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1、(10)申请公布号 CN 103821757 A (43)申请公布日 2014.05.28 CN 103821757 A (21)申请号 201410060888.8 (22)申请日 2014.02.21 F04D 29/10(2006.01) F04D 29/12(2006.01) (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区 100084 信箱 82 分箱清华大学专利办公室 (72)发明人 刘莹 黄伟峰 高志 刘向锋 王玉明 李鲲 张杰 (74)专利代理机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 代理人 贾玉健 (54) 发明名称 具有停车密封的动静压机械密封组合式核主 。
2、泵轴封系统 (57) 摘要 具有停车密封的动静压机械密封组合式核主 泵轴封系统， 包括主轴、 第一级流体动压密封组 件、 第二级流体动压密封组件、 第三级接触式密封 静环和动环， 三级机械密封串联， 在第三级接触式 机械密封的上方， 装有停车密封组件， 前两级流体 动压密封均可承受绝大部分工作载荷， 互为备份， 第三级接触式机械密封采用清水作为密封介质， 可对密封静环表面进行冲洗， 减小硼结晶， 在保证 一定冗余的前提下， 提高经济性， 同时， 克服了三 级流体动压机械密封串联反应堆冷却剂泵第三级 仍有放射性介质排出的缺点， 相对现有技术， 在三 级密封均失效的情况下， 位于上端的停车密封在 。
3、高压气推动下闭合， 保证不向外界泄漏带有放射 性的介质， 提高了密封系统的工作可靠性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103821757 A CN 103821757 A 1/1 页 2 1. 具有停车密封的动静压机械密封组合式核主泵轴封系统， 包括主轴 （1） 、 第一级流 体动压密封组件 （2） 、 第二级流体动压密封组件 （3） 、 第三级接触式密封静环 （4）和动环 （5） ， 其特征在于 ： 第一级流体动压密封、 第二。
4、级流体动压密封和第三级接触式密封串联， 在 第三级接触式密封的上方， 装有停车密封组件 （6） ， 高压密封介质通过入水口 （9） 进入密封 腔， 两级动压密封承受的工作载荷通过固定于内层密封腔 （10） 上的节流盘管 （11） 进行分 压， 第一级流体动压密封、 第二级流体动压密封的设计载荷均为最大工作载荷， 第三级接触 式密封采用清洁水密封， 比二级流体动压密封泄漏端压力高的清水由入水口 （8） 进入密封 静环 （4） 端面， 一部分清水在压力作用下从静环外侧流出与第二级流体动压密封泄漏水混 合， 此泄漏流量冲洗静环密封表面， 减少硼结晶， 而后进入化容系统 ； 另一部分清水从静环 内侧直。
5、接流出到大气侧。 2. 根据权利要求 1 所述的具有停车密封的动静压机械密封组合式核主泵轴封系统， 其 特征在于 ： 所述的第一级流体动压密封、 第二级流体动压密封有两种承压方式 ： 一种是第 一级流体动压密封承受工作载荷的绝大部分， 第二级流体动压密封受小部分工作载荷 ； 另 一种是第一级流体动压密封、 第二级流体动压密封平均承受绝大部分工作载荷。 3. 根据权利要求 1 所述的具有停车密封的动静压机械密封组合式核主泵轴封系统， 其 特征在于 ： 当所述的第一级流体动压密封、 第二级流体动压密封和第三级接触式密封均失 效时， 位于上端的停车密封在进气口 （7） 注入的高压气驱动下闭合， 保证。
6、带有放射性介质不 泄漏。 4. 根据权利要求 1 所述的具有停车密封的动静压机械密封组合式核主泵轴封系统， 其 特征在于 ： 所述第一级流体动压密封组件 （2） 、 第二级流体动压密封组件 （3） 不局限于特定 的设计方案， 包括所有运用流体动压原理而进行设计的机械密封结构。 5. 根据权利要求 1 所述的具有停车密封的动静压机械密封组合式核主泵轴封系统， 其 特征在于 ： 所述第三级接触式密封不局限于特定的设计方案， 包括所有有利于减小密封面 硼结晶并保证含放射性介质不会排出的机械密封结构。 权 利 要 求 书 CN 103821757 A 2 1/3 页 3 具有停车密封的动静压机械密封组。
