本申请提出了一种核主泵的本质安全停车密封,其包括密封副、波纹管组件和流体充压装置,密封副包括套设在核主泵的主轴上的平面上环和凸形下环,其中平面上环密封地固定在主轴上,凸形下环由连接在一起的凸形软质环和平面金属环座组成,波纹管组件包括同轴套设在一起的内波纹管和外波纹管,内波纹管和外波纹管的两端均分别密封地焊接在凸形下环的平面金属环座和密封函的底板上,内波纹管、外波纹管、凸形下环和底板所圈围的空间形成为压力腔;充压器向压力腔内充入流体时,能够使波纹管组件伸长,使凸形下环与平面上环形成密封;压力腔内的流体排出后,撤销密封。本申请能够有效地提高停车密封的使用寿命,提高核主泵运行的安全系数。
背景技术
核电作为重要的清洁能源,符合低碳社会的发展趋势。位于堆芯和蒸汽发生器回路(主回路)上的核主泵,是核电站的“心脏”,循环输送着冷却剂在堆芯处吸收裂变反应热到蒸汽发生器中释放热量。核主泵主轴与壳体之间一般采用机械密封来控制堆芯冷却剂的泄漏。含有放射性物质的冷却剂一旦泄漏,便会危及操作人员,甚至引发核主泵停机,导致反应堆不能冷却、堆芯熔化,造成对人类和环境的灾难性破坏。
采用核主泵作为主回路冷却剂输送设备的典型反应堆有压水堆、熔盐堆和钠冷快堆。压水堆的核主泵采用三级串联式非接触式机械密封,熔盐堆和钠冷快堆的核主泵采用单级接触式机械密封。由于机械密封动静环端面的摩损,以及由于辅助O形圈长期暴露在高放射性环境中容易老化,需要定期对机械密封进行更换维护。为避免在更换过程中,冷却剂向外泄漏,人们发明了停车密封,用以保障机械密封在失效后,核主泵仍处于密封状态,以创造维修或更换条件。
目前,现有核主泵的停车密封形式主要有三种,分别为平面密封、O形圈密封和锥面密封。关于平面密封,平面密封包括两个平面上环和平面下环,其中平面上环与外壳密封连接、并能够沿轴向移动,平面下环密封固定在主轴上,当平面上环和平面下环抵压在一起时,形成密封接触;考虑到冗余设计,平面上环和平面下环的密封端面设置的较大,导致需要较大的轴向力才能完成密封,这给停车密封的密封性增加了不确定性。
其中O形圈型密封是在平面密封基础上的改进,具体是在平面上环上固定有一个橡胶O形圈,利用O形圈在挤压产生变形实现密封;由于停车密封用O形圈长期暴露在高放射性环境中,存在容易老化失效、难以长周期安全稳定运行的问题。
关于锥面密封,锥面密封包括密封固定在主轴上的锥形环、和一个与外壳密封连接且能够沿轴向移动的平面上环,当平面上环抵压在锥形环时,两者形成线密封。但所形成的线密封易于在软质密封面上留下沟槽,给下一次停车密封的实现带来困难。
上述三种停车密封中,均设置有一个平面上环,利用平面上环的移动来达到与另一密封件进行相互挤压,以达到密封效果,由于平面上环是直接安装密封腔的内壁上,因此首先需要保证平面上环与密封腔内壁之间的密封,由于平面上环为移动件,在经过多次移动后,必然会产生一定的磨损,导致平面上环与密封腔内壁之间的密封性降低,影响停车密封自身的密封性能以及整个密封结构的密封性能。
鉴于上述现有停车密封的各种问题,如何提高停车密封的使用寿命,仍是核主泵安全运行所存在的一个需要解决的问题。
实现思路