专利名称：百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台及方法
技术领域：
本发明涉及一种百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵中的关键技术，更具体地说， 涉及一种百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台及方法。
背景技术：
百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵(以下简称“主泵”)机械密封的功能是保证介质的密封。其中1号密封承担着一回路的几乎全部压差15. 5MPa，是三级密封中的主密封。法国电力公司曾经统计法国核电站的19次主泵1号轴封泄漏量异常事件，其中有6次是主泵1号密封泄漏持续增大而导致机组非计划停机或提前进入大修。鉴于1号密封是非接触式的机械密封，运行期间密封面没有磨损，所以理论上密封没有寿命限制的，通过精密检查、更换密封件和试验，重新鉴定合格后的机械密封完全可以重新使用，但是采购新1号密封的费用约需16万欧元/套，送国外翻新的费用也约需6万欧元/套，因此，包括法国、 南非、比利时、韩国、西班牙、瑞典在内的多国核电站都是对主泵机械密封进行翻新通过鉴定后继续利用以节约成本和减少放射性固体废物的产生。根据法国电力公司的统计，翻新后而未经过鉴定实验的机械密封有近8%不符合运行技术规范要求，而更换1号机械密封至少需要停堆10天左右。为了确保万无一失，必须对所有翻新后的机械密封经过动态试验鉴定进行验证，通过模拟一回路各种状态、工况来检验密封的特性。但是，翻新主泵密封鉴定技术和试验设备尚待改进与完善。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台。本发明所要解决的另一个技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法。本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是构造一种主泵机械密封鉴定平台，包括密封鉴定试验台、用于控制所述密封鉴定试验台的控制主机和用于测定所述机械密封平面度和直线度的圆度测量仪；所述密封鉴定试验台包括泵组模块、制冷机组模块和密封试验模块，所述密封试验模块用于测定所述机械密封的稳定工况密封特性、高温密封泄漏特性、压力滞后瞬态特性、冷态特性和静态密封特性。所述密封试验模块包括工艺水箱、与所述工艺水箱下游管路连接的加热器、设于所述加热器下游管路的热交换器以及通过回流管路与所述工艺水箱形成水循环回路的密封腔体。所述密封腔体内设有两个检测腔体，每一所述检测腔体内均安装有一组待测的所述机械密封，所述机械密封的底部安装有一组用来平衡轴向推力的密封模拟件，且所述机械密封与所述密封模拟件背对设置。所述密封腔体上设有用于监测所述机械密封注入水的流量变送器、压力变送器和测温元件；密封腔体下游管路设有用于监测机械密封泄漏量的压力表和流量计，所述压力表和所述流量计分别将检测数据返回给所述控制主机。所述制冷机组模块包括与所述热交换器连接的制冷机。所述泵组模块包括设于所述工艺水箱与所述加热器之间的前置泵，以及设于所述加热器与所述密封腔体之间的增压泵组。所述密封腔体的下游管路上还设有用于调节压力的气动调节阀。所述增压泵组的上游管路和下游管路上均设有安全阀。所述工艺水箱上设有用于分别检测温度、压力和液位参数的变送器、用于监测A 级除盐水PH值和电导率的检测元件、高液位报警开关和低液位报警开关。所述辅助设备包括电源、A级除盐水和压缩空气。所述反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台还包括圆度测量仪。本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是提供一种反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法，采用上述的反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，包括更换机械密封内的0 型密封圈步骤和多项特性测定步骤，具体步骤如下1)更换机械密封内的0型密封圈；2)测定稳定工况密封特性；3)测定高温密封泄漏特性；4)测定压力滞后瞬态特性；5)测定冷态特性；6)测定静态密封特性。上述步骤2 6不必依次进行。所述步骤1)包括以下子步骤1. 1)在反应堆冷却剂泵机械密封鉴定工具的控制主机上输入稳定工况下的压差和温度参数；1. 2)记录在该压差和温度参数下机械密封的泄漏量。所述步骤2~)包括以下子步骤2. 1)在所述控制主机上输入系统水循环温度、密封腔体的温度和机械密封在稳定工况下的压差参数所述系统水循环温度和密封腔体温度均为所述机械密封和主泵水导轴承运行的温度；2. 2)记录所述机械密封在前述参数下的泄漏量的步骤。所述步骤幻包括以下子步骤3. 1)在所述控制主机上输入升压范围值、降压范围值；3. 2)记录在最低压差下机械密封泄漏量。所述步骤4)包括以下子步骤4. 1)在所述控制主机上输入温度变化范围值而后检查所述机械密封对温差变化的敏感特性；
