用于主機動化泵單元的軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于主機動化泵單元的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其包括一系列熱學雙金屬條(21、41)，當所述雙金屬條的溫度地域所述溫度閾值時其具有被稱作冷態(tài)位置的第一位置，當所述雙金屬條的溫度高于所述溫度閾值時其具有被稱作熱態(tài)位置的第二位置；密封環(huán)(23)，其具有當所述雙金屬條(21、41)處于其熱態(tài)位置時的有效位置和當所述雙金屬條處于其冷態(tài)位置時的無效位置；鎖定/解鎖裝置(25)，設(shè)計為當所述雙金屬條(21、41)處于其冷態(tài)位置時將所述密封環(huán)(23)鎖定在其無效位置，并且當所述雙金屬條(21、41)處于其熱態(tài)位置時將所述密封環(huán)(23)釋放；彈性裝置(24)，設(shè)計為當所述鎖定/解鎖裝置(25)未鎖定時力推所述密封環(huán)(23)到有效位置。
【專利說明】用于主機動化泵單元的軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域是用于原子壓水反應器(PWR)的反應器冷卻劑泵機組。
[0002]本發(fā)明更特別適用于無源關(guān)機密封裝置(SSD)，其用于控制由反應器冷卻劑泵機組上呈現(xiàn)的密封系統(tǒng)的故障引起的主冷卻劑泄漏。
【背景技術(shù)】
[0003]關(guān)機密封裝置(SSD)已經(jīng)在新一代原子壓水式反應器中得到發(fā)展，以在被稱作SB0(站閉火)的意外情況之后處理反應器冷卻劑泵機組密封系統(tǒng)的故障。
[0004]因此，關(guān)機密封裝置必須能夠在這個突發(fā)情況中以及在反應堆冷卻劑泵機組已經(jīng)關(guān)閉后，控制并停止由反應器冷卻劑泵機組密封系統(tǒng)的故障引起的主冷卻劑泄漏。
[0005]通常，這種類型的裝置由輔助源(例如，這種壓氮循環(huán))激活，并且如果失去反應器冷卻劑泵機組冷卻源，那么通過反應器儀器控制裝置輸出的信息來控制觸發(fā)。
[0006]已經(jīng)發(fā)展了無源關(guān)機密封裝置，其不需要任何輔助激活系統(tǒng)或在反應器儀器控制中生成觸發(fā)信息，以免使用激活源。在文件W02010/068615中公開了這種無源關(guān)機密封系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在這個上下文中，本發(fā)明目的在于提出對這種密封裝置的改進，以便保證意外情況期間密封裝置的激活和正確操作。
[0008]為了實現(xiàn)這個目的，本發(fā)明公開了用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置，該系統(tǒng)包括至少一個適合于從溫度閾值開始改變形狀的雙金屬條；所述雙金屬條具有當所述雙金屬條的溫度小于所述溫度閾值時被稱作冷態(tài)位置的第一位置和當所述雙金屬條的溫度大于所述溫度閾值時被稱作熱態(tài)位置的第二位置；
[0009]所述裝置特征在于，其包括:
[0010]-密封環(huán)，其具有當所述至少一個雙金屬條處于其熱態(tài)位置時的有效位置和當所述至少一個雙金屬條處于其冷態(tài)位置時的無效位置；
[0011]-鎖定/解鎖裝置，其被固定到所述至少一個雙金屬條，并且適合于當所述至少一個雙金屬條處于其冷態(tài)位置時將所述密封環(huán)鎖定在其無效位置，并且當所述至少一個雙金屬條處于其熱態(tài)位置時釋放所述密封環(huán)；
[0012]-彈性裝置，適合于當所述鎖定/解鎖裝置未鎖定時將所述密封環(huán)約束在有效位置。
[0013]用本發(fā)明，可能停止由反應器冷卻劑泵機組密封系統(tǒng)的故障引起的主冷卻劑的泄漏，而無需輔助激活源。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的裝置的設(shè)計使得能夠在已經(jīng)服役的反應器冷卻劑泵機組的構(gòu)造上簡單地安裝。
