用于反應堆冷卻劑泵組的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于反應堆冷卻劑泵單元的被動關(guān)閉的密封設備(20)，其包括：開口密封圈(23)，其具有在其中允許泄漏流的失活位置以及在其中所述圈阻止所述泄漏流的激活位置；至少一個活塞(22)，其被設計成將所述開口密封圈(23)定位在其激活位置；鎖定/解鎖裝置(25)，其被設計成當所述鎖定/解鎖裝置的溫度低于溫度閾值時鎖定所述至少一個活塞(22)在其失活位置，以及當所述鎖定/解鎖裝置的溫度高于所述溫度閾值時釋放所述至少一個活塞(22)；彈性裝置(24)，其被設計成當所述活塞被釋放時移動所述至少一個活塞(22)，以便將所述密封圈(23)定位在其激活位置。
【專利說明】用于反應堆冷卻劑泵組的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明的領域是加壓水核反應堆(PWNR)的反應堆冷卻劑泵單元。
[0002]本發(fā)明進一步涉及一種被動關(guān)閉密封設備(SSD)，其用于控制由于在反應堆冷卻劑泵單元上的故障的密封系統(tǒng)導致的主冷卻劑泄漏。

【背景技術(shù)】
[0003]關(guān)閉密封設備(SSD)已經(jīng)被開發(fā)在新一代的加壓水核反應堆中以應對由于偶然的情況的冷卻劑泵單元的故障的密封系統(tǒng)，被稱為全廠斷電(SBO)。
[0004]因而，在偶然情況下以及冷卻劑泵關(guān)閉后，關(guān)閉密封設備必須使得由于反應堆冷卻劑泵單元的故障的密封系統(tǒng)導致的主冷卻劑泄漏得到控制和被阻止。
[0005]傳統(tǒng)上，在反應堆冷卻劑泵單元的冷卻源損失的情形下，這種類型的設備通過輔助源(諸如加壓的氮氣回路)被激活并且觸發(fā)通過將反應堆控制傳送的信息被驅(qū)動。
[0006]為了激活源的使用分配的目的，已經(jīng)開發(fā)出一種被動關(guān)閉密封設備，其不需要輔助激活系統(tǒng)，也不需要在反應堆控制處構(gòu)建觸發(fā)信息。這樣的被動關(guān)閉密封設備被描述在文檔 W02010/068615 中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在此背景下，本發(fā)明的目的是提供對這樣的密封設備的改進以確保在偶然的情況下密封設備的激活以及其良好工作狀態(tài)。
[0008]為此目的，本發(fā)明提供了一種用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備，其包括:
[0009]-開口密封圈，其具有其中允許泄漏流的失活位置以及其中所述圈阻止所述泄漏流的激活位置；
[0010]-至少一個活塞，其被設計成將所述開口密封圈定位在其激活位置；
[0011]-鎖定/解鎖裝置，其被設計成當所述鎖定/解鎖裝置的溫度低于溫度閾值時鎖定所述至少一個活塞在其失活位置，以及當所述鎖定/解鎖裝置的溫度高于所述溫度閾值時釋放所述至少一個活塞；
[0012]-彈性裝置，其被設計成當所述活塞被釋放時移動所述至少一個活塞，以便將所述密封圈定位在其激活位置。
[0013]由于本發(fā)明，能夠阻止由于反應堆冷卻劑泵單元的故障的密封系統(tǒng)導致的主冷卻劑泄漏，而無需輔助激活源。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的設備的設計使得對已經(jīng)在服務的反應堆冷卻劑泵單元的體系結(jié)構(gòu)的安裝被簡化。
[0015]由于根據(jù)本發(fā)明的設備，還能夠通過調(diào)節(jié)該設備的自動激活溫度以及更精確地通過改變可融合元素的組合物來將設備調(diào)節(jié)為每種類型的核反應堆的操作要求。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的被動關(guān)閉密封設備還可以具有以下被單獨采取或者根據(jù)任何技術(shù)上可能的組合的一個或多個特性:
[0017]-所述設備被設計成在使用中被集成在反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)中；
[0018]-所述圈包括被設計成配合所述至少一個活塞的斜切壁的斜切側(cè)壁；
[0019]-所述鎖定/解鎖裝置被設計成從介于80°C與200°C之間的溫度閾值中機械地降解，該溫度閾值優(yōu)選地等于150°C ；
