一种三级流体动压型核主泵机械密封分压装置的制作方法

1.本发明涉及机械密封技术领域，特别是涉及一种三级流体动压型核主泵机械密封分压装置。


背景技术：

2.核电站反应堆主冷却剂泵(以下简称核主泵)为核电站反应堆主冷却剂提供驱动压头，把核电站反应堆产生的热量送至蒸发器，最终再由核主泵送回核电站反应堆进行循环，是核电站的关键设备之一。
3.三级流体动压机械密封是核主泵结构中最为核心的重要组成部分，直接关系核主泵在核电站中能否安全、可靠运行。如果密封发生泄漏，将直接导致反应堆停堆，给核电站带来巨大的经济损失，严重时还会造成环境辐射污染。
4.参见图1，三级流体动压机械密封的结构特点为非接触式，平衡型，静止式，多弹簧，动环端面开设多个大波纹，静环内径附加支撑环。三级流体动压机械密封的前两级集装在一起，第三级为一个单独集装式，每一级与泵体的接口尺寸逐级增大，与泵轴的接口尺寸逐级减小，这样使安装更加方便，快捷。
5.动压轴封三级结构相似，是串联安装在轴上的。其中每一级如图中所示，第一轴套44、第二轴套50和第三轴套55均是直接套于轴28上，每个轴套之间通过拨叉凸耳与凹槽传动。以第1级为例，动环座248.8套装于轴套上，并通过件销子248.14传动定位。密封动环由内套环248.9、石墨环248.13、动环外套环248.6镶装为一整体。密封动环通过动环压紧环248.7卡装在动环座248.8上。静环由静环座248.1、硬质合金环248.12、静环外套环248.5镶装而成，静环压紧环248.2将其压装在静环座248.1上形成静环组件。静环组件套穿于静环导环43上。静环导环43与密封腔压紧连接固定，保持静止。
6.工作时，动环组件在轴、轴套的带动下相对静环组件旋转，由于静环端面开设有流体动压槽，形成开启力，使得动静环端面脱开。
7.核电站一回路系统压力是15.4mpa。在核主泵正常运行工况下，系统压力通过三级流体动压机械密封降低到大气压力。三级流体动压机械密封由三级相同的密封副分摊密封压力，每一级均可以承受全压，三级的密封压力分配为3:3:3分配，即每一级承受约5
‑
5.2mpa压力，每一级的泄漏率约5
‑
15l/h。
8.由核电站rcv系统的离心式上充泵提供的流量为1920l/h，压力为15.4mpa的高压轴密封注入水进入轴密封系统后，由于轴密封注入水的压力高于一回路系统压力，因此该注入水分成三个流向。一个流向以流量1115l/h至水润滑径向轴承进入到一回路系统内，防止反应堆冷却剂进入机械密封腔内。另两个流向分别以流量400l/h进入二级机械密封和三级机械密封，其压力分别为10.4mpa和5.4mpa。
9.该分向流是由4个节流器1、2、3、4来完成的。注入水经过节流器1压力降为10.3mpa时，第一级轴密封前后端的压力差为5.1mpa，此时第一级轴密封面的泄漏量为5
‑
15l/h，其主要是密封面的润滑和散热作用。这5
‑
15l/h的泄漏流量流到第二级轴密封前，压力已降为
10.3mpa。同样原理，经过2、3级密封和节流器的共同作用下，压力为15.4mpa高压密封注入水的压力也降到0.2mpa～0.3mpa，分别注入核电站rcv系统，且从第三级轴密封密封面泄漏出来的5
‑
15l/h泄漏流流入低压泄漏系统。
10.该流体动压型核主泵机械密封由于设计原因，自调试以来，短短5年时间，出现多达近20台次核主泵机械密封低压泄漏流高事件，造成核电站停机停堆检修或大修主线延误，严重影响核电站的核安全以及经济效益，为保证主泵安全稳定运行，解决该问题成为非常紧迫的任务。


技术实现要素：

11.基于此，有必要针对现有的流体动压型核主泵机械密封低压泄漏流高的问题，提供一种流体动压型核主泵机械密封分压装置，该分压装置通过调整三级流体动压机械密封压力分配比例，降低第三级密封承受的压力，以降低低压泄漏流流量，缓解低压泄漏流高的问题。
12.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