4. 2)记录在机械密封试验平台启动时密封腔体处在低温和低压条件下的泄漏量。所述步骤幻包括以下子步骤5. 1)停泵；5. 2)记录在所述控制主机上输入逐渐降低密封腔体内温度时机械密封的密封特性；5. 3)检查机械密封内静态0型密封圈是否异常。所述反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法还包括步骤7)采用圆度测量仪测量机械密封的平面度和直线度。本发明的反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台及方法与现有技术对比，具有以下有益效果提高了百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封故障诊断和分析的能力，不仅节约成本，而且可以据此开展各种工况下密封各种特性理论研究工作，以利于安全生产。
图1是本发明实施例1的鉴定平台组成方框图；图2是本发明实施例2的鉴定方法流程图；图3是图1工艺水箱的结构示意图；图4是图1密封腔体的结构示意图；图5是图1加热器、热交换器和制冷压缩机之间连接细部示意图。
具体实施例方式下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明实施例1图1是鉴定平台组成方框图，其中虚线是控制信号的传送路径，实线是循环水的流经路径。本实施例1主要应用于CPR1000主泵的8英寸1号密封功能鉴定。该主泵机械密封鉴定平台，包括密封鉴定试验台2、用于控制密封鉴定试验台的控制主机1。控制主机1用于控制密封鉴定试验台2的各项试验参数，控制信号的发送由设于控制主机1内部的软件实现的，这些软件主要包括机械密封翻新程序、机械密封试验程序、 机械密封检查标准程序和试验验收准则程序，所有的控制通过控制主机1的人机交互界面实现，无需工作人员亲自在密封鉴定试验台进行操作，试验所得的数据直接显示在人机交互界面中，并自动生成机械密封的密封特性曲线。在试验之前，需要更换机械密封内的0型密封圈，试验数据与机械密封出厂时的数据进行比较后，对机械密封的密封特性进行判断和评估，如果数据与出厂时的数据接近， 就确认被鉴定的机械密封符合运行技术规范要求。密封鉴定试验台2主要用于检测机械密封的稳定工况密封特性、高温密封泄漏特性、冷态特性、压力滞后瞬态特性和静态密封特性。密封鉴定试验台2包括泵组模块3、制冷机组模块4和用于测定在前述工况下，机械密封密封特性的密封试验模块5。其中，密封试验模块5包括工艺水箱501、与工艺水箱501下游管路连接的加热器 502、设于加热器下游管路的热交换器503及密封腔体504，密封腔体504通过回流管路与工艺水箱501形成水循环回路。工艺水箱501上设有用于检测温度、压力和液位参数的变送器、用于监测A级除盐水pH值和电导率的检测元件、高液位报警开关和低液位报警开关。密封腔体504内设有两个检测腔体，密封腔体504是用来放置待检测的机械密封的，每一个检测腔体内均安装有一组待测的上机械密封件，在机械密封的底部安装有一组用来平衡轴向推力的下密封模拟件，且上机械密封件与下密封模拟件背对设置。设置两个检测腔体可以对两组机械密封同时进行试验，提高试验效率。密封腔体504上还设有用于检测机械密封泄漏量的压力表、流量计，和用于调节压力的气动调节阀，压力表和流量计将检测到的泄漏量数据返回给控制主机1。其次，在密封腔体504上还设有用于监测注入水流量、压力的变送器以及测温元件，这些元件都与控制主机1连接，负责将监测数据返回到控制主机1上。控制主机1会把检测结果显示在人机交互界面上。上述制冷机组模块4包括与热交换器503连接的制冷压缩机401。从工艺水箱501内流出的水首先通过加热器502，加热器502接受控制主机1的控制命令对水进行加热使水达到特定工况下的温度；制冷压缩机401会通过热交换器503对加热器502的加热温度进行调节，也就是说，当加热器502对水的加热超过了要求的温度时，制冷压缩机 503就会启动，输送冷却水到加热器502外围使加热器502的温度下降。加热器502、热交换器503和制冷压缩机401形成了一个用于平衡加热温度的平衡系统。 泵组模块主要包括设于工艺水箱501与加热器502之间的前置泵301，还包括设于加热器502与密封腔体504之间的增压泵组302。前置泵301的作用是给系统水循环提供动力，保证从工艺水箱501流出的水能够顺利流入加热器502进行加热，从加热器502流出的水会经过增压泵组302进行增压，增压之后的水经过滤网后会流入密封腔体504内。