[0020]-所述密封圈由抵抗超過300°C的溫度的聚合物材料制成；
[0021 ]-所述密封圈由PEEK制成；
[0022]-所述密封圈由PEEK基體以及玻璃或碳增強纖維的復合材料制成；
[0023]-所述密封圈由金屬材料制成；
[0024]-所述密封圈為由金屬芯形成并且涂有比所述金屬芯更有延展性的材料的復合材料；
[0025]-比所述金屬芯更有延展性的所述材料為聚合物或者鎳或者銀；
[0026]-所述彈性裝置為壓縮螺旋彈簧或者波形彈簧或者彈簧墊圈；
[0027]-該設備包括多個活塞和分布在所述圈的周邊的多個鎖定/解鎖裝置，所述活塞和所述鎖定/解鎖裝置以恒定的角度成角度地彼此間隔開；
[0028]-所述設備包括三個活塞和三個鎖定/解鎖裝置；
[0029]-所述設備包括集成在所述密封圈中并且被設計成在所述圈降解情形下確保所述設備的密封的開口軸環(huán)。
[0030]本發(fā)明的一個目的也在于提供一種反應堆冷卻劑泵單元，其包括:
[0031]-密封系統(tǒng)，其被設計成執(zhí)行沿泄漏路徑發(fā)生的受控泄漏，該泄漏路徑沿著反應堆冷卻劑泵單元的泵軸布置；
[0032]-根據(jù)本發(fā)明的被動關(guān)閉密封設備，其被設計成當所述密封系統(tǒng)故障以及當所述密封圈被激活時至少部分地密封所述密封系統(tǒng)的所述泄漏路徑，以便執(zhí)行受控泄漏。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]從下面給出的對它們的描述中，以指示的方式而不是出于任何限制的目的，參考所附附圖，本發(fā)明的進一步特性和優(yōu)點將變得更清楚，其中:
[0034]-圖1圖示了的反應器冷卻劑泵單元的密封系統(tǒng)的局部橫截面圖；
[0035]-圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的集成在反應堆冷卻劑泵單元的密封系統(tǒng)中的在其靜止位置的被動關(guān)閉密封設備；
[0036]-圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的在其觸發(fā)位置的圖2中圖示的關(guān)閉設備。
[0037]為清楚起見，在整個附圖中相同或相似的元件都標以相同的附圖標記。

【具體實施方式】
[0038]加壓水反應堆的冷卻劑泵是垂直安裝的離心類型。在軸10(圖1)的出口處的動態(tài)密封由三個級組成的密封系統(tǒng)確保。
[0039]第一級被稱為密封n° I。密封n° 1，參考J1，是受控的泄漏流體靜密封。在正常操作中，如箭頭Fl所示，泄漏流會沿軸10發(fā)生。
[0040]在偶然的情況下，在密封n° I入口處的流體溫度經(jīng)受快速的溫度上升，達到一個接近主回路溫度的值，即大約280°C。在該溫度下，密封n° I的性能退化，這導致非常高地增加泄漏流，可超過每小時10m3。被動關(guān)閉密封設備(SSD)意在在這種偶然情況下阻斷密封n° I的泄漏路徑Fl下游。
[0041]圖1更具體地表示沿介于密封n° I與位于密封n° I的上游的密封n° 2 (未示出)之間的軸10的泄漏路徑Fl。
[0042]有利地，根據(jù)本發(fā)明的SSD設備20被定位在泄漏路徑Fl上以便能夠阻斷在偶然的情況下沿著軸10的泄漏流的流動。
[0043]圖2更具體地圖示了在反應堆冷卻劑泵單元的常規(guī)操作條件期間即當泄漏流的溫度低于閾值時的密封設備20。
[0044]圖3更具體地圖示了在反應堆冷卻劑泵單元的偶然操作條件期間即當泄漏流的溫度高于閾值時的密封設備。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的關(guān)閉密封設備20包括:
[0046]-開口密封圈23，其關(guān)于反應器冷卻劑泵單元的泵軸10被同心地定位；
[0047]-活塞型裝置22，其被設計成限制開口密封圈23處于比對應于其操作位置的更加關(guān)閉的位置，在操作位置中泄露路徑不被阻塞；
[0048]-鎖定/開鎖裝置25，其由可融合圈形成，用于在泄漏流的溫度低于預定的閾值時鎖定活塞22的位置到被稱為靜止位置(或失活位置)的位置，并且用于在泄漏流的溫度高于或等于預定閾值時從它們的靜止位置解鎖活塞22的位置以達到被稱為激活位置的位置；
