一种用于核主泵的流体动压机械密封系统的制作方法

1.本发明涉及核主泵机械密封领域，具体涉及一种用于核主泵的流体动压机械密封系统。


背景技术：

2.核主泵(rcp)是核电站系统中的关键设备。作为压力边界的一部分，核主泵是唯一的能动设备，它具备高转速，驱使反应堆冷却剂在反应堆一回路中循环，从而不断地带走堆芯产生的热量。
3.经过将近半个世纪的技术发展，几乎世界上现存的所有核主泵机械密封均采用了三级降压结构，机械密封是存在于每一级中的关键组件。核主泵机械密封的主要功能为防止反应堆冷却剂沿轴流出从而造成严重泄漏。运行中，一对密封面受弹簧和流体的压力面对面闭合。核主泵机械密封从填料密封、环形密封、静压密封最终于形成流体动压密封，并一直沿用至今。
4.流体动压机械密封的密封面具有沿周向周期性分布的局部特征结构，如流体动力槽。流体动压密封具有薄液膜，低泄漏率和对压力变化有较强抵抗能力等技术特点。在抵御核电厂全厂断电工况(sbo)的试验中，流体动压机械密封已被验证能够满足三代核电的安全性要求。
5.基于研究发现，目前流体动压机械密封的密封面沿着其周向分布的局部特征结构的形状会影响其密封性能，以及不同的材料的密封效果存在较大的差异，现存主泵密封采用波纹面结构，对磨面采用异种材料，存在显著的硬度差，从而易发生磨损。磨损产生于固体表面的局部接触，波纹面密封无法在背压侧补充流体，易空化，产生磨损。因此提供一种密封效果好，寿命高的密封面具有较大的市场价值。


技术实现要素：

6.为实现上述目的，本发明提供了一种用于核主泵的流体动压机械密封系统，包含多个串联设置的密封组件，每个密封组件包含有一个动压密封环，每个动压密封环固定连接在核主泵泵轴上的转子组件上，该转子组件通过所述动压密封环与定子组件以流体动压机械密封方式连接。
7.进一步地，每个动压密封环与所述定子组件连接的密封面上设置有周期排列的槽，槽的一端宽度大于另一端。
8.进一步地，相邻两个槽首尾相接，围合形成环状。
9.进一步地，每个所述槽包含直线槽，所述直线槽位于动压密封环外侧且沿着动压密封环的切向设置。
10.进一步地，每个所述槽还包含楔形补偿槽，每个所述楔形补偿槽靠近动压密封环内侧设置且与对应的一个直线槽连接。
11.进一步地，每个所述楔形补偿槽沿着对应的直线槽的一端延伸至直线槽的另一
端。
12.进一步地，槽数量为12个，依次首尾相接围合形成环状设置在动压密封环上。
13.进一步地，任意一个所述楔形补偿槽的尖头部与其相邻的另一个楔形补偿槽的平头部连接。
14.进一步地，动压密封环与所述定子组件连接的一对密封面的材质均为碳化硅。
15.进一步地，位于顶部的密封组件上方还设置有停车密封组件，停车密封组件上设置有锁定销结构，所述核主泵泵轴上设置有匹配所述锁定销结构的锁孔，所述锁定销结构与所述锁孔可活动连接。
16.本发明具有以下有益效果：
17.1.槽位于密封面的背压侧面积较大有助于降低运行过程中的空化现象，因此降低了密封面的磨损风险；
18.2.密封面采用碳化硅材料提高了使用寿命。
附图说明
19.图1为本发明的核主泵机械密封的结构示意图；
20.图2为本发明的动压密封环结构示意图；
21.图3为本发明的动压密封环局部放大图。
具体实施方式
22.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种用于核主泵的流体动压机械密封系统作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。
23.如图1所示，本发明提供了一种用于核主泵的流体动压机械密封系统，包含核主泵泵轴4，以及三个密封组件3；所述核主泵泵轴4上连接有转子组件41；三个密封组件3围绕核主泵泵轴4轴向设置且依次由上至下串联连接，每个密封组件3包含有一个动压密封环1，每个动压密封环1固定连接在核主泵泵轴4上的转子组件41上，该转子组件41通过所述动压密封环1与定子组件42以流体动压机械密封方式连接。
24.位于顶部的密封组件3的上方还设置有停车密封组件2，用于对核主泵泵轴4进行制动控制，停车密封组件2上设置有锁定销结构，向停车密封组件2内部注入冷却剂后，通过冷却剂的压力推动停车密封组件2进而带动其上的锁定销结构插入核主泵泵轴4的锁孔内，进行制动；将停车密封组件2内的冷却剂排出后解除制动。
25.进一步地，冷却剂经过设置在密封组件3内部的节流件31进入密封组件3内部进行冷却降温，每个密封组件3内部各设置有一个节流件31，冷却剂压强经过一次节流件31后进行一次降压。
26.图2中，位于所述转子组件41上的每个动压密封环1与定子组件42连接的密封面上设置有周期排列的槽11，相邻两个槽11首尾相接，槽11一端的宽度大于另一端。在转子组件41旋转时，该些周期性分布的槽11会产生流体动压效应，使液膜中的流体压力增大，以减少密封面之间的机械接触，宽度较大端的槽11还可以有效减小流体空化现象。所有动压密封环1与定子组件42连接的每对密封面(包括动压密封环1上的密封面以及定子组件42上的密封面)采用相同或不同的碳化硅材料(不同的碳化硅材料指的是材料中的碳硅比例不同)，
碳化硅材料在水环境下磨损率很低可以有效延长密封面的寿命。
27.优选地，槽11的数量为12个，依次首尾相接围合形成环状设置在动压密封环1上。
28.如图3所示，在本实施例中的每个单周期的所述槽11主要由直线槽111和楔形补偿槽112组成，槽11中的楔形补偿槽112的面积、位置、尺寸参数均会影响密封面的密封效果。其中，直线槽111位于动压密封环1外侧且沿着动压密封环1的切向设置；每个所述楔形补偿槽112靠近动压密封环1内侧设置且与对应的一个直线槽111连接。具体地，每个所述楔形补偿槽112沿着对应的直线槽111的一端延伸至直线槽的另一端，根据上述两个槽11首尾相接，即楔形补偿槽112的尖头部与相邻的另一个楔形补偿槽112的平头部连接。其中，楔形补偿槽112的平头部位于旋转时的背压侧b，尖头部位于迎压侧a。本例中在背压侧b引入更大面积的局部槽结构(即楔形补偿槽112的平头部)，使得流体能在背压侧b区域得以充分的引入，降低了流体液化的风险。从泄漏率的绝对数值考虑，本例中的流体泄漏率约100ml/h，满足主泵的工况要求。
29.根据实验表明，可以通过调整楔形补偿槽112的参数(如面积、位置、尺寸参数等)来提升密封面的密封效果。楔形补偿槽112的面积越大、位置越靠近高压区、线性尺寸越大，密封面的静压效应越明显、磨损率越低、泄漏率越高。
30.综上所述，本发明具有以下有益效果：
31.1.槽位于密封面的背压侧面积较大有助于降低运行过程中的空化现象，因此降低了密封面的磨损风险；
32.2.密封面采用碳化硅材料提高了使用寿命。
33.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。