7、合式核主泵轴封系统 技术领域 0001 本发明涉及反应堆冷却剂泵机械密封装置， 具体涉及具有停车密封的动静压机械 密封组合式核主泵轴封系统。 背景技术 0002 反应堆冷却剂泵， 即核主泵中所用机械密封是用来控制反应堆冷却剂沿泵轴的泄 漏， 其与反应堆冷却剂泵的安全、 可靠运行密切相关。 目前国际上主要使用的反应堆冷却剂 泵用机械密封装置为三级机械密封， 可以分为两大类， 一种是流体静压式， 其结构为第一级 采用流体静压非接触式、 第二、 三级采用接触式机械密封结构 ； 另一种是流体动压式， 其结 构为三级均采用相同结构的流体动压式机械密封。 0003 流体静压核主泵轴封系统， 第一级单锥面静。
8、压密封承受绝大部分工作压力， 第二 级接触式机械密封正常工作时， 虽然承受较小的压差， 但是由于工作在接触状态， 所以磨损 比较严重， 需要定时更换或维修 ； 二级接触式机械密封仅在一级静压密封失效时， 通过动环 的弹性变形转化成带有锥度的非接触式机械密封， 但泄漏量较大。 0004 流体动压式核主泵轴封系统， 同样采用三级密封串联结构， 通过节流盘管的分压， 使正常工作时每级动压密封承受较小的载荷， 提高了使用寿命 ； 三级动压密封均可承受全 部的工作载荷， 三级互为备份， 提高了工作的可靠性。但是， 动压式轴封系统第三级的泄漏 为带有一定放射性的介质。另外， 三级动压串联备份从设计上， 冗。
9、余有些多。 0005 针对核主泵静压轴封系统二级接触式机械密封易磨损和动压轴封系统第三级仍 泄漏带有放射性介质的不足， 中国专利 CN101649834A 核主泵用流体静、 动压组合式三级机 械密封装置 在保留静压轴封第一级静压型非接触式机械密封和第三级接触式机械密封的 基础上， 将二级接触式机械密封改为流体动压 （该专利显示的密封槽型为热流体动压原理） 非接触式机械密封， 一方面克服了原来接触式密封的磨损问题， 同时也可以使第三级密封 不对外泄漏放射性介质， 并可通过注入清水去除第三级密封端面上的硼结晶。 0006 上述轴封组合方案中的静压轴封和中国专利 CN101649834A 所述动静压。
10、组合轴封 方案中均不能保证三级密封都失效时， 放射性介质不外泄 ； 且一级流体静压密封从工作原 理上相对流体动压密封抗干扰能力， 即动力学特性较差。 现有动压轴封系统三级串联方案， 均可承受全压工况， 由于冗余较多， 在经济上不是最佳方案。 发明内容 0007 为了克服上述现有技术的缺点， 本发明的目的在于提供具有停车密封的动静压机 械密封组合式核主泵轴封系统， 在三级密封均失效时， 保证放射性冷却剂不泄漏， 改善了密 封系统的工作性能 ； 提高了经济性， 同时可减少第三级密封面的硼结晶。 0008 为了达到上述目的， 本发明采取的技术方案是 ： 0009 具有停车密封的动静压机械密封组合式核。
11、主泵轴封系统， 包括主轴 1、 第一级流体 动压密封组件 2、 第二级流体动压密封组件 3、 第三级接触式密封静环 4 和动环 5， 第一级流 说 明 书 CN 103821757 A 3 2/3 页 4 体动压密封、 第二级流体动压密封和第三级接触式密封串联， 在第三级接触式密封的上方， 装有停车密封组件 6， 高压密封介质通过入水口 9 进入密封腔， 两级流体动压密封承受的工 作载荷通过固定于内层密封腔10上的节流盘管11进行分压， 第一级流体动压密封、 第二级 流体动压密封的设计载荷均为最大工作载荷， 第三级接触式密封采用清洁水密封， 比二级 流体动压密封泄漏端压力高的清水由入水口 8 。
12、进入密封静环 4 端面， 一部分清水在压力作 用下从静环外侧流出与第二级流体动压密封泄漏水混合， 此泄漏流量冲洗静环密封表面， 减少硼结晶， 而后进入化容系统 ； 另一部分清水从静环内侧直接流出到大气侧。 0010 所述的第一级流体动压密封、 第二级流体动压密封有两种承压方式 ： 一种是第一 级流体动压密封承受工作载荷的绝大部分， 第二级流体动压密封受小部分工作载荷 ； 另一 种是第一级流体动压密封、 第二级流体动压密封平均承受绝大部分工作载荷。 0011 当所述的第一级流体动压密封、 第二级流体动压密封和第三级接触式密封均失效 时， 位于上端的停车密封在进气口 7 注入的高压气驱动下闭合， 。
