置，但是允許控制量的流體泄漏流量通過密封間隙164從壓力室35流向區(qū)域162，所述密封間隙164設(shè)置在分別位于密封板76和72 上的相面對(duì)的密封面154與156之間。在操作期間，根據(jù)密封環(huán)組件的相對(duì)的面上的壓力來保持軸向可動(dòng)的密封環(huán)組件 50的均衡或平衡位置。間隙164中的流體的厚度以及進(jìn)而通過間隙164的泄漏流量由間隙 164的構(gòu)造確定。為了在密封間隙164改變時(shí)獲得密封環(huán)組件50和轉(zhuǎn)子組件44的相對(duì)位置的自回復(fù)，從高壓邊緣或末端166到在密封件面對(duì)的末端之間的位置設(shè)置減小厚度的流體流動(dòng)路徑。更特別而言，在所示的結(jié)構(gòu)中，減小厚度的流體流動(dòng)路徑在外側(cè)邊緣166與密封面IM 上位于168處的中間同心圓之間延伸。如本結(jié)構(gòu)中所示，減小的流動(dòng)路徑厚度通過在面板76的外側(cè)邊緣166與圓168之間略微背離面板72的相面對(duì)表面156使表面IM漸縮而形成。圖中所示的表面IM與156 之間的角度被放大。這種構(gòu)造或結(jié)構(gòu)被稱為漸縮面密封。這種類型的密封的操作在1967 年10月17日授予Erling Frisch的美國(guó)專利3，347，552中進(jìn)行了充分描述。本發(fā)明的停機(jī)密封件根據(jù)本發(fā)明，如圖5和7-9中所示，另外的密封件170作為后備安全或停機(jī)裝置有利地設(shè)置于泵14中，其可在損失密封冷卻的情況下致動(dòng)以便防止在軸34與泵的密封件組件38、40、42之間沿著軸34發(fā)生過多的滲漏。如圖5中所示，停機(jī)密封件170位于1號(hào)主密封件38的嵌件110中的環(huán)狀開口中的機(jī)加工凹槽中。停機(jī)密封件的特征在于“開口環(huán)” 172，該開口環(huán)設(shè)計(jì)成(i)在正常操作期間包圍軸34，在其間具有環(huán)狀空間174 和(ii) 當(dāng)在損失密封冷卻之后軸顯著減慢或停止旋轉(zhuǎn)時(shí)抵靠軸34收縮。開口環(huán)172為單件式不連續(xù)的環(huán)構(gòu)件，其沿軸向分開，在正常泵操作期間，面對(duì)的端部通過間隔件176保持間隔關(guān)系。在圖5中，開口環(huán)172的相對(duì)的端部按舌槽構(gòu)造機(jī)加工而成，以便使得當(dāng)開口環(huán)的端部交疊時(shí)，舌部可坐放于凹槽中。在另一個(gè)實(shí)施例中，相對(duì)的端部可帶有平接端部或者具有斜接的半搭接接頭以使得端部交疊。所示的間隔件176位于間隙中以便在操作期間防止間隔件176的相對(duì)端部封閉在軸34上，從而保持環(huán)狀空間174開放用于控制滲漏。根據(jù)本發(fā)明，停機(jī)密封件在密封件的溫度由于損失密封冷卻而上升并且優(yōu)選地泵軸的旋轉(zhuǎn)減慢或停止時(shí)致動(dòng)。間隔件對(duì)溫度上升(或者因?yàn)檩S已顯著減慢或停止旋轉(zhuǎn)或者由于任何其它原因)做出響應(yīng)，以便被從開口環(huán)172的面對(duì)端部移除。這引起開口環(huán)的面對(duì)端部隨著開口環(huán)的面對(duì)端部彼此接近而抵靠軸34收縮，這樣，就阻塞冷卻劑通過流動(dòng)環(huán)狀空間174的滲漏。優(yōu)選地，開口環(huán)和軸(或者在使用位于軸之上的套筒的情況下的軸套筒)由耐磨材料構(gòu)造，以便使得如果在旋轉(zhuǎn)軸上被致動(dòng)，將不會(huì)產(chǎn)生磨損球，否則的話磨損球?qū)?huì)用作楔子以便在密封界面之間開通滲漏路徑。開口環(huán)和軸使用例如17-4不銹鋼之類的材料已經(jīng)被證明能良好地工作。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔件由可分解的(例如易熔的)材料形成，所述材料響應(yīng)于溫度上升而溶解或者顯著地失去其壓縮強(qiáng)度。在第二實(shí)施例中，間隔件通過被動(dòng)地致動(dòng)的裝置從開口環(huán)172拉開。在任一實(shí)施例中，柔順的聚合物密封環(huán)178在開口環(huán)與實(shí)心的保持座圈180之間抵靠開口環(huán)172位于軸34周圍。當(dāng)開口環(huán)限制通過環(huán)狀空間 174的冷卻劑滲漏時(shí)，柔順的聚合物密封環(huán)178通過殼體中壓力的增加被推靠在軸上，從而形成緊密密封。圖5示出了安裝于圖4的反應(yīng)堆冷卻劑泵中的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的停機(jī)密封件170。圖5的停機(jī)密封件設(shè)計(jì)成在損失密封冷卻之后致動(dòng)并且在泵軸34減慢或者并不旋轉(zhuǎn)時(shí)密封防漏。停機(jī)密封件位于泵殼體內(nèi)，環(huán)繞軸34。在圖2-4中所示的這種類型反應(yīng)堆冷卻劑泵的情況下，可通過在頂部凸緣處機(jī)加工出內(nèi)徑的一部分而改動(dòng)1號(hào)密封件嵌件。直到致動(dòng)為止，停機(jī)密封件170基本上完全容納在曾在改動(dòng)之前被1號(hào)嵌件所占據(jù)的空間內(nèi)，從而基本上不改變其與軸34之間的環(huán)狀空間174。按這種方式，在旋轉(zhuǎn)設(shè)備正常操作期間，沿著軸34通過環(huán)狀空間174的冷卻劑流動(dòng)基本上不受阻礙。圖5的停機(jī)密封件170的致動(dòng)部分包括低熔點(diǎn)間隔件176，該低熔點(diǎn)間隔件176 保持開口環(huán)172的面對(duì)的端部開放。例如，有利地，在2. 