13.一种三级流体动压核主泵机械密封分压装置，包括一号节流器、二号节流器、三号节流器和四号节流器，所述一号节流器和三号节流器分别与二级机械密封腔连接，所述二号节流器和四号节流器分别与三级机械密封腔连接，其特征在于，所述一号节流器、二号节流器、三号节流器和四号节流器将一级机械密封腔、二级机械密封腔和三级机械密封腔的压力分配为4：4：2。
14.进一步地，所述节流器包括节流器接头和节流器主体，所述节流器主体一端焊接节流器接头，所述节流器插入到机械密封腔的注入孔，然后通过销钉定位卡住节流器接头沟槽实现节流器和机械密封腔的连接。
15.进一步地，所述节流器主体通过以下方法制备得到：将足够长的管路在专用工装上缠绕数圈，得到节流器主体。
16.进一步地，所述一级机械密封腔、二级机械密封腔和三级机械密封腔的压力分配是通过调整一号节流器、二号节流器、三号节流器和四号节流器的尺寸来实现的，对核主泵机械密封改动量小，但却能明显降低低压泄漏流流量，取得较好的效益。
17.进一步地，所述三级级机械密封腔的压力为3
‑
3.1mpa。
18.进一步地，所述一号节流器、二号节流器、三号节流器和四号节流器的尺寸通过如下步骤得到：1、根据一级机械密封腔、二级机械密封腔和三级机械密封腔的压力分配为4：4：2，压差为6.16mpa、6.16mpa、3.08mpa，通过管压差模型得到一号节流器、二号节流器、三号节流器和四号节流器的计算尺寸；2、根据高压轴密封注入水输出流量800l/h的要求，在计算尺寸的基础上从长至短截断节流器长度，并采用专用工装打压标定，直至压力表测量值满足一级机械密封腔、二级机械密封腔和三级机械密封腔的压力分配为4：4：2，压差为6.16mpa、6.16mpa、3.08mpa。
19.进一步地，所述一号节流器的长度为2.04m，二号节流器的长度为4.1m，三号节流器的长度为2.96m，四号节流器的长度为0.92m。
20.进一步地，所述一号节流器、二号节流器、三号节流器和四号节流器均由304材料制作而成。
21.上述三级流体动压核主泵机械密封分压装置的制备方法，包括如下步骤：
22.1.将足够长的管路在专用工装上缠绕数圈，并在一端焊接节流器接头。
23.2.根据管网压差模型，计算一级机械密封腔、二级机械密封腔和三级机械密封腔的压力分配为4：4：2，压差为6.16mpa、6.16mpa、3.08mpa时的各节流器的长度。
24.3.根据流量800l/h的要求，在计算结果的基础上从长至短截断节流器长度，并采用专用工装打压标定，直至压力表测量值满足上节描述之压差。
25.4.将制作好的一号节流器、二号节流器、三号节流器和四号节流器装入原机械密封；
26.5、完成三级集装机械密封打压测试。
27.本发明的有益技术效果：
28.本发明的三级流体动压核主泵机械密封分压装置应用于三级流体动压核主泵机械密封，能够解决三级流体动压核主泵机械密封低压泄漏流高的问题，每年双机组将可减少约300吨的放射性废水的排放，具有较好的社会效益及经济效益；此外，由于第三级密封承受压力由5mpa降低到3mpa,负载降低，端面比压降低40％，有利于提高第三级密封的可靠性及使用寿命，对保障核电站安全也具有重大意义，具有很强的实用性和推广价值。
附图说明
29.图1为现有的核电站流体动压型核主泵机械密封结构示意图；
30.图2为三级机械密封腔压力分配示意图；
31.图3为节流器分压示意图；
32.图4为节流器管网计算模型；
33.图5为现有的节流器管网降压模型；
34.图6为本发明的节流器管网降压模型；
35.图7为本发明的一号节流器管结构示意图；
36.图8为本发明的二号节流器管结构示意图；
37.图9为本发明的三号节流器管结构示意图；
38.图10为本发明的四号节流器管结构示意图。
