一種快堆用冷卻劑循環(huán)泵檢修密封結(jié)構(gòu)

何小冬 張杰

摘 要：隨著快堆的高速研究發(fā)展，液態(tài)重金屬冷卻劑循環(huán)泵的研究也隨之進(jìn)入重點(diǎn)研究試制試驗(yàn)階段，作為泵的重要組成部分檢修密封的結(jié)構(gòu)亦十分重要。

關(guān)鍵詞：快堆；檢修密封；結(jié)構(gòu)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.128

1 前言

快堆是裂變反應(yīng)堆，對(duì)鈾資源利用提高到60%～70%，選擇液態(tài)金屬（Na或Pa、LBE合金）作為冷卻劑才能保證有效傳熱。是未來核電站主要堆型。

冷卻劑循環(huán)泵是快堆的關(guān)鍵設(shè)備之一，用來實(shí)現(xiàn)一、二回路液態(tài)金屬冷卻劑的循環(huán)。泵采用離心、立式、單級(jí)、自由液位形式。主要由單吸葉輪、空間導(dǎo)葉、下部徑向軸承、空心軸、泵蓋、筒體、熱屏部件、檢修密封、雙端面機(jī)械密封、上部徑向推力軸承、支撐座、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等構(gòu)成。

2 檢修密封功能

泵筒體上部設(shè)有氣腔，隔絕下部液態(tài)金屬不與上面部件。上部采用油液封的雙端面機(jī)械密封將泵氣腔與外界隔離。檢修密封位于機(jī)械密封下面。用于泵機(jī)械密封更換和維修時(shí)保證泵氣腔與外界的密封性。在檢修密封的殼體中布置有制動(dòng)器裝置，以在安裝和拆卸上部機(jī)械密封及軸承組件前支撐主軸，這能顯著減少軸承的維護(hù)工作量。

泵正常工作運(yùn)行時(shí)，檢修密封處于非工作狀態(tài)。此時(shí)檢修密封殼體內(nèi)氣體壓力與泵氣腔內(nèi)壓力相同，氣體主要是惰性氣體（氬氣）。當(dāng)泵停機(jī)更換軸封時(shí)，拆除上部推力徑向軸承前，旋轉(zhuǎn)檢修密封殼體中的工藝支撐螺母，使工藝支撐扇形塊與軸間接觸，支撐整個(gè)轉(zhuǎn)子的重量和保持轉(zhuǎn)子的平衡。檢修密封下部氬氣管道通入氬氣，在升力機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的向上的力，推動(dòng)密封墊與轉(zhuǎn)子上的密封壓蓋接觸，達(dá)到泵內(nèi)氣腔與外界環(huán)境隔絕的作用。

3 檢修密封結(jié)構(gòu)

檢修密封由工藝支撐機(jī)構(gòu)、波紋管密封部件以及充氣部件組成。檢修密封結(jié)構(gòu)主要有十多個(gè)零部件組成，檢修密封外部連接通過法蘭止口定位，墊密封，通過螺栓把合與泵的其他部件組合在一起?；嫌袃蓚€(gè)接頭，一個(gè)接頭與檢修密封充氣管路連接，另外一個(gè)接頭是將檢修密封上方的泵機(jī)械密封泄漏的油液排出的接口。殼體上部接頭連接氬氣管路，吹掃污染氣體。

4個(gè)對(duì)稱布置的制動(dòng)器在檢修密封殼體上，扇形制動(dòng)器塊通過支撐桿的軸向移動(dòng)作用在軸肩上，用于在安裝和拆卸上部機(jī)械密封及軸承組件時(shí)對(duì)軸進(jìn)行支撐限位。在制動(dòng)器與殼體間有制動(dòng)器波紋管保證檢修密封內(nèi)部腔與外界隔絕。

圓周均布的工作波紋管下部孔與基座內(nèi)環(huán)形腔相通，通過外部充入的氬氣，提供波紋管軸向的升力。帶動(dòng)上部連接的法蘭、密封環(huán)以及波紋管向上移動(dòng)，密封環(huán)與軸套接觸，在壓力作用下產(chǎn)生變形達(dá)到密封的效果，波紋管同時(shí)密封軸與波紋管間的環(huán)隙。工作波紋管沖入一定壓力密封氣體后波紋管、密封環(huán)、軸套與軸形成一個(gè)閉合密封腔實(shí)現(xiàn)泵內(nèi)氣腔與外界隔絕密封。工作波紋管氣腔泄壓后，密封解除，借助基座上布置的彈簧的作用回復(fù)原始狀態(tài)。

同時(shí)上部機(jī)械密封油泄漏時(shí)會(huì)經(jīng)軸套流至基座上，經(jīng)基座上溝槽收集通過泄漏油排出接口排至儲(chǔ)存容器。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)檢修密封作用：

（1）維持泵氣腔與外界的密封；

（2）檢修密封工作時(shí)泄漏率： ≤1×10-6 Pa·m?·s-1。

針對(duì)其功能，同時(shí)驗(yàn)證檢修密封的設(shè)計(jì)，進(jìn)行整體氣密性試驗(yàn)及泄漏率檢測(cè)試驗(yàn)。

氣密性試驗(yàn)采用直接加壓，侵入液體的方法，使泄漏氣體通過液體時(shí)形成氣泡，從而檢出加壓部件的氣密性及泄漏部位。將檢修密封整體侵入溶液中，外接氣源向檢修密封內(nèi)充氣，觀察檢修密封外部是否有氣泡產(chǎn)生，并保持沖入壓力三十分鐘。

泄漏率試驗(yàn)采用示蹤探頭技術(shù)：探測(cè)出一些微小開口的較高壓力一側(cè)，流經(jīng)抽空的密封體或者分割兩個(gè)壓力不同區(qū)域隔板的氦氣流，并確定泄漏的位置。試驗(yàn)裝置如下圖所示：

試驗(yàn)結(jié)果：

（1）氣密性試驗(yàn)結(jié)果：充氣腔單獨(dú)充氣壓1.25MPa，保持30 min，無變形漏氣現(xiàn)象；殼體腔充氣0.625MPa，保持30 min，無氣泡產(chǎn)生；密封腔充氣壓0.22MPa，充氣腔0.8MPa，保持30 min，無氣泡產(chǎn)生。

（2）泄漏性試驗(yàn)結(jié)果：充氣腔充氦氣0.8MPa，殼體腔真空度23Pa，總體泄漏率：<1.0×10-9 Pa.m?/s；充氣腔充氦氣0.8MPa，密封腔充氦氣0.16MPa，殼體腔真空度13Pa持續(xù)30 min，泄漏率：<1.0×10-6 Pa.m?/s。

試驗(yàn)過程中試驗(yàn)裝置無異?，F(xiàn)象，試驗(yàn)完成后對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行解體檢查，密封墊、波紋管、密封圈等關(guān)鍵部件狀態(tài)良好，密封面均無明顯磨痕。說明試驗(yàn)裝置試驗(yàn)期間工作穩(wěn)定，性能良好。

5 結(jié)論

通過試驗(yàn)驗(yàn)證檢修密封的設(shè)計(jì)是合理的，能夠滿足用戶要求，可以實(shí)現(xiàn)泵在更換或檢修機(jī)械密封、上部軸承期間維持泵內(nèi)氣腔與外部介質(zhì)間的密封。這種具有氣壓密封的重要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速，并且這種類似結(jié)構(gòu)在其他泵中有過很多運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，驗(yàn)證了它們的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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