16kg的情況下在190°C具有至少 25g/10min的熔融指數(shù)(使用ASTM 01238試驗(yàn))、具有218° F(103°C )玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)和 255° F(1M°C )的熔點(diǎn)的線性低密度聚乙烯(Linear Low Density Polyethylene)可用于反應(yīng)堆冷卻劑泵。這種聚合物將會(huì)保證停機(jī)密封件170在正常操作期間不會(huì)致動(dòng)。當(dāng)間隔件176軟化時(shí)，開口環(huán)172開始封閉，收縮在軸34周圍，同時(shí)還仍然保持在改動(dòng)的1號(hào)密封件嵌件中。由中斷通過環(huán)狀空間174的冷卻劑流的開口環(huán)172跨過密封件產(chǎn)生的壓降導(dǎo)致系統(tǒng)壓力作用于開口環(huán)172上，以便更緊密地密封，直到間隔件176被從開口環(huán)172 的相面對(duì)端部之間擠出為止。在間隔件176不在的情況下，開口環(huán)172能充分密封以便引起主密封環(huán)178開始密封。開口環(huán)172安放在波狀彈簧182上，該波狀彈簧182迫使開口環(huán)172抵靠主密封環(huán)178向上，以便保證初始的密封接觸，因此跨過開口環(huán)172的壓降還作用于主密封環(huán)178上。波狀彈簧為彈性波浪形金屬條，即使當(dāng)停機(jī)密封件在旋轉(zhuǎn)軸上致動(dòng)時(shí)，波狀彈簧也能保持壓縮力。波狀彈簧能隨著開口環(huán)旋轉(zhuǎn)或者使得開口環(huán)跨過其面旋轉(zhuǎn)而不失效。波狀彈簧將會(huì)在軸停下來之后提供足夠的彈性力以便在即使開口環(huán)或聚合物環(huán)磨損的情況下容許建立緊密密封。主密封環(huán)178為柔順的聚合物材料構(gòu)成的實(shí)心環(huán)，當(dāng)通過由開口環(huán)172產(chǎn)生的超高壓降作用時(shí)，主密封環(huán)178收縮在軸34周圍并且向上抵靠保持環(huán)180。隨著主密封環(huán)178收縮，其產(chǎn)生更大的壓降，該更大的壓降又進(jìn)一步將環(huán)178更緊地收縮在軸34周圍并且向上抵靠保持環(huán)180。這種壓降還向上推動(dòng)開口環(huán)172與保持環(huán) 180，保證在全部密封面之間的緊密密封。已經(jīng)確定的是，優(yōu)選地，使用如下文所述的PEEK 聚合物密封環(huán)178，基于8. 47英寸5厘米)直徑套筒，保持環(huán)180的內(nèi)徑被大致限制于一定內(nèi)徑，該內(nèi)徑使得在保持環(huán)與套筒之間形成0.065英寸(0. 17厘米)擠出間隙的最大值和0. 003英寸(0. 008厘米)擠壓間隙的最小值，并且將跨過聚合物環(huán)的壓降限制于大致 0.2pSia(0.014巴)。該最小間隙設(shè)定了能穿過密封件的最小尺寸外來物質(zhì)。理想地，與軸相接的保持環(huán)的底部具有大致0. 2或更小的摩擦系數(shù)，優(yōu)選地為從0. 12至0. 2。一種只使用開口環(huán)172來相對(duì)于軸34密封而不使用聚合物環(huán)178的替代設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生具有較少順應(yīng)性因此具有較大滲漏的密封件。聚合物環(huán)178能適應(yīng)于開口環(huán)172不能適應(yīng)的不圓度、劃痕、凹陷、碎屑、粗糙度及其它表面不規(guī)則特征。在由聚合物環(huán)178提供的防漏密封的情況下，沒有來自泄漏蒸氣的線切割的威脅，而這可能最終毀壞密封面并且引起顯著滲漏。聚合物的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其能夠沿軸向沿著軸滑動(dòng)和隨著其徑向移動(dòng)并且仍然保持緊密密封。這是由于低摩擦系數(shù)和它是連續(xù)的環(huán)。一旦它開始密封，聚合物環(huán)178 密封就不再需要開口環(huán)172。圖2-4的用于反應(yīng)堆冷卻劑泵的聚合物環(huán)178優(yōu)選地由PEEK(聚醚-醚-酮)聚合物形成，只要在300° F下開口環(huán)能提供最少350psU24巴)壓降，聚合物環(huán)178將會(huì)在反應(yīng)堆冷卻劑泵壓力和溫度下提供防漏密封。PEEK具有300° F(149°C)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；為了保護(hù)反應(yīng)堆冷卻劑泵密封件以防不僅可能增加泄漏速率而且可能損傷密封件的不利條件影響的理想致動(dòng)溫度。具有300° F(149°C)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度意味著聚合物將會(huì)為足夠柔順的以便圍繞軸順應(yīng)符合，但仍然保持抵抗試圖將其通過環(huán)狀空間擠出的剪切力的強(qiáng)度。PEEK為理想的材料，還因?yàn)槠淙埸c(diǎn)大于600° F(316°C)，例如647° F(342°C)，保證在高達(dá)密封件可能會(huì)暴露于的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)溫度最大值(560° W293°C)的情況下， 密封件將會(huì)保持完整性。另外，PEEK并不特別地吸水，因此在正常操作期間它不會(huì)脹大和封閉環(huán)狀空間。PEEK不會(huì)交聯(lián)到在9年的預(yù)期輻射后改變其性能(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔點(diǎn)或強(qiáng)度)的程度。