13、保证带有放射性介质不泄 漏。 0012 所述第一级流体动压密封组件 2、 第二级流体动压密封组件 3 不局限于特定的设 计方案， 包括所有运用流体动压原理而进行设计的机械密封结构。 0013 所述第三级接触式密封不局限于特定的设计方案， 包括所有有利于减小密封面硼 结晶并保证含放射性介质不会排出的机械密封结构。 0014 本发明的优点 ： 1） 相对已有流体静压反应堆冷却剂泵三级轴封系统和中国专利 CN101649834A 所述动静压组合轴封方案， 增加了停车密封结构， 可在三级密封均失效时， 保 证放射性冷却剂不泄漏， 改善了密封系统的工作性能 ； 2） 采用两级流体动压机械密封相对 已有的。
14、三级动压密封串联轴封结构， 可以在保证一定冗余的前提下， 提高经济性。 3） 第三级 采用接触式机械密封可以克服已有的三级流体动压机械密封串联的反应堆冷却剂泵第三 级仍有放射性介质排出的缺点， 同时可减少第三级密封面的硼结晶。 附图说明 0015 附图是本发明结构示意图。 具体实施方式 0016 下面结合附图对本发明做详细描述。 0017 参照附图， 具有停车密封的动静压机械密封组合式核主泵轴封系统， 包括主轴 1、 第一级流体动压密封组件 2、 第二级流体动压密封组件 3、 第三级接触式密封静环 4 和动环 5， 三级机械密封串联， 在第三级机械密封的上方， 装有停车密封组件 6， 所述的第。
15、一级流体 动压密封、 第二级流体动压密封有两种承压方式 ： 一种是第一级流体动压密封承受工作载 荷的绝大部分， 第二级流体动压密封受小部分工作载荷 ； 另一种是第一级流体动压密封、 第 二级流体动压密封平均承受绝大部分工作载荷。高压密封介质通过入水口 9 进入密封腔， 两级动压密封承受的工作载荷通过固定于内层密封腔 10 上的节流盘管 11 进行分压， 两级 流体动压密封的设计载荷均为最大工作载荷， 因此， 无论采用上述那种分压工作方式， 当第 一级流体动压密封失效时， 第二级流体动压密封均作为备份， 承受最大工作载荷， 保证轴封 系统的可靠性。第三级接触式密封采用清洁水密封， 比二级动压密封。
16、泄漏端压力高的清水 说 明 书 CN 103821757 A 4 3/3 页 5 由入水口 8 进入密封静环 4 端面， 一部分清水在压力作用下从静环外侧流出与第二级流体 动压密封泄漏水混合， 此泄漏流量可以冲洗静环密封表面， 减少硼结晶， 而后进入化容系 统 ； 另一部分清水从静环内侧直接流出到大气侧。 当三级机械密封均失效时， 位于上端的停 车密封在进气口 7 注入的高压气驱动下闭合， 可以保证带有放射性的介质不泄漏。 0018 本发明的工作原理 ： 0019 两级流体动压密封正常工作状态下， 有两种承压方式 ： 第一级流体动压密封承受 工作载荷的绝大部分， 第二级流体动压密封承受小部分工。
17、作载荷 ； 第一级流体动压密封、 第 二级流体动压密封可以平均承受绝大部分工作载荷。高压密封介质通过入水口 9 进入密封 腔， 两级动压密封承受的工作载荷通过固定于内层密封腔 10 上的节流盘管 11 进行分压。 0020 当第一级流体动压密封失效时， 因两级流体动压密封的设计载荷均为最大工作载 荷， 所以无论采用上述那种分压工作方式， 第二级流体动压密封均作为备份， 承受最大工作 载荷。 0021 第三级接触式密封采用清洁水密封， 比流体动压密封泄漏端压力稍高的清水由入 水口 8 进入密封静环 4 端面， 一部分清水在压力作用下从静环外侧流出与第二级流体动压 密封泄漏水混合， 此泄漏流量可以。
18、冲洗静环密封表面， 减少硼结晶， 而后进入化容系统 ； 另 一部分清水从静环内侧直接流出到大气侧。 0022 当第一级流体动压密封、 第二级流体动压密封和第三级接触式密封失效时， 位于 上端的停车密封在进气口 7 注入的高压气驱动下闭合， 可以保证带有放射性介质不泄漏。 0023 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举， 本发明的保护 范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式， 本发明的保护范围也及于本领域技术 人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。 说 明 书 CN 103821757 A 5 1/1 页 6 说 明 书 附 图 CN 103821757 A 6 。