[0049]-彈性裝置24，例如壓縮彈簧，其被設計成軸向移動設備20的不同活塞22，以便軸向地限制圍繞軸10的開口密封圈23。
[0050]活塞22圍繞密封圈23的圓周分布。
[0051]密封圈23具有第一斜切側(cè)壁33，其斜率被設計為在活塞22的下部處與斜切壁32配合。
[0052]活塞22與開口密封圈23之間的，特別是活塞的斜切壁32與密封圈23的斜切壁33之間的接觸，由多個彈性裝置24確保，例如壓縮螺旋彈簧、波形彈簧、彈簧墊圈，其圍繞密封圈23的圓周分布并施加張力到活塞22上。
[0053]根據(jù)圖2和圖3中圖示的實施例，活塞22包括被設計成部分地或完全地容納該彈性裝置24的孔34。
[0054]鎖定/解鎖裝置25由根據(jù)其降解溫度和其由給定的溫度閾值損失的機械特性所選擇的聚合物材料可融合圈形成。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方式，該設備包括以120°分布在反應器冷卻劑泵單元的泵軸10的圓周上的三個活塞22和三個彈性裝置24。
[0056]在常規(guī)操作條件下(圖2)，密封圈23被保持設置在泄漏路徑Fl后面。通過彈簧回返并通過推壓活塞22的斜切壁32，密封圈23被鎖定在該位置，活塞22通過可融合圈25被保持在其靜止位置。
[0057]在偶然條件下(圖3)，泄漏流的溫度的增加導致關(guān)閉設備20附近的溫度增加，特別是可融合圈25的溫度增加。當泄露流的溫度達到閾值時(該閾值根據(jù)可融合圈25的性質(zhì)被預定義)，可融合圈25被降解，因此不再確保有足夠的機械強度以抵抗由多個彈性裝置24所產(chǎn)生的張力。由于溫度的增加導致的可融合圈25的融合因而使得設備20能夠通過解鎖活塞22被觸發(fā)。
[0058]由于活塞22不再被保持在其靜止位置，通過彈性裝置24施加的張力將活塞軸向地移動到圖2所示的激活位置。
[0059]活塞22的軸向移動經(jīng)由與密封圈23的斜切壁33滑動地配合的活塞的斜切壁32而在密封圈23上產(chǎn)生徑向張力。
[0060]由于活塞23的移動，徑向應力將產(chǎn)生開口密封圈23的直徑的減小，使得其擠壓轉(zhuǎn)子10的軸。
[0061]因而，在活塞的激活位置中，由于通過彈性裝置24所施加的張力并且也通過隨后在激活位置上通過密封設備20的上游的壓力的增加引起的高壓釜效應(autoclavingeffect)，密封圈23確保了泄露路徑Fl的阻塞。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的非限制性的實施例，密封圈23具有在其第二側(cè)壁34上的，被設計以集成開口軸環(huán)26的臺肩，該開口軸環(huán)26被稱為抗擠壓軸環(huán)。開口軸環(huán)26被設計成最佳地確保關(guān)閉設備的密封，特別在使得密封圈23的機械特性將退化的溫度的特殊情況期間。
[0063]可融合圈25的聚合物的選擇被做出使得其在高至介于80°C與200°C之間并且優(yōu)選地等于150°C的溫度閾值下都能夠抵抗由彈性裝置24施加的張力。
[0064]關(guān)閉設備20的密封圈23可以由抗高溫(即高于300°C )的聚合物材料制成，諸如例如PEEK或玻璃或碳纖維填充的PEEK復合物。這樣的材料的使用使得能夠在較高的溫度下獲得橡膠狀態(tài)的密封圈，允許其發(fā)生變形以完美地適配其環(huán)境的幾何形狀，從而確保更好的密封質(zhì)量。
[0065]設備20的開口密封圈23也可以由金屬材料制成。在這種情況下，由于介于密封圈23與相接觸的部分之間存在的間隙，將預期有殘余的泄漏流。然而，金屬材料的使用能夠保持該設備，特別是對于在泵軸的旋轉(zhuǎn)的完全關(guān)閉之前在所述設備的激活情形下待緊固的密封圈。
[0066]開口密封圈23也可由涂有比金屬芯更有延展性的材料的金屬芯形成的復合材料制成，該更有延展性的材料諸如聚合物、鎳或甚至銀。比芯更有延展性的周邊材料將允許不同部分之間存在的間隙得以通過使表面層變形而被填充。在軸旋轉(zhuǎn)所引起的表面層的磨損的情況下，密度較大的金屬芯允許確保泄漏流的限制。
[0067]有利地，活塞22以及抗擠壓開口軸環(huán)26由不銹鋼類型的金屬材料制成。
【權(quán)利要求】