在位于軸和1號(hào)嵌件之間的反應(yīng)堆冷卻劑泵密封件中具有狹窄環(huán)狀空間的情況下，0. 25英寸(6. 35mm)厚的PEEK環(huán)能在570° F (299°C )下承受可能跨過其存在的2350psi(162巴)的全部反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力持續(xù)至少72小時(shí)，以及在350° F (177 V) 和375psU26巴)的余熱排出條件(Residual Heat Removal conditions)下持續(xù)至少另外的44小時(shí)。因?yàn)樾枰@樣少量的PEEK，組成停機(jī)密封件的主密封環(huán)178以及其它兩個(gè)環(huán) 172,180可適配于可允許在沒有1號(hào)嵌件的結(jié)構(gòu)完整性問題的情況下從1號(hào)嵌件內(nèi)徑移除的體積中。不同的流體、溫度、壓力和空隙可能需要不同的聚合物。在圖5中所示實(shí)施例中，開口環(huán)172具有交疊的端部，其帶有斜接接頭。在兩個(gè)端部之間提供足夠的間隙以容許開口環(huán)172的端部沿著彼此滑動(dòng)，以便環(huán)172在它將會(huì)暴露于的全部可能溫度范圍內(nèi)適于略微不同的泵軸直徑。不管為開口環(huán)的相對(duì)端部選擇的輪廓如何，應(yīng)當(dāng)在開口環(huán)的直接相對(duì)的端部之間提供足夠的間隙，以便使得當(dāng)開口環(huán)在致動(dòng)溫度下包圍軸時(shí)開口環(huán)的直接相對(duì)的端部并不彼此接觸。然而，該間隙不應(yīng)太大以致阻止在間隔件移除時(shí)形成顯著的差壓。該間隙必須補(bǔ)償開口環(huán)和軸的差別加熱。因此，開口環(huán) 172不會(huì)對(duì)軸公差或熱膨脹敏感。優(yōu)選地，開口環(huán)172的內(nèi)徑處于在致動(dòng)溫度下所要密封的軸的直徑的0. 001英寸(0. 025mm)范圍內(nèi)。開口環(huán)172的頂部、底部和內(nèi)徑表面具有至少 16RMS表面光潔度，其中RMS為光潔度的粗糙度的量度。使用PEEK聚合物的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)在致動(dòng)之后從系統(tǒng)移除壓力時(shí)，PEEK聚合物在防漏密封八小時(shí)那樣多時(shí)間之后從軸縮回，并且可容易地由技術(shù)人員移除。有利地，PEEK 聚合物并不需要為了移除而進(jìn)行切割或機(jī)加工，從而消除了外來物質(zhì)殘余物問題。如果聚合物密封更長(zhǎng)時(shí)間，它保持收縮，但是當(dāng)利用錘子輕輕地撞擊時(shí)容易移除。保持環(huán)180的頂部可涂有PEEK聚合物以便保證對(duì)密封件殼體公差和表面條件并不敏感的密封。保持環(huán)180可為用于反應(yīng)堆冷卻劑泵停機(jī)密封件應(yīng)用的410型不銹鋼。停機(jī)密封件部件應(yīng)當(dāng)具有與1號(hào)嵌件相同的或類似的熱膨脹系數(shù)，其中保持環(huán)180為收縮適配 (收縮適配保證所有環(huán)和彈簧保持被捕獲在1號(hào)嵌件中)。當(dāng)溫度上升至560° F(293°C) 時(shí)，在不同的熱膨脹系數(shù)的情況下，保持環(huán)將會(huì)變形而不均勻地支承PEEK環(huán)178，使得它可能擠出并失效。保持環(huán)180的頂表面優(yōu)選地具有至少32RMS表面光潔度，并且，在安裝停機(jī)密封件之后，保持環(huán)180的頂表面與1號(hào)嵌件凸緣環(huán)狀表面齊平或一致。圖6示出了在模擬加壓水核反應(yīng)堆的環(huán)境中，在使用本發(fā)明的停機(jī)密封件樣品進(jìn)行停機(jī)測(cè)試期間取得的數(shù)據(jù)。圖7示出了本發(fā)明的停機(jī)密封件170的第二優(yōu)選實(shí)施例，其使用熱觸發(fā)活塞來將間隔件拉動(dòng)至縮回位置以便圍繞泵軸封閉開口環(huán)。圖7的停機(jī)密封件設(shè)計(jì)成在損失密封冷卻之后致動(dòng)并且當(dāng)泵軸34減速或不旋轉(zhuǎn)時(shí)緊密密封。停機(jī)密封件位于泵殼體內(nèi)，環(huán)繞軸 34。在圖2-4中所示的這種類型反應(yīng)堆冷卻劑泵的情況下，可通過在頂部凸緣處機(jī)加工出內(nèi)徑的一部分而改變1號(hào)密封件嵌件110。直到致動(dòng)為止，停機(jī)密封件170基本上完全容納在曾在改變之前被1號(hào)嵌件所占據(jù)的空間內(nèi)，從而不改變密封件170與軸34之間的環(huán)狀空間174。因此，在旋轉(zhuǎn)設(shè)備正常操作期間，沿著軸通過環(huán)狀空間的冷卻劑流動(dòng)基本上不受阻礙。該優(yōu)選實(shí)施例的停機(jī)密封件170的致動(dòng)部分包括可縮回的間隔件176，該間隔件 176保持開口環(huán)172的相面對(duì)端部開放?？煽s回的間隔件116通過熱響應(yīng)機(jī)械裝置184(例如此處所述的活塞186之類)致動(dòng)。當(dāng)間隔件176從開口環(huán)172的端部縮回時(shí)，開口環(huán)172 猛地關(guān)閉，收縮在軸34周圍，同時(shí)還仍然保持在改變的1號(hào)密封件嵌件中。開口環(huán)172安放在波狀彈簧182上，該波狀彈簧182迫使開口環(huán)172向上抵靠密封環(huán)178，該密封環(huán)178 推靠著保持環(huán)180。由于中斷通過環(huán)狀空間174的流動(dòng)所引起的壓降還迫使開口環(huán)172和密封環(huán)178向上，保證在所有密封面之間緊密密封。