39.图中，248.1、静环座；248.2、静环压紧环；248.3、静环销子；248.4、静环弹簧；248.5、静环外套环；248.6、动环外套环；248.7、动环压紧环；248.8、动环座；248.9、内套环；248.10、第一o形圈；248.11、第二o形圈；248.12、硬质合金环；248.13、石墨环；248.14、动环销子；248.15、动环销子；248.16、支撑环；248.17、第三o形圈；248.18、动环弹簧；28、轴；43、静环导环；44、第一轴套；50、第二轴套；55、第三轴套；57、静环导套；1、高压轴密封注入水；2、下导轴承；3、一号节流器；4、二号节流器；5、三号节流器；6、四号节流器；7、高压泄露系统；8、低压泄露系统；9、一级机械密封腔；10、二级机械密封腔；11、三级机械密封腔；12、节流器主体；13、节流器接头。
具体实施方式
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左端”、“右端”、“上方”、“下方”、“外侧”、“内侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本
发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.现有技术中，三级流体动压型核主泵机械密封中，一号节流器3、二号节流器4、三号节流器5和四号节流器6将一级机械密封腔9、二级机械密封腔10和三级机械密封腔11的压力分配为3：3：3。
42.在初始阶段每级机械密封腔设计成均能承受全系统压力15.4mpa，但是在核主泵正常运行时每级机械密封腔只承受1/3的全系统压力，约5
‑
5.2mpa。
43.参见图2
‑
3，核电站rcv系统的离心式上充泵提供流量1920l/h、压力15.5mpa的高压轴密封注入水1。
44.流量1920l/h、压力15.5mpa的高压轴密封注入水1从注入口进入轴密封系统后，流量1115l/h、压力15.4mpa的高压轴密封注入水1向下流向下导轴承2；流量400l/h、压力15.4mpa的高压轴密封注入水1经过一号节流器3后，压力降为10.3mpa，然后进入二级机械密封腔10；流量400l/h、压力15.4mpa的高压轴密封注入水1经过二号节流器4，压力降为5.3mpa，然后进入三级机械密封腔11；从二级机械密封腔10追加连接三号节流器5，压力降至0.2mpa,然后进入高压泄漏系统7；从三级机械密封腔11追加连接四号节流器6，压力降至0.2mpa，然后进入高压泄漏系统7；从而完成节流器网管的布置。
45.每级机械密封腔可控泄漏为5
‑
15l/h，一级机械密封腔9密封面泄漏出来的泄漏流流入二级机械密封腔10，二级机械密封腔10密封面泄漏出来的泄漏流流入三级机械密封腔11，三级机械密封腔11密封面泄漏出来的泄漏流流入低压泄漏系统8。
46.节流器的孔径是固定的，内表面粗糙度是一定的，回转半径是一样的。进出口压力是定值。因此只需要根据节流器前后压差的需求，来确定节流器的长短。
47.一号节流器3、二号节流器4、三号节流器5和四号节流器6的具体参数见表1。
48.表1节流器的性能参数
[0049][0050]
现有的三级流体动压型核主泵机械密封自调试以来，短短5年时间，出现多达近20台次核主泵机械密封低压泄漏流高(三级机械密封泄漏出来的泄漏高达50l/h流入低压泄漏系统8)事件，造成核电站停机停堆检修或大修主线延误，严重影响核电站的核安全以及经济效益，为保证主泵安全稳定运行，解决该问题成为非常紧迫的任务。
[0051]
本发明通过调整一级机械密封腔9、二级机械密封腔10和三级机械密封腔11的压力分配，以降低低压泄漏流流量，缓解低压泄漏流高的问题。
[0052]
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0053]
一种三级流体动压核主泵机械密封分压装置，包括一号节流器3、二号节流器4、三号节流器5和四号节流器6，所述一号节流器3和三号节流器5分别与二级机械密封腔10连
