用于轴密封系统的填料密封件密封件的活性表面的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的领域是用于压水核反应堆(PWR)的主电机驱动栗单元。更具体地，本发明涉及主电机驱动栗单元的主机械填料密封件的冰，也被称为活性表面。
【背景技术】
[0002]在核反应堆中，主栗在压水核反应堆的主回路中产生水循环。用于密封轴的动力系统提供在主回路与大气之间的密封件。用于密封该轴的该系统是具有受控泄漏的系统。其包括三个串联设置的密封件。每个密封件均包括两个提供主密封件的活性表面。被称为旋转活性表面的活性表面中的一个安装在与该轴一体的旋转单元中，被称为浮动的另一个活性表面安装在一单元中，所述单元不旋转但沿着轴向自由地被替代以跟随该轴的可能的轴向替代。
[0003]第一密封件在主回路与大气之间提供大部分的压力下降。其是流体静力学类型，具有厚度大约为1Mi的水膜。提供主密封件的活性表面的表面的特定几何形状使得当停止和当旋转时可自动调节仅仅取决于密封件的A P的他们的分离。该活性表面最初由铝制成，但它们逐渐由更抗摩擦的氮化硅制成。
[0004]使用在其活性表面上的特定的仿形铣床，密封件I在运行过程中以大约6001/h的受控泄漏率运行。其使得可从155巴的压力穿到大约2巴的压力。
[0005]然而，在现有技术的第一密封件中，观察到氧化铁的大量沉积粘附活性表面并改变这些表面的倾斜度，这导致泄漏率的改变。
[0006]在2012的《Hem.Ind.》中GregoryLefgvre、LjiIjana S、Zivkovic和AnneJaubertie的文献“铁矿粉颗粒在核反应堆冷却剂栗实验室试验和行业反馈的铝密封件面板上的沉淀”解释了该粘附现象是由于以两个步骤的现象:
[0007]-颗粒通过水动力、电泳和热泳现象从溶液移动到活性表面;以及
[0008]-然后它们经由物理化学相互作用粘附到密封表面。在现有技术中，这些相互作用被认为极大地是因为铁矿粉颗粒带正电荷而活性表面的表面带负电荷的事实。
[0009]为了克服该问题，文献US7,287,756建议向活性表面的表面添加催化剂。该催化剂更优选地是以下化合物的一种或混合物:铼、钌、铑、钯、银、锇、铱、铂和金。根据文献US7，287，756，铁以FeOOH(针铁矿)或Fe2+离子的形式存在于溶液中。该针铁矿将沉积在填料密封件的表面上。同样，Fe2+离子由氧气氧化成将沉淀和加强该沉淀物的Fe3+离子。该沉淀物然后变成铁矿粉(Fe203)。催化剂的使用使得可游离所出现的氢，因此减少化学势、阻止Fe2+离子的氧化并减少在Fe2+中出现的Fe3+离子，因此阻止氧化物沉淀的发生。
[0010]申请人已经识别了用于在活性表面的表面上形成氧化物沉淀的另一机制。我们因此提出了考虑该形成机制的方案。
【发明内容】
[0011]本发明目的在于通过提出一种有效的方案来克服现有技术的缺点，该方案用于阻止用于密封核反应堆的主电机驱动栗单元的轴的系统的第一密封件的活性表面的粘附。
[0012]为此，本发明提出了活性表面的表面的结构，以此在小于颗粒的活性表面的表面上生成凹凸，所述颗粒可能连接到活性表面的表面以形成粘附。该构造目的在于限制连接的点，以阻止这些颗粒固定在活性表面的表面上。
[0013]更具体地，本发明提出一种用于密封反应堆的主电机驱动栗单元的轴的系统的填料密封件的活性表面，以在主回路与大气之间提供密封件，该活性表面具有由一排凹凸构造的至少一个表面，每个凹凸均具有在1nm与5μηι之间的横向尺寸，每个凹凸均具有在1nm与5μπι之间的高度，在两个连续的凹凸之间的距离是在I Onm与5μπι之间。
[0014]构造活性表面的表面以具有带有此尺寸的凹凸，使得可在活性表面的表面上具有小于Fe2O3的颗粒的凹凸，并因此减少这些颗粒的连接的点。实际上，与现有技术的文献中所描述的连接现象相反，我们的试验已经显示铁矿粉的颗粒没有直接连接到活性表面的表面，但他们连接到本身吸附在活性表面的表面处的Fe2+离子。实际上，Fe2+离子通过负表面和活性表面的电子的供体被吸附。Fe2+是路易斯酸，其与在活性表面的表面上出现的含氧基团反应，并可反过来与具有强电子供体组分的胶体的或微粒的Fe2O3反应。Fe2+离子可以然后被吸附在铁矿粉的颗粒的表面上并继续导致活性表面粘附的链式反应。因此，为了阻止该粘附，申请人提出阻止Fe2O3颗粒连接到在活性表面的表面上的Fe2+。
[0015]根据本发明的活性表面也可以具有一个或多个在以下单独获得的或以任何技术可容许的组合获得的特征。
[0016]凹凸可以是孔或柱。
[0017]当凹凸是孔时，孔的高度被称为其深度。当凹凸是柱时，对应于其高度与其横向尺寸的比值的柱的形状系数必须更优选地少于2，以阻止腐蚀现象。