在位于軸34和1號(hào)嵌件之間的反應(yīng)堆冷卻劑泵密封件中具有狹窄環(huán)狀空間174 的情況下，0. 25英寸(6. 35mm)厚的開口環(huán)172能在552° F(289°C )下承受可能跨過其經(jīng)受的2350psi(162巴)的全部反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)壓力，以及在570° F (299°C )下，持續(xù)至少觀小時(shí)，并且在350° F(177°C )和375psU26巴)的余熱排出條件(Residual Heat Removal conditions)下持續(xù)至少另外的44小時(shí)。因?yàn)檫@樣小的開口環(huán)172足夠，組成停機(jī)密封件170的開口環(huán)172、密封環(huán)178以和保持環(huán)180可適配于可允許在沒有1號(hào)嵌件 110結(jié)構(gòu)完整性問題的情況下從1號(hào)嵌件內(nèi)徑移除的體積中。通過熱響應(yīng)機(jī)械裝置(或致動(dòng)器)184使可縮回的間隔件176從開口環(huán)172的端部縮回。圖7和8示出了在正常操作期間間隔件176和致動(dòng)器184的相對(duì)位置。致動(dòng)器184的軸線優(yōu)選地相對(duì)于軸34的軸線垂直地定位并且凹進(jìn)入泵殼體中。對(duì)于反應(yīng)堆冷卻劑泵，致動(dòng)器184位于制造于1號(hào)嵌件 110的凸緣中的孔中，其中內(nèi)徑的一部分已經(jīng)移除用于停機(jī)密封環(huán)。圖9示出了在致動(dòng)事件之前的間隔件176和致動(dòng)器184組件。如圖7、8和9中所示，致動(dòng)器184包括用于約束彈簧加載的間隔件176的罐裝的活塞186。在罐內(nèi)有蠟188， 蠟188在反應(yīng)堆冷卻劑泵的所需致動(dòng)溫度(例如觀0° F(138°C ))下相變，在此將對(duì)此進(jìn)一步描述。這種相變導(dǎo)致蠟188的體積顯著增長(zhǎng)。例如，比如二十八烷的蠟體積將會(huì)增加大約17%。當(dāng)蠟188相變和膨脹時(shí)，它推動(dòng)活塞頭190背離泵軸34。當(dāng)活塞頭190運(yùn)動(dòng)時(shí)， 曾由活塞頭190保持就位的球192將會(huì)向旁邊掉落，并且容許壓縮彈簧194膨脹，該壓縮彈簧194向后推連接至間隔件176的柱塞196。當(dāng)彈簧194膨脹時(shí)，它推動(dòng)柱塞196，該柱塞 196隨其拉動(dòng)間隔件176，從而從開口環(huán)端部之間縮回間隔件176。間隔件176可涂有鉻碳化物以便保證腐蝕產(chǎn)物并不增加為了開口環(huán)172縮回間隔件176因而彈簧194必須克服的摩擦力。熱致動(dòng)器蠟188可配制成在沈5-觀0° F(129-138°C )下改變狀態(tài)以便致動(dòng)停機(jī)密封件。在觀2° F(139°C)以上，反應(yīng)堆冷卻劑泵密封件經(jīng)受混合流(蒸氣和水)，該混合流可能非常不穩(wěn)定并且不可預(yù)料。密封件泄漏的報(bào)警溫度為180-190° F(82-88°C)而停機(jī)溫度為225-235° F(107-113°C )。使用介于洸0_沘0° F(127_138°C )之間的致動(dòng)溫度，就提供了最大量的裕度，同時(shí)防止可能不穩(wěn)定的情況。盡管這種停機(jī)密封件設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)成在停止的軸上密封防漏，但這種停機(jī)密封件設(shè)計(jì)方案還能夠在20rpm的轉(zhuǎn)速下密封防漏持續(xù)一定時(shí)間周期，該時(shí)間周期超過軸達(dá)到靜止需要的時(shí)間周期，即使對(duì)于完全非密封1號(hào)密封件(非密封1號(hào)密封件的重要性在后文討論)。二十RPM為引起反應(yīng)堆冷卻劑泵的軸立即達(dá)到停止的大致速度，這時(shí)反應(yīng)堆冷卻劑泵馬達(dá)軸承中的油楔分解。在該速率范圍內(nèi)，由于反應(yīng)堆冷卻劑泵的漸近減速，軸旋轉(zhuǎn)最長(zhǎng)，同時(shí)馬達(dá)承軸提供了極低的摩擦阻力。由停機(jī)密封件施加于軸的扭矩足以在對(duì)停機(jī)密封件的顯著損傷引起防漏密封件被破壞之前良好地促使反應(yīng)堆冷卻劑泵靜止。這種停機(jī)密封件設(shè)計(jì)方案還能夠在以50RPM旋轉(zhuǎn)的軸上致動(dòng)時(shí)在 Igpm (3. 7851pm)平均速度下控制滲漏。五十RPM為在反應(yīng)堆冷卻劑泵馬達(dá)在不到1分鐘內(nèi)切斷的情況下軸將會(huì)旋轉(zhuǎn)的近似速度。停機(jī)密封件能承受這種旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間周期，該時(shí)間周期超過軸達(dá)到靜止所需要的時(shí)間周期，即使對(duì)于完全非密封的1號(hào)密封件。因此，這種停
