一種快堆用冷卻劑循環(huán)泵檢修密封結構

何小冬 張杰

摘 要：隨著快堆的高速研究發(fā)展，液態(tài)重金屬冷卻劑循環(huán)泵的研究也隨之進入重點研究試制試驗階段，作為泵的重要組成部分檢修密封的結構亦十分重要。

關鍵詞：快堆；檢修密封；結構

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.128

1 前言

快堆是裂變反應堆，對鈾資源利用提高到60%～70%，選擇液態(tài)金屬（Na或Pa、LBE合金）作為冷卻劑才能保證有效傳熱。是未來核電站主要堆型。

冷卻劑循環(huán)泵是快堆的關鍵設備之一，用來實現(xiàn)一、二回路液態(tài)金屬冷卻劑的循環(huán)。泵采用離心、立式、單級、自由液位形式。主要由單吸葉輪、空間導葉、下部徑向軸承、空心軸、泵蓋、筒體、熱屏部件、檢修密封、雙端面機械密封、上部徑向推力軸承、支撐座、驅動電機等構成。

2 檢修密封功能

泵筒體上部設有氣腔，隔絕下部液態(tài)金屬不與上面部件。上部采用油液封的雙端面機械密封將泵氣腔與外界隔離。檢修密封位于機械密封下面。用于泵機械密封更換和維修時保證泵氣腔與外界的密封性。在檢修密封的殼體中布置有制動器裝置，以在安裝和拆卸上部機械密封及軸承組件前支撐主軸，這能顯著減少軸承的維護工作量。

泵正常工作運行時，檢修密封處于非工作狀態(tài)。此時檢修密封殼體內氣體壓力與泵氣腔內壓力相同，氣體主要是惰性氣體（氬氣）。當泵停機更換軸封時，拆除上部推力徑向軸承前，旋轉檢修密封殼體中的工藝支撐螺母，使工藝支撐扇形塊與軸間接觸，支撐整個轉子的重量和保持轉子的平衡。檢修密封下部氬氣管道通入氬氣，在升力機構產(chǎn)生的向上的力，推動密封墊與轉子上的密封壓蓋接觸，達到泵內氣腔與外界環(huán)境隔絕的作用。

3 檢修密封結構

檢修密封由工藝支撐機構、波紋管密封部件以及充氣部件組成。檢修密封結構主要有十多個零部件組成，檢修密封外部連接通過法蘭止口定位，墊密封，通過螺栓把合與泵的其他部件組合在一起。基座上有兩個接頭，一個接頭與檢修密封充氣管路連接，另外一個接頭是將檢修密封上方的泵機械密封泄漏的油液排出的接口。殼體上部接頭連接氬氣管路，吹掃污染氣體。

4個對稱布置的制動器在檢修密封殼體上，扇形制動器塊通過支撐桿的軸向移動作用在軸肩上，用于在安裝和拆卸上部機械密封及軸承組件時對軸進行支撐限位。在制動器與殼體間有制動器波紋管保證檢修密封內部腔與外界隔絕。

圓周均布的工作波紋管下部孔與基座內環(huán)形腔相通，通過外部充入的氬氣，提供波紋管軸向的升力。帶動上部連接的法蘭、密封環(huán)以及波紋管向上移動，密封環(huán)與軸套接觸，在壓力作用下產(chǎn)生變形達到密封的效果，波紋管同時密封軸與波紋管間的環(huán)隙。工作波紋管沖入一定壓力密封氣體后波紋管、密封環(huán)、軸套與軸形成一個閉合密封腔實現(xiàn)泵內氣腔與外界隔絕密封。工作波紋管氣腔泄壓后，密封解除，借助基座上布置的彈簧的作用回復原始狀態(tài)。

同時上部機械密封油泄漏時會經(jīng)軸套流至基座上，經(jīng)基座上溝槽收集通過泄漏油排出接口排至儲存容器。

4 試驗驗證

根據(jù)檢修密封作用：

（1）維持泵氣腔與外界的密封；

（2）檢修密封工作時泄漏率： ≤1×10-6 Pa·m?·s-1。

針對其功能，同時驗證檢修密封的設計，進行整體氣密性試驗及泄漏率檢測試驗。

氣密性試驗采用直接加壓，侵入液體的方法，使泄漏氣體通過液體時形成氣泡，從而檢出加壓部件的氣密性及泄漏部位。將檢修密封整體侵入溶液中，外接氣源向檢修密封內充氣，觀察檢修密封外部是否有氣泡產(chǎn)生，并保持沖入壓力三十分鐘。

泄漏率試驗采用示蹤探頭技術：探測出一些微小開口的較高壓力一側，流經(jīng)抽空的密封體或者分割兩個壓力不同區(qū)域隔板的氦氣流，并確定泄漏的位置。試驗裝置如下圖所示：

試驗結果：

（1）氣密性試驗結果：充氣腔單獨充氣壓1.25MPa，保持30 min，無變形漏氣現(xiàn)象；殼體腔充氣0.625MPa，保持30 min，無氣泡產(chǎn)生；密封腔充氣壓0.22MPa，充氣腔0.8MPa，保持30 min，無氣泡產(chǎn)生。

（2）泄漏性試驗結果：充氣腔充氦氣0.8MPa，殼體腔真空度23Pa，總體泄漏率：<1.0×10-9 Pa.m?/s；充氣腔充氦氣0.8MPa，密封腔充氦氣0.16MPa，殼體腔真空度13Pa持續(xù)30 min，泄漏率：<1.0×10-6 Pa.m?/s。

試驗過程中試驗裝置無異常現(xiàn)象，試驗完成后對試驗裝置進行解體檢查，密封墊、波紋管、密封圈等關鍵部件狀態(tài)良好，密封面均無明顯磨痕。說明試驗裝置試驗期間工作穩(wěn)定，性能良好。

5 結論

通過試驗驗證檢修密封的設計是合理的，能夠滿足用戶要求，可以實現(xiàn)泵在更換或檢修機械密封、上部軸承期間維持泵內氣腔與外部介質間的密封。這種具有氣壓密封的重要優(yōu)點是動作迅速，并且這種類似結構在其他泵中有過很多運行經(jīng)驗，驗證了它們的可靠性。

參考文獻：

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