接，所述二号节流器4和四号节流器6分别与三级机械密封腔11连接，其特征在于，所述一号节流器3、二号节流器4、三号节流器5和四号节流器6将一级机械密封腔9、二级机械密封腔10和三级机械密封腔11的压力分配为4：4：2。
[0054]
进一步地，所述节流器包括节流器接头13和节流器主体12，所述节流器主体12一端焊接节流器接头13，所述节流器插入到机械密封腔的注入孔，然后通过销钉定位卡住节流器接头13沟槽实现节流器和机械密封腔的连接。
[0055]
进一步地，所述节流器主体12通过以下方法制备得到：将足够长的管路在专用工装上缠绕数圈，得到节流器主体12。
[0056]
进一步地，所述一级机械密封腔9、二级机械密封腔10和三级机械密封腔11的压力分配是通过调整一号节流器3、二号节流器4、三号节流器5和四号节流器6的尺寸来实现的，对核主泵机械密封改动量小，但却能明显降低低压泄漏流流量，取得较好的效益。
[0057]
进一步地，所述三级级机械密封腔的压力为3
‑
3.1mpa。
[0058]
进一步地，所述一号节流器3、二号节流器4、三号节流器5和四号节流器6的尺寸通过如下步骤得到：1、根据一级机械密封腔9、二级机械密封腔10和三级机械密封腔11的压力分配为4：4：2，压差为6.16mpa、6.16mpa、3.08mpa，通过管压差模型得到一号节流器3、二号节流器4、三号节流器5和四号节流器6的计算尺寸；2、根据高压轴密封注入水1输出流量800l/h的要求，在计算尺寸的基础上从长至短截断节流器长度，并采用专用工装打压标定，直至压力表测量值满足一级机械密封腔9、二级机械密封腔10和三级机械密封腔11的压力分配为4：4：2，压差为6.16mpa、6.16mpa、3.08mpa。
[0059]
进一步地，所述一号节流器3的长度为2.04m，二号节流器4的长度为4.1m，三号节流器5的长度为2.96m，四号节流器6的长度为0.92m。本发明的节流器的性能参数参见表2。
[0060]
表2本发明的节流器的性能参数
[0061][0062]
进一步地，所述一号节流器3、二号节流器4、三号节流器5和四号节流器6均由304材料制作而成。
[0063]
一种三级流体动压核主泵机械密封分压装置的制备方法，包括如下步骤：
[0064]
1.将足够长的管路在专用工装上缠绕数圈，并在一端焊接节流器接头13。
[0065]
2.根据管网压差模型，计算一级机械密封腔9、二级机械密封腔10和三级机械密封腔11的压力分配为4：4：2，压差为6.16mpa、6.16mpa、3.08mpa时的各节流器的长度。
[0066]
3.根据流量800l/h的要求，在计算结果的基础上从长至短截断节流器长度，并采用专用工装打压标定，直至压力表测量值满足上节描述之压差。
[0067]
4.将制作好的一号节流器3、二号节流器4、三号节流器5和四号节流器6装入原机械密封；
[0068]
5、完成三级集装机械密封打压测试。
[0069]
将现有的一号节流器3、二号节流器4、三号节流器5和四号节流器6，以及本发明的一号节流器3、二号流器、三号节流器5和四号节流器6均装入原机械密封，完成三级集装机械密封打压测试，测试结果见表3。
[0070]
表3低压泄漏流流量表
[0071] 原设计改进后低压泄漏流流量13.6l/h7.9l/h第三级密封压力5mpa3mpa
[0072]
通过表3，可以看出，与现有技术相比，本发明的三级流体动压核主泵机械密封分压使每台核主泵低压泄漏流流量降低5.7l/h，降低约42％，初略估计每年两台机组可减少约300吨的放射性废水的排放，具有较好的社会效益及经济效益。此外，由于第三级密封承受压力由5mpa降低到3mpa,负载降低，端面比压降低40％，有利于提高第三级密封的可靠性及使用寿命。
[0073]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。