12機(jī)密封件設(shè)計(jì)方案為操作人員對(duì)損失所有密封冷卻事件做出反應(yīng)提供了裕度。盡管對(duì)于在固定軸上的密封(防漏)是優(yōu)化的，與反應(yīng)堆冷卻劑泵1號(hào)密封件結(jié)合的停機(jī)密封件的若干部件具有有利于停機(jī)密封件在應(yīng)當(dāng)密封時(shí)進(jìn)行密封而在不應(yīng)密封時(shí)不密封的性能。它不僅將會(huì)密封，而且不會(huì)干擾反應(yīng)堆冷卻劑泵密封，或損傷部件。這些性能容許停機(jī)密封件承受在全速那樣快地旋轉(zhuǎn)的軸上致動(dòng)并且承受足夠長(zhǎng)的時(shí)間周期，以便設(shè)備操作人員采取行動(dòng)來安全地使反應(yīng)堆冷卻劑泵停止。在一些情況下，停機(jī)密封件能承受無限期地在全速軸上密封以便使得反應(yīng)堆冷卻劑泵或設(shè)備根本并不需要停機(jī)。在發(fā)生損失所有密封冷卻事件時(shí)，當(dāng)軸在這些情況下確實(shí)達(dá)到靜止時(shí)，已經(jīng)證明停機(jī)密封件能夠密封，即< Igpm0這種停機(jī)密封件設(shè)計(jì)方案利用了 1號(hào)密封件性能，這些性能不僅保護(hù)停機(jī)密封件以防被損傷，而且在發(fā)生損失所有密封冷卻事件時(shí)推動(dòng)它進(jìn)行密封。1號(hào)密封件的保護(hù)性能得益于在其面板上的會(huì)聚錐角，所述錐角使得密封件泄漏對(duì)差壓不敏感。這樣，它能夠與無意中致動(dòng)的停機(jī)密封件均壓同時(shí)保持在其正常工作范圍內(nèi)。在1號(hào)密封件的工作性能將會(huì)降低至需要反應(yīng)堆冷卻劑泵切斷的程度之前，停機(jī)密封件必須產(chǎn)生系統(tǒng)差壓的80%。即使停機(jī)密封件能夠產(chǎn)生跨過它的系統(tǒng)差壓的100%，1號(hào)密封件也能夠承受其面板的瞬間摩擦。對(duì)于跨過停機(jī)密封件的系統(tǒng)差壓的100%，1號(hào)密封件只須對(duì)付提供接觸力的其自重。即使在1號(hào)密封件并不提供任何密封的這種最極端的情況中，停機(jī)密封件只能提供這種差壓數(shù)量持續(xù)大致12秒，隨后它磨損到它將會(huì)從軸充分地釋放的程度，以便開始均壓-這限制了可用壓力引起進(jìn)一步磨損。當(dāng)停機(jī)密封件在旋轉(zhuǎn)軸上致動(dòng)時(shí)，損傷受到自限制。開口環(huán)只能磨損軸至使得軸的周長(zhǎng)減小至在開口環(huán)的端部彼此抵靠時(shí)開口環(huán)的周長(zhǎng)的程度。開口環(huán)的端部之間的間隙設(shè)計(jì)成容許環(huán)熱膨脹而不容許端部抵靠。因此，間隙很小。周長(zhǎng)減小是由于磨損造成的軸直徑減小的三倍。軸被限制的磨損量幾乎不可被人觸覺檢測(cè)到。這種對(duì)磨損的限制與旋轉(zhuǎn)的RPM或周期無關(guān)。這種自限制磨損不僅保護(hù)軸和開口環(huán)以防太大磨損，而且還保護(hù)聚合物環(huán)和其它部件。一旦已發(fā)生最大磨損，則停機(jī)密封件不再足夠好地密封以使得聚合物環(huán)收縮在軸周圍。因此，其磨損也被抑制。當(dāng)停機(jī)密封件開放時(shí)，下部1號(hào)密封件恢復(fù)越來越多的差壓， 存在越來越低的力引起停機(jī)密封件磨損。保持環(huán)經(jīng)過優(yōu)化以便承受在全速旋轉(zhuǎn)軸上致動(dòng)并保護(hù)下游部件。為了耐用性，其底部表面涂有耐磨涂層，該耐磨涂層隨后進(jìn)行表面處理以便降低它與聚合物環(huán)之間的摩擦。通過限制能夠穿過保持環(huán)與軸形成的環(huán)狀空間的磨損顆粒的尺寸，保持環(huán)保護(hù)下游系統(tǒng)和部件。即使停機(jī)密封件不幸失效，碎屑將會(huì)被容納在停機(jī)密封件的區(qū)域中，除非很小， 因此足夠安全地通過。保護(hù)彈簧以防磨損在于當(dāng)聚合物環(huán)磨損時(shí)，彈簧被越來越多地卸載。負(fù)載越少，磨損率越小。這種停機(jī)密封件不僅在它無意中致動(dòng)時(shí)不會(huì)嚴(yán)重地?fù)p傷或損傷1號(hào)密封件，而且在發(fā)生損失所有密封冷卻事件時(shí)，如果軸被停止，停機(jī)密封件可能密封。損失所有密封冷卻事件隨之產(chǎn)生超過550° W288°C)的溫度。這種停機(jī)密封件設(shè)計(jì)方案利用這點(diǎn)和利用溫度在系統(tǒng)上具有的伴隨作用。1號(hào)密封件對(duì)溫度顯著增加的響應(yīng)是使得其錐角滾回，這開放密封并產(chǎn)生更大滲漏。在550° F (288 0C )，1號(hào)密封件泄漏22gpm (831pm)。這種停機(jī)密封件設(shè)計(jì)方案按兩種方式利用這種流量和溫度的增加。增加的流量跨過位于開口環(huán)與軸之間的自限制環(huán)狀空間產(chǎn)生顯著更大的差壓。然后這種差壓引起聚合物環(huán)密封。進(jìn)一步幫助聚合物環(huán)密封在于，當(dāng)溫度增加時(shí)，聚合物的機(jī)械性能降低。因此，隨著溫度增加，需要越來越小的差壓來收縮聚合物環(huán)，同時(shí)通過開口環(huán)產(chǎn)生越來越多的差壓。在陽(yáng)0° W288°C)，環(huán)狀空間將會(huì)產(chǎn)生大致900psid(6. 21MPad)，而聚合物環(huán)將會(huì)僅需要IOOpsid (689kPad)來封閉。即使當(dāng)整個(gè)聚合物環(huán)磨掉并且軸磨成其自限制尺寸時(shí)，在發(fā)生損失所有密封冷卻事件時(shí)，停機(jī)密封件仍然用作限流裝置。致密的環(huán)狀空間將流量限制于少于1號(hào)密封件單獨(dú)獲得的最好情況下的流量。由于聚合物環(huán)的物理性能在停機(jī)密封件設(shè)計(jì)成致動(dòng)的溫度以下大得多，聚合物環(huán)是自防護(hù)的。因此，它在設(shè)計(jì)溫度以下的溫度抵抗收縮至軸。這樣保護(hù)并維護(hù)聚合物環(huán)完整性，直到接近設(shè)計(jì)溫度。如果軸裝備有開口環(huán)將在其上密封的可拆式套筒，開口環(huán)可帶有平接端部，而非具有斜角接頭。如果該套筒直徑和表面光潔度受到嚴(yán)格控制，則可使用這種更簡(jiǎn)單的開口環(huán)設(shè)計(jì)。