[0015]用根據(jù)本發(fā)明的裝置，也可能調(diào)整該裝置，以通過調(diào)整該裝置的自激活溫度并且更精確地通過修改雙金屬條改變形狀的溫度閾值來達到每種核反應器的工作約束。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的無源的關(guān)機密封裝置也可以具有單獨或以任何技術(shù)可能的組合得到的一個或幾個下列特征:
[0017]-所述裝置適合于集成在服役的反應器冷卻劑泵機組的軸封系統(tǒng)中；
[0018]-所述環(huán)包括肩，其適合于配合所述鎖定/解鎖裝置；
[0019]-所述至少一個雙金屬條適合于從在80°C和200°C之間的溫度閾值開始改變形狀，有利地該溫度閾值等于150°C ；
[0020]-所述密封環(huán)由耐超過300°C的溫度的聚合材料制成；
[0021 ]-所述密封環(huán)由PEEK制成；
[0022]-所述密封環(huán)由用玻璃或碳纖維填充的PEEK基體組成的復合物制成；
[0023]-所述密封環(huán)由金屬材料制成；
[0024]-所述密封環(huán)是由金屬芯形成并由比所述金屬核心更具韌性的材料包覆的復合材料；
[0025]-所述比所述金屬芯更具韌性的材料是聚合物或鎳或銀；
[0026]-所述彈性裝置是壓縮彈簧；
[0027]-該裝置包括多個雙金屬條和圍繞所述環(huán)分布的多個鎖定/解鎖裝置；所述雙金屬條和所述鎖定/解鎖裝置彼此離開恒定角距離；
[0028]-所述裝置包括三個雙金屬條和三個鎖定/解鎖裝置。
[0029]本發(fā)明的另一個目的是反應器冷卻劑泵機組，其包括:
[0030]-密封系統(tǒng)，其適合于沿著沿反應器冷卻劑泵機組軸布置的泄露路徑建立受控泄漏；
[0031]-根據(jù)本發(fā)明的無源關(guān)機密封裝置，其適合于當所述密封系統(tǒng)有缺陷時并且當所述密封環(huán)有效時，至少部分封閉所述密封系統(tǒng)的所述泄露路徑，以便產(chǎn)生受控泄漏。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]在參考附圖閱讀為引導而非限定給出的下列描述之后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變?yōu)楦忧宄渲?
[0033]-圖1示出根據(jù)本發(fā)明的被集成到反應器冷卻劑泵機組密封系統(tǒng)中的無源關(guān)機密封裝置的第一實施例；
[0034]-圖2a和2b示出作為溫度的函數(shù)的圖1中所示的無源關(guān)機密封裝置的行為；
[0035]-圖3示出根據(jù)本發(fā)明的被集成到反應器冷卻劑泵機組密封系統(tǒng)中的無源關(guān)機密封裝置的第二實施例；
[0036]-圖4a和4b示出作為溫度的函數(shù)的圖3中所示的無源關(guān)機密封裝置的行為。
[0037]為了提高清楚性，在全部圖中由相同的附圖標記標記相同或類似的元件。
【具體實施方式】
[0038]壓水式反應器的反應器冷卻劑泵機組是具有豎直軸的離心式泵。通過三級組成的密封系統(tǒng)提供在軸出口 10處的動態(tài)密封(圖1)。
[0039]第一級被稱作I號密封件。I號密封件(未示出)是可控泄漏液壓密封。在正常操作期間，沿著軸10建立通過箭頭Fl示出泄流。
[0040]在意外情況中，在到I號密封件的入口處的溫度快速增加，到達接近主回路的溫度，其為大約280°C。I號密封件的性能在這個溫度下退化，這導致泄流增加非常大，其可能超過每小時10m3。無源關(guān)機密封裝置(SSD)將在這種意外情況中在I號密封件的下游側(cè)上阻塞泄漏路徑Fl。
[0041]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的被集成到反應器冷卻劑泵機組密封系統(tǒng)中的無源關(guān)機密封裝置的第一實施例。狀況圖1中所示的SSD裝置示出為在正常工作狀況下。圖2a和2b示出根據(jù)本發(fā)明的密封裝置的兩個狀態(tài)的截面視圖。