[0018]根据本发明的活性表面可以是填料密封件的旋转活性表面或浮动活性表面。
[0019]有利地，将与水膜接触的活性表面的整个表面被构造。
[0020]凹凸可以是纳米量级的凹凸。在这种情况下，凹凸更优选地具有在1nm与Ιμπι之间的横向尺寸以及在I Onm至Ιμπι之间的高度。两个连续凹凸之间的距离优选地在I Onm与Ιμπι之间。
[0021 ]实际上，能够连接到在活性表面的表面上的Fe2+的颗粒通常具有50nm与5μπι之间的尺寸，其优选地具有尺寸在10%与50%之间以及更优选地在Fe2O3颗粒的大小的大约20%至30%的凹凸，以尽可能阻止Fe2O3颗粒在活性表面的表面上的连接。
[0022]凹凸也可以是微米级凹凸。在这种情况下，凹凸更优选地具有在Ιμπι与5μπι之间的横向尺寸以及在Ιμπι和5μπι之间的高度。两个连续凹凸之间的距离优选地在Ιμπι与5μπι之间。
[0023]凹凸的排列更优选地是规则的，即其包括可以规则地复制的图案，其有利于凹凸的排列的控制。
[0024]根据一个实施例，凹凸更优选地具有相同的尺寸，在两个连续凹凸之间的距离总是优选地是相同的，其有利于凹凸的排列的制造。
[0025]根据优选的实施例，活性表面的表面通过横向尺寸和高度在500nm与5μπι之间以及优选地在Iym与2μηι之间的一排微米级凹凸分层地微米构造和纳米构造，在两个微米级凹凸之间的距离在500nm与5μηι之间以及优选地在Ιμπι与2μηι之间。这些微米级凹凸通过横向尺寸和高度在1nm与200nm之间以及优选地在50nm与10nm之间的纳米量级的凹凸所构造。两个相邻凹凸之间的距离优选地在1nm与200nm之间。以纳米量级和测微量级的该双重构造使得可进一步减少可能形成沉淀的颗粒的连接。
[0026]纳米量级的凹凸可以是孔或柱。
[0027]微米级凹凸可以是孔或柱。
[0028]密封件的活性表面更优选地由氮化硅制成。
[0029]本发明的另一方面也涉及一种阻止用于密封核反应堆的主电机驱动栗的轴的系统的填料密封件的活性表面粘附的保护方法，包括构造活性表面的表面以在活性表面的表面上进行凹凸的排列的步骤。每个凹凸具有在1nm与5μηι之间的横向尺寸和在1nm与5μηι之间的高度，两个连续凹凸之间的距离在1nm与5μπι之间。
[0030]凹凸可以是孔或柱。
[0031]当凹凸是柱时，他们更优选地具有小于2的形状系数以阻止腐蚀现象。
[0032]根据不同的实施例，纳米构造或微构造的该步骤可以根据以下进行:
[0033]-通过微米级光刻或纳米级光刻、电子束光刻、X射线光刻、深紫外线光刻技术、纳米压印光刻和干涉光刻经由聚焦离子束、激光划线或经由扫描探针显微镜的自上而下方法。这些步骤可以包括干法刻蚀或湿法刻蚀步骤。
[0034]-在其过程中微米级物体或纳米级物体(球体、纳米颗粒、自组装块状共聚物)的罩可以使用来经由湿法刻蚀、干法刻蚀或激光刻蚀在基底中复制凹凸的自下而上的方法(纳米球或胶体光刻)。
[0035]该方法也可以包括以下步骤的一个或多个:
[0036]-减少微米级物体或纳米级物体的大小的步骤；
[0037]-使用作罩的层沉淀在微米级物体或纳米级物体上以及在微米级物体或纳米级物体之间的非覆盖基底上的步骤；
[0038]-移除微米级物体或纳米级物体、在基底上留下罩并在由微米级物体或纳米级物体的压印所形成的罩中形成一排孔的步骤;以及
[0039]-通过纳米级物体的压印进行刻蚀并移除罩的步骤。
[0040]该方法还包括沉淀阻止在活性表面的表面上粘附的保护层的步骤。该保护层更优选地由3;[(:、111'1、&^、附或微米级金刚石或纳米晶体金刚石制成。在这种情况下，微米构造或纳米构造的保护层时更优选的。
【附图说明】
[0041]通过阅读以下详细描述参考附图本发明的其它特点和优点将获得，其显示:
[0042]图1是根据本发明的实施例的用于密封轴的系统的剖视图；
[0043]图2是根据本发明的第一密封件的图解视图；
[0044]图3图解地显示活性表面的密封件粘附的现象；
[0045]图4图解地显示在根据本发明的实施例的活性表面的密封件的表面上以及在活性表面的扁平表面上的颗粒的连接；
[0046]图5图解地显示根据本发明的实施例的两种方法；
[0047]图6图解地显示根据本发明的实施例的活性表面的表面；
[0048]图7图解地显示根据本发明的另一实施例的活性表面的表面;以及
[0049]图8图解地显示根据本发明的另一实施例的活性表面。
[0050]为了提高清晰度，在整个附图中相同的或类似的元件使用相同的附图表面标记。
【具体实施方式】
[0051]图1显示用于核反应堆的主电机驱动栗单元的轴4的机械填料密封件的系统。该用于密封轴