然而，這種開口環(huán)的尺寸必須容許從室溫到致動(dòng)溫度的正常增長(zhǎng)。環(huán)直徑太大與太小都同樣可能泄漏。太大的話，環(huán)的端部將會(huì)抵靠整個(gè)圓周而不容許整個(gè)圓周接觸套筒。 太小的話，在端部之間將有間隙，流量可能通過該間隙逃逸而不產(chǎn)生足夠的差壓來降低流量或引起聚合物環(huán)收縮。開口環(huán)的閉合力必須控制在兩個(gè)約束條件內(nèi)。第一，它不能強(qiáng)度太大以致阻止將縮回致動(dòng)器的間隔件從開口環(huán)的端部之間拉開。第二，該閉合力必須足夠大以便在軸周圍提供足夠的接觸從而引起最大差壓。與對(duì)上升溫度的典型響應(yīng)相反，本申請(qǐng)中的PEEK獲得強(qiáng)度并且結(jié)晶以抵抗被通過環(huán)狀空間擠出。這種現(xiàn)象是由于同時(shí)地經(jīng)由跨過聚合物環(huán)的很高差壓在聚合物環(huán)上施加顯著的壓應(yīng)力，同時(shí)還由于在停機(jī)密封件致動(dòng)時(shí)發(fā)生的溫度的很大增加而施加大的熱應(yīng)力。這種壓縮并不允許主密封環(huán)178如它經(jīng)由熱膨脹通常將會(huì)發(fā)生的那樣發(fā)生徑向張緊。 因此，被加到材料的熱能導(dǎo)致在材料內(nèi)發(fā)生分子變化，而非膨脹。當(dāng)聚合物經(jīng)過其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，分子達(dá)到自身重新排列所需的能量級(jí)。這通常導(dǎo)致聚合物變得更加無定形，并且其性能，尤其是拉伸和撓曲性能，開始降低。壓縮性能并不以相同的速率降低，因?yàn)楸仨毧紤]材料的粘稠特性。如果材料不能張緊，加熱受約束材料就產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如果它不能張緊，則能量必須按照其它方式被材料的分子結(jié)構(gòu)“吸收”。 在停機(jī)密封件中的聚合物環(huán)的情況下，由于這么多能量被輸入振動(dòng)其分子鏈，它移至“低能量”相互支持狀態(tài)。對(duì)于比如PEEK的半結(jié)晶聚合物材料，移至相互支持狀態(tài)為結(jié)晶。這增加了材料的分子密度(從1. 26g/cc到1. 35g/cc)。在聚合物中也發(fā)生斷鏈的情況下，超分子自由度有助于容許更多分子重新排列，使得分子結(jié)構(gòu)能夠鑲嵌在一起并且進(jìn)一步結(jié)晶。這樣的最終結(jié)果是PEEK環(huán)的機(jī)械性能因?yàn)橥瑫r(shí)施加反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)的壓力和溫度而顯著地增加。換句話說，首先溫度增加降低了 PEEK的機(jī)械性能，容許它收縮并且開始密封。當(dāng)環(huán)開始密封時(shí)，壓縮力增加并且與熱應(yīng)力結(jié)合。對(duì)擠壓的抵抗作用迅速地增加至完全抑制任何進(jìn)一步擠壓的程度。在停機(jī)密封件應(yīng)用中，擠壓入由軸中的保持環(huán)形成的環(huán)狀空間的PEEK體積被限制在總環(huán)體積的大致2%。這與暴露于570° F(2990C )和 2350psid(162巴)的持續(xù)時(shí)間無關(guān)，除了八小時(shí)之外。當(dāng)暴露時(shí)間少于八小時(shí)時(shí)，環(huán)并不永久性地變形。因此，當(dāng)移除壓力和溫度時(shí)，環(huán)返回至其原始尺寸并且1號(hào)密封件滲漏路徑被恢復(fù)(然而開口環(huán)保持收縮)。然而，當(dāng)暴露至少八小時(shí)時(shí)，PEEK將會(huì)不可逆地結(jié)晶并且具有略微更低的體積(減少7%)。因此，環(huán)的內(nèi)徑將會(huì)“收縮”，并且仍將會(huì)緊密地夾緊至軸 /套筒。圖10示出了在模擬加壓水核反應(yīng)堆的環(huán)境中，在使用本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的停機(jī)密封件樣品進(jìn)行停機(jī)測(cè)試期間取得的數(shù)據(jù)。圖10表明，樣品密封件在到達(dá)致動(dòng)溫度之后少于約45秒內(nèi)有效地關(guān)閉冷卻劑流。圖11示出了本發(fā)明的停機(jī)密封件的開口環(huán)172的另一種改進(jìn)方案，用于保在處于受約束開放位置時(shí)證開口環(huán)并不伸入位于軸34與一號(hào)嵌件110之間的環(huán)狀空間174中。開口環(huán)172的圓周的例如介于2-5度之間優(yōu)選地3度的短段198被加強(qiáng)，其與開口環(huán)開口 200 處于180度相對(duì)。而沒有更寬徑向段198的情況下，開口環(huán)優(yōu)選地膨脹90度至間隙200，當(dāng)背離開口 200集縮180度時(shí)，這樣使它變形成卵形。通過加強(qiáng)區(qū)域198，應(yīng)力被更均等地分布并且形成更圓的內(nèi)徑。按這種方式，開口環(huán)172的內(nèi)徑更好地適配1號(hào)嵌件110的內(nèi)徑的形狀，其中開口環(huán)172必須與1號(hào)嵌件110保持同心以免干擾環(huán)狀空間174中的流動(dòng)蒸氣。因此，這些實(shí)施例設(shè)計(jì)成用于在發(fā)生損失所有密封冷卻事件(例如由電站關(guān)閉引起，比如由于損失所有交流動(dòng)力)時(shí)密封反應(yīng)堆冷卻劑泵。