[0042]圖2a更特別示出在反應器冷卻劑泵機組的正常操作狀況下的密封裝置，也就是說，當裝置的溫度小于閾值時的密封裝置。
[0043]圖2b更特別示出在反應器冷卻劑泵機組的意外操作情況期間的密封裝置，也就是說當裝置的溫度高于閾值時的密封裝置。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的關(guān)機密封裝置20包括:
[0045]-多個雙金屬條21(僅顯示一個)，其適合于從預定溫度閾值開始改變形狀；
[0046]-支撐件22，將該裝置22固定到反應器冷卻劑泵機組，并且更具體地固定到I號密封件的浮動組件支撐件32 ；
[0047]-密封環(huán)23，與反應器冷卻劑泵機組的泵軸10同心放置；
[0048]-彈性裝置24，諸如壓縮彈簧，其適合于在軸向上移動密封環(huán)并且將2號密封件保持在旋轉(zhuǎn)表面31上；
[0049]-鎖定/解鎖裝置25，用于鎖定或解鎖密封環(huán)23的無效位置。
[0050]在圖l、2a和2b中所示的第一實施例，雙金屬條21是在其一個末端通過螺釘裝置固定到支撐件22上的叉狀形狀。
[0051]在其自由端，雙金屬條21被固定到鎖定/解鎖裝置25。該鎖定/解鎖裝置25有利地為銷。
[0052]該支撐件22包括貫穿絞孔，銷25插入該貫穿鉸孔并且在支撐件22的每側(cè)上打開，以便其能夠配合密封環(huán)23。該銷25安裝為能自由地在絞孔內(nèi)側(cè)滑動，以便當泄流溫度增加而雙金屬條21改變形狀時，銷能夠在軸向上位移。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，該裝置包括圍繞反應器冷卻劑泵機組軸10的圓周以120°分布的三個雙金屬條21。
[0054]在正常操作狀況(圖1和2a)下，雙金屬條21處于其冷態(tài)位置，其中泄流溫度小于閾值形變溫度。
[0055]在這些狀況下，通過位于該環(huán)的內(nèi)側(cè)邊緣部分上的肩26和銷25的配合并且通過由彈性裝置的壓縮得到的銷25上的環(huán)23的張力，密封環(huán)23被鎖定在如圖1或圖2中所示的無效位置。
[0056]在事故情況(圖2b)下，泄流溫度的增加，增加了雙金屬條21的溫度，然后雙金屬條在到達其形變閾值溫度時改變形狀。因此，在這個情況下，雙金屬條“切換(toggles)”。雙金屬條21的切換更改了銷25的位置，其被固定到雙金屬條21，以使得其能夠在支撐件22的絞孔中滑動并且從密封環(huán)23的肩26釋放。由于密封環(huán)23不再被銷25軸向約束，彈性裝置24使環(huán)23接觸2號密封件的旋轉(zhuǎn)表面31，因此阻塞通過箭頭標記Fl表示的泄漏路徑。通過在支撐I號密封件的浮動組件的部分32的絞孔內(nèi)側(cè)的密封環(huán)23的外徑，密封環(huán)23被沿著軸向引導。
[0057]最初通過彈性裝置24然后也通過由裝置20的上游側(cè)的壓力增加導致的高壓釜效應，在有效位置阻塞密封環(huán)23，換句話說接觸旋轉(zhuǎn)表面31。
[0058]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的被集成到反應器冷卻劑泵機組密封系統(tǒng)中的無源關(guān)機密封裝置的第二實施例。圖3中示出的SSD裝置示出為在正常工作狀況下，其密封裝置23’的位置在事故狀況下。圖4a和4b示出根據(jù)圖3中示出的第二實施例的密封裝置的兩個狀態(tài)的截面視圖。
[0059]圖4a更特別示出在反應器冷卻劑泵機組的正常操作狀況期間的密封裝置的第二實施例，也就是說當裝置的溫度小于閾值時。
[0060]圖4b更特別示出在反應器冷卻劑泵機組的事故操作情況下的密封裝置的第二實施例，也就是說當裝置的溫度高于閾值時。
[0061 ] 關(guān)機密封裝置40包括:
[0062]-多個雙金屬條41，其適合于從預定溫度閾值開始改變形狀；
[0063]-支撐件42，將該器件42固定在反應器冷卻劑泵機組，并且更準確地說在I號密封件的浮動組件支撐件上；
[0064]-密封環(huán)23;