出于安全考虑，增压泵组302的上游管路和下游管路上均设有安全阀。此外，增压泵组302的出口还设置有接至工艺水箱501的小流量循环管线，以防止超压损坏管线和后续设备。辅助设备包括电源、A级除盐水和压缩空气。电源与控制主机1连接，整个密封鉴定试验台采用的试验用水均为A级除盐水，压缩空气用于控制气动调节阀。实施例2一种百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法，采用实施例1的鉴定平台，包括以下步骤1)更换机械密封内的静态0型密封圈在对机械密封进行鉴定之前都需要将机械密封内已经老化的静态0型密封圈更换，然后再对更换完静态0型密封圈之后的机械密封进行鉴定。2)测定稳定工况密封特性包括以下子步骤2. 1)、在控制主机1上输入稳定工况下的压差和温度参数；2. 2)、记录在上述稳定工况的压差和温度参数下机械密封的泄漏量。3)测定高温密封泄漏特性包括以下子步骤3. 1)、在控制主机上输入系统水循环温度、密封腔体的温度和机械密封在稳定工况下的压差参数；
3. 2)、记录机械密封在前述参数下的泄漏量。其中，系统水循环温度和密封腔体温度指的是机械密封和主泵水导轴承运行的极限温度。4)测定压力滞后瞬态特性包括以下子步骤4. 1)、在控制主机1上输入升压范围值、降压范围值；4. 2)、记录在最低压差下机械密封的泄漏量。5)测定冷态特性包括以下子步骤5. 1)、在控制主机上输入温度变化范围值，然后检查机械密封对温差变化的敏感特性；5. 2)、记录在机械密封试验平台刚启动时密封腔体处在低温和低压条件下的泄漏量。6)测定静态密封特性包括以下子步骤6.1)、停泵;6. 2)、记录在控制主机1上输入逐渐降低密封腔体内温度时机械密封的密封特性；6. 3)、检查机械密封内静态0型密封圈是否异常。7)采用圆度测量仪测量机械密封平面度和直线度。通过这些试验步骤可以得到机械密封在特定工况下的泄漏量，将泄漏量与该机械密封出厂时的数值进行比较，则可以确定被鉴定的机械密封是否符合运行技术规范要求。
权利要求
1.一种百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，用于鉴定100型反应堆冷却剂泵的一号密封特性，其特征在于，包括密封鉴定试验台(2)、用于控制所述密封鉴定试验台的控制主机(1)；所述密封鉴定试验台( 包括泵组模块(3)、制冷机组模块(4)和密封试验模块(5)， 所述密封试验模块( 用于测定所述机械密封的稳定工况密封特性、高温密封泄漏特性、 压力滞后瞬态特性、冷态特性和静态密封特性。
2.根据权利要求1所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，所述密封试验模块( 包括工艺水箱(501)、与所述工艺水箱(501)下游管路连接的加热器(502)、设于所述加热器(502)下游管路的热交换器(503)以及密封腔体(504)； 所述密封腔体(504)通过回流管路与所述工艺水箱(501)形成水循环回路。
3.根据权利要求2所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，所述密封腔体(504)内设有两个检测腔体，每一所述检测腔体内均安装有一组待测的所述机械密封，所述机械密封的底部安装有一组用来平衡轴向推力的密封模拟件，且所述机械密封与所述密封模拟件背对设置。
4.根据权利要求2所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，所述密封腔体(504)上还设有用于监测所述机械密封注入水的流量变送器、压力变送器和测温元件；密封腔体(504)下游管路设有用于监测所述机械密封泄漏量的压力表和流量计，所述压力表和流量计将检测数据返回给所述控制主机(1)。
5.根据权利要求2所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，所述制冷机组模块(4)包括与所述热交换器(50 连接的制冷机001)。
6.根据权利要求2所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，所述泵组模块C3)包括设于所述工艺水箱(501)与所述加热器(502)之间的前置泵(301)，还包括设于所述加热器(50 与所述密封腔体(504)之间的增压泵组(302)。
7.根据权利要求6所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，所述密封腔体(504)的下游管路上还设有用于调节压力的气动调节阀。
8.根据权利要求7所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，所述增压泵组(302)的上游管路和下游管路上均设有安全阀。