這些停機(jī)密封件將會(huì)滿足以下要求美國(guó)核管理委員會(huì)(USNuclear Regulatory Commission)電站關(guān)閉要求(保護(hù)堆芯4-8小時(shí)的強(qiáng)制應(yīng)對(duì)時(shí)間周期)、其附錄R要求(在點(diǎn)火期間，保證足夠的冷卻劑體積以便保持加壓器控制，從而使設(shè)備在72小時(shí)內(nèi)冷停機(jī))、以及美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì) (National Fire Protection Association)標(biāo)準(zhǔn) 805 條例(防止在 550° F(288°C )密封件泄漏183gpm(6931pm))。另外，停機(jī)密封件將會(huì)顯著地改進(jìn)公用設(shè)施的減輕系統(tǒng)性能指標(biāo) (Mitigating Systems Performance Index)裕度。盡管上文詳細(xì)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容的總體教導(dǎo)產(chǎn)生對(duì)這些詳細(xì)方案的各種改型和替代方案。因此，所公開的特定實(shí)施例僅為示例性的，而非限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍包括所附權(quán)利要求的全部范圍及其等同的任何和所有方案。
權(quán)利要求
1.一種停機(jī)密封件，用于包圍旋轉(zhuǎn)軸并且在軸的旋轉(zhuǎn)減慢或軸不旋轉(zhuǎn)之后防止位于包圍軸的環(huán)狀空間中的流體經(jīng)過停機(jī)密封件泄漏，所述停機(jī)密封件包括包圍軸的能收縮的開口環(huán)，所述開口環(huán)具有相面對(duì)端部和在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)與軸隔開的內(nèi)徑，所述內(nèi)徑限定環(huán)狀空間的一部分；間隔件，所述間隔件設(shè)置在開口環(huán)的相面對(duì)端部之間，用于在軸正常操作期間在相面對(duì)端部之間保持環(huán)形空間，當(dāng)液體上升到預(yù)選溫度以上時(shí)，所述間隔件能被從所述相面對(duì)端部之間移除，以便使得開口環(huán)能收縮從而收窄或基本上密封環(huán)狀空間的一部分；基本上剛性的保持環(huán)，所述保持環(huán)圍繞軸并沿著軸隔開，沿液體流動(dòng)方向處于開口環(huán)上游，所述保持環(huán)具有在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)與軸隔開的內(nèi)徑，所述保持環(huán)的內(nèi)徑限定環(huán)狀空間的一部分；以及柔順的聚合物環(huán)，所述聚合物環(huán)包圍軸并且置于開口環(huán)與保持環(huán)之間，所述聚合物環(huán)具有在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)與軸隔開的內(nèi)徑，所述聚合物環(huán)的內(nèi)徑限定環(huán)狀空間的一部分，當(dāng)開口環(huán)收縮并朝向軸移至環(huán)狀空間中時(shí)，所述柔順的聚合物環(huán)被跨過聚合物環(huán)的壓差朝向軸推動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中聚合物環(huán)具有接近所述預(yù)選溫度的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的停機(jī)密封件，其中聚合物為PEEK聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述預(yù)選溫度為大致300華氏度(149攝氏度)或更高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述間隔件包括線性低密度聚乙烯，所述線性低密度聚乙烯在2. 16kg的情況下在190攝氏度具有至少25g/10min的熔融指數(shù)，具有大致218華氏度的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)和大致255華氏度的熔點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述停機(jī)密封件包括彈簧，所述彈簧設(shè)置成基本上沿軸的軸線方向抵靠所述柔順的聚合物環(huán)偏壓開口環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的停機(jī)密封件，其中所述彈簧為波狀彈簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述聚合物環(huán)為實(shí)心的連續(xù)環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述聚合物環(huán)為大致0.25英寸厚。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述開口環(huán)的內(nèi)徑在軸的直徑的0.001英寸范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述停機(jī)密封件包括附接至間隔件的熱響應(yīng)致動(dòng)器，所述熱響應(yīng)致動(dòng)器對(duì)環(huán)狀空間內(nèi)的液體的溫度上升到所述預(yù)選溫度或所述預(yù)選溫度以上做出響應(yīng)，以從開口環(huán)的相面對(duì)端部之間拉開間隔件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的停機(jī)密封件，其中所述熱響應(yīng)致動(dòng)器為能在缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的活塞，所述活塞對(duì)在所述預(yù)選溫度下位于缸內(nèi)的材料的狀態(tài)變化做出響應(yīng)，以沿從開口環(huán)的相面對(duì)端部之間拉開間隔件的方向運(yùn)動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的停機(jī)密封件，其中所述材料為蠟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的停機(jī)密封件，其中所述蠟為二十八烷。