[0065]-彈性裝置24，諸如壓縮彈簧，其適合于在軸向移動密封環(huán)并且將其保持在2號密封件的旋轉(zhuǎn)表面31上；
[0066]-鎖定/解鎖裝置25，用于鎖定或解鎖密封環(huán)23的無效位置。
[0067]在這個第二實施例中，雙金屬條41采用盤形形狀，在其外徑處被支撐件42阻塞。
[0068]該盤狀雙金屬條包括在其中心的穿孔，其將被用于固定鎖定/解鎖裝置25。
[0069]該支撐件42包括貫穿絞孔，鎖定/解鎖裝置25插入該貫穿鉸孔并且在支撐件42的每側(cè)上打開，以便其能夠配合密封環(huán)23。
[0070]以與如上所述的實施例相同的方式，鎖定/解鎖裝置25被安裝，以在絞孔內(nèi)側(cè)自由滑動，以便在由于泄流溫度增加導致雙金屬條41的形狀改變時，裝置25能夠在軸向上位移。
[0071]在正常操作狀況(圖3和4a)下，雙金屬條23處于其冷態(tài)位置，其中該泄流閾值溫度小于形變閾值的溫度。
[0072]在這些狀況下，通過位于環(huán)的內(nèi)周部分的肩26和鎖定/解鎖裝置25的配合，該密封環(huán)23被鎖定在無效位置中。因此，在這個靜止位置，即在正常工作期間，密封環(huán)23被保持鎖定在這個位置，并且壓縮彈性裝置24。
[0073]在事故情況(圖4b)下，泄流的溫度的增加，有效地增加了雙金屬條41的溫度，然后當雙金屬條到達其形變閾值溫度時其形狀改變。因此，在這個情況下，雙金屬條“切換”。雙金屬條21的切換改變了鎖定/解鎖裝置25的位置，以便使得其能夠在支撐件42的絞孔中滑動并且從密封環(huán)23的肩26釋放。由于密封環(huán)23不再通過鎖定/解鎖裝置25被軸向地保持在適當位置，壓縮彈性裝置24在環(huán)23上施加軸向力，因此使其與2號密封件的旋轉(zhuǎn)表面31接觸，因此阻塞由箭頭標記Fl表示的泄漏路徑。
[0074]通過彈性裝置24并且通過由裝置20的上游側(cè)上的壓力增加所導致的高壓釜效應，密封環(huán)23在有效位置被阻塞(通過圖3中的參考標記23’示出)，換句話說，接觸旋轉(zhuǎn)表面31。
[0075]這樣制成根據(jù)本發(fā)明的密封裝置的雙金屬條21、41，以便其切換溫度閾值在80°C和200°C之間，并且有利地等于150°C。
[0076]裝置20或40的密封環(huán)23可以由耐高溫(即，超過300°C )的聚合材料制成，例如PEEK或用玻璃或碳纖維填充的PEEK的合成物。使用這種材料使得可能在高溫下獲得處于橡膠態(tài)的密封環(huán)，以便其能夠變形以匹配2號密封件件的旋轉(zhuǎn)表面的幾何形狀，并因此給出更好的密封質(zhì)量。
[0077]裝置20或40的密封環(huán)23也可以由金屬材料制成。在這種情形中，由于密封環(huán)23和與其接觸的部件之間存在余隙，將預期會存在殘留泄流。然而，如果在泵軸已經(jīng)完全停止轉(zhuǎn)動之前激活所述裝置，那么金屬材料的使用能夠使得裝置并特別是密封環(huán)更加安全。
[0078]密封環(huán)23也可以由復合材料制成，這種材料用比芯體更具韌性的材料，例如聚合物、鎳或銀，包覆金屬芯而形成。比芯體更具韌性的周圍材料能夠通過表面層的變形而填充在不同部件之間的存在余隙中。如果由軸的旋轉(zhuǎn)引起表面層磨損，那么這種更致密的金屬芯體能夠保證對泄流仍有限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，包括至少一個雙金屬條(21、41)，其適合于從溫度閾值開始改變形狀；當所述雙金屬條的溫度小于所述溫度閾值時，所述雙金屬條(21、41)具有被稱為冷態(tài)位置的第一位置，并且當所述雙金屬條的溫度大于所述溫度閾值時其具有被稱作熱態(tài)位置的第二位置； 所述裝置(20、40)特征在于，其包括: -密封環(huán)(23)，其具有當所述至少一個雙金屬條(21、41)處于其熱態(tài)位置時的有效位置和當所述至少一個雙金屬條處于其冷態(tài)位置時的無效位置； -鎖定/解鎖裝置(25)，其被固定到所述至少一個雙金屬條(21、41)，并且適合于當所述至少一個雙金屬條(21、41)處于其冷態(tài)位置時將所述密封環(huán)(23)鎖定在其無效位置，并且當所述至少一個雙金屬條(21、41)處于其熱態(tài)位置時將所述密封環(huán)(23)釋放； -彈性裝置(24)，適合于當所述鎖定/解鎖裝置(25)未鎖定時將所述密封環(huán)(23)約束在所述有效位置。