9.根据权利要求2所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，所述工艺水箱(501)上还设有用于分别检测温度、压力和液位参数的变送器、用于监测A级除盐水pH值和电导率的检测元件、高液位报警开关和低液位报警开关。
10.根据权利要求5所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，所述辅助设备包括电源、A级除盐水和压缩空气。
11.根据权利要求1所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，该机械密封鉴定平台还包括圆度测量仪。
12.—种百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法，采用如权利要求1-11 中任意一项所述的反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台，其特征在于，包括更换机械密封内的0型密封圈步骤和多项特性测定步骤，具体步骤如下1)更换机械密封内的0型密封圈；2)测定稳定工况密封特性；`3)测定高温密封泄漏特性；`4)测定压力滞后瞬态特性；`5)测定冷态特性；`6)测定静态密封特性。
13.根据权利要求12所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法，其特征在于，还包括步骤7)采用如权利要求11所述的圆度测量仪测量机械密封的平面度和直线度。
14.根据权利要求12所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下子步骤1.1)在权利要求1所述的控制主机(1)上输入稳定工况下的压差和温度参数；1.2)记录在该压差和温度参数下机械密封的泄漏量。
15.根据权利要求12所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法，其特征在于，所述步骤幻包括以下子步骤2.1)在权利要求1所述的控制主机(1)上输入系统水循环温度、权利要求2所述的密封腔体的温度和机械密封在稳定工况下的压差参数；2.2)记录所述机械密封在步骤2. 1)参数下的泄漏量。
16.根据权利要求15所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法，其特征在于，所述系统水循环温度和密封腔体温度均为所述机械密封和主泵水导轴承运行的温度。
17.根据权利要求12所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法，其特征在于，所述步骤幻包括以下子步骤3.1)在权利要求1所述的控制主机(1)上输入升压范围值、降压范围值；3.2)记录在最低压差下所述机械密封泄漏量。
18.根据权利要求12所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法，其特征在于，所述步骤4)包括以下子步骤4.1)在权利要求1所述的控制主机(1)上输入温度变化范围值而后检查所述机械密封对温差变化的敏感特性；4.2)记录在权利要求1-10所述的机械密封试验平台启动时所述密封腔体处在低温和低压条件下的泄漏量。
19.根据权利要求12所述的百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定方法，其特征在于，所述步骤幻包括以下子步骤`5.1)停泵；`5. 2)记录在权利要求1所述的控制主机(1)上输入逐渐降低所述密封腔体内温度时所述机械密封的密封特性；`5. 3)检查所述机械密封内静态0型密封圈是否异常。
全文摘要
本发明公开了一种百万千瓦级核电站反应堆冷却剂泵机械密封鉴定平台及方法，鉴定平台包括密封鉴定试验台、用于控制所述密封鉴定试验台的控制主机；所述密封鉴定试验台包括泵组模块、制冷机组模块和密封试验模块，所述密封试验模块用于测定所述机械密封的稳定工况密封特性、高温密封泄漏特性、冷态特性、压力滞后瞬态特性和静态密封特性。鉴定方法包括更换机械密封内的O型密封圈步骤和多项特性测定步骤稳定工况密封、高温密封泄漏、压力滞后瞬态、冷态和静态密封。提高了反应堆冷却剂泵机械密封故障诊断和分析的能力，不仅节约成本，而且可以据此开展各种工况下密封各种特性理论研究工作，以利于安全生产。
文档编号F04B51/00GK102278302SQ20111023644
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者刘军生, 吴粉山, 孙维伊, 张春旺, 毛文军, 王寅初, 黎志政 申请人:中国广东核电集团有限公司, 大亚湾核电运营管理有限责任公司, 岭东核电有限公司, 岭澳核电有限公司, 广东核电合营有限公司