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述保持環(huán)至少部分地涂有聚合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述開口環(huán)具有與開口環(huán)的相面對(duì)端部相隔大致180度的徑向加厚圓周部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述開口環(huán)或者所述軸由17-4不銹鋼構(gòu)造。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中所述保持環(huán)的內(nèi)徑在所述保持環(huán)與軸之間形成大致介于0. 003英寸(0. 008厘米)與0. 065英寸(0. 17厘米)之間的擠壓間隙。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的停機(jī)密封件，其中跨過所述柔順的聚合物環(huán)的壓降小于或等于大致0. 2psia(0. 014巴)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的停機(jī)密封件，其中與軸相接的保持環(huán)的底部具有大致0.2或更小的摩擦系數(shù)。
21.一種泵，所述泵具有葉輪部分，所述葉輪部分通過軸連接至馬達(dá)，所述軸可旋轉(zhuǎn)地支承在馬達(dá)與葉輪之間，密封件殼體插入馬達(dá)與葉輪部分之間的軸周圍，所述密封件殼體具有停機(jī)密封件，用于包圍旋轉(zhuǎn)的軸并且在軸的旋轉(zhuǎn)減慢或停止之后防止位于包圍軸的環(huán)狀空間中的流體經(jīng)過停機(jī)密封件泄漏，所述停機(jī)密封件包括包圍軸的能收縮的開口環(huán)，所述開口環(huán)具有相面對(duì)端部和在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)與軸隔開的內(nèi)徑，所述內(nèi)徑限定環(huán)狀空間的一部分；間隔件，所述間隔件設(shè)置在開口環(huán)的相面對(duì)端部之間，用于在軸正常操作期間在相面對(duì)端部之間保持環(huán)形空間，當(dāng)液體上升到預(yù)選溫度以上時(shí)，所述間隔件能被從所述相面對(duì)端部之間移除，以便使得開口環(huán)能收縮從而收窄或基本上密封環(huán)狀空間的一部分；基本上剛性的保持環(huán)，所述保持環(huán)圍繞軸并沿著軸隔開，沿液體流動(dòng)方向處于開口環(huán)上游，所述保持環(huán)具有在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)與軸隔開的內(nèi)徑，所述保持環(huán)的內(nèi)徑限定環(huán)狀空間的一部分；以及柔順的聚合物環(huán)，所述聚合物環(huán)包圍軸并且置于開口環(huán)與保持環(huán)之間，所述聚合物環(huán)具有在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)與軸隔開的內(nèi)徑，所述聚合物環(huán)的內(nèi)徑限定環(huán)狀空間的一部分，當(dāng)開口環(huán)收縮并朝向軸移至環(huán)狀空間中時(shí)，所述柔順的聚合物環(huán)被跨過聚合物環(huán)的壓差朝向軸推動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于旋轉(zhuǎn)軸(34)的熱致動(dòng)停機(jī)密封件(170)，具有包圍軸的狹窄環(huán)狀流體流動(dòng)路徑(174)。在正常操作期間，密封件(170)包圍軸(34)，并且在其間具有環(huán)狀空間(174)，而當(dāng)軸(34)減慢或停止旋轉(zhuǎn)時(shí)密封件抵靠軸(34)收縮。在正常操作期間，環(huán)狀空間(174)由被插入開口環(huán)(172)的相對(duì)端部之間的間隔件(176)保持開放。當(dāng)軸(34)停止旋轉(zhuǎn)時(shí)，環(huán)狀空間(174)的溫度上升，這致動(dòng)從開口環(huán)(172)移除間隔件(176)，從而抵靠軸(34)收縮開口環(huán)(172)，阻塞環(huán)狀空間(174)。阻塞的環(huán)狀空間(174)引起跨過密封件(170)的壓差，該壓差推動(dòng)開口環(huán)(172)下游的聚合物密封環(huán)(178)抵靠軸(34)，其密封環(huán)狀空間(174)。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔件U/76)由易熔的材料形成。在第二實(shí)施例中，間隔件(176)通過熱響應(yīng)致動(dòng)器(184)從開口環(huán)(172)移除。
文檔編號(hào)F16J15/16GK102239352SQ200980148462
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者B·霍華德, C·比奇, D·雅諾科, G·昆蒂, J·霍奇森, N·塔洛斯 申請(qǐng)人:西屋電氣有限責(zé)任公司