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，所述裝置適合于集成在服役下的反應器冷卻劑泵機組的軸封系統(tǒng)上。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，所述環(huán)(23)包括肩(26)，其適合于配合所述鎖定/解鎖裝置(25)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，所述至少一個雙金屬條(21、41)適合于從在80°C和200°C之間的，有利地等于150°C的溫度閾值開始改變形狀。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，所述密封環(huán)(23)由耐超過300°C的溫度的聚合材料制成。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，所述密封環(huán)(23)由PEEK制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5到6的任一項所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，所述密封環(huán)(23)是由用玻璃或碳纖維填充的PEEK基體制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任一項所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，所述密封環(huán)(23)由金屬材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到4的任一項所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，所述密封環(huán)(23)由復合材料制成，所述復合材料由金屬芯形成并且由比所述金屬芯更具韌性的材料包覆。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，比所述金屬芯更具韌性的所述材料為聚合物或鎳或銀。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，所述彈性裝置(24)為壓縮彈簧。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，包括多個雙金屬條(21、41)和圍繞所述環(huán)(23)分布的多個鎖定/解鎖裝置(25)，所述雙金屬條(21、41)和所述鎖定/解鎖裝置(25)彼此隔開恒定角距離。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的用于反應器冷卻劑泵機組軸封系統(tǒng)的無源關(guān)機密封裝置(20、40)，其特征在于，包括三個雙金屬條和三個鎖定/解鎖裝置(25)。
14.一種反應器冷卻劑泵機組，其特征在于，包括:-密封系統(tǒng)， 其適合于沿著沿反應器冷卻劑泵機組軸布置的泄露路徑建立受控泄漏； -根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的無源關(guān)機密封裝置，其適合于當所述密封系統(tǒng)有缺陷時并且當所述密封環(huán)有效時，至少部分地封閉所述密封系統(tǒng)的所述泄露路徑，以便產(chǎn)生受控泄漏。
【文檔編號】F16J15/34GK104040226SQ201280065987
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月4日
【發(fā)明者】E·薩萬 申請人:阿海琺核能公司