1.一種用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其中所述密封設備包括: -開口密封圈(23)，具有其中允許泄漏流的失活位置以及其中所述圈阻止所述泄漏流的激活位置； -至少一個活塞(22)，被設計成將所述開口密封圈(23)定位在其激活位置； -鎖定/解鎖裝置(25)，被設計成當所述鎖定/解鎖裝置的溫度低于溫度閾值時鎖定所述至少一個活塞(22)在其失活位置，以及當所述鎖定/解鎖裝置的溫度高于所述溫度閾值時釋放所述至少一個活塞(22)； -彈性裝置(24)，被設計成當所述活塞被釋放時移動所述至少一個活塞(22)，使得將所述密封圈(23)定位在其激活位置。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述設備被設計成在使用中被集成在反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)中。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述圈(23)包括被設計為與所述至少一個活塞(22)的斜切壁配合的斜切側(cè)壁。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述鎖定/解鎖裝置(25)被設計成從介于80°C與200°C之間的溫度閾值中機械地降解，所述溫度閾值優(yōu)選地等于150°C。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述密封圈(23)由抵抗超過300°C的溫度的聚合物材料制成。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述密封圈(23)由PEEK制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5至6中的一項所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述密封圈(23)由PEEK基體以及玻璃或碳增強纖維的復合材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述密封圈(23)由金屬材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述密封圈(23)為由金屬芯形成并且涂有比所述金屬芯更有延展性的材料的復合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于比所述金屬芯更有延展的所述材料為聚合物或者鎳或者銀。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述彈性裝置(24)為壓縮螺旋彈簧或者波形彈簧或者彈簧墊圈。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述密封設備包括多個活塞(23)和分布在所述圈(23)的周邊的多個鎖定/解鎖裝置(25)，所述活塞(23)與所述鎖定/解鎖裝置(25)被以恒定的角度成角度地彼此間隔開。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述密封設備包括三個活塞(23)和三個鎖定/解鎖裝置(25)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于反應堆冷卻劑泵單元的軸密封系統(tǒng)的被動關(guān)閉密封設備(20)，其特征在于所述密封設備包括集成在所述密封圈(23)中并且被設計成在所述圈(23)降解情形下確保所述設備(20)的密封的開口軸環(huán)(26)。
15.一種反應堆冷卻劑泵單元，其特征在于所述反應堆冷卻劑泵單元包括: -密封系統(tǒng)，被設計成執(zhí)行沿泄漏路徑發(fā)生的受控泄漏，所述泄漏路徑沿著所述反應堆冷卻劑泵單元的泵軸布置； -根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的被動關(guān)閉密封設備，被設計成當所述密封系統(tǒng)故障以及當所述密封圈被激活時至少部分地密封所述密封系統(tǒng)的所述泄漏路徑，以便執(zhí)行受控泄漏。
【文檔編號】F16J15/34GK104169618SQ201380013662
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月1日
【發(fā)明者】R·蒂里耶 申請人:阿?，m核能公司