[发明专利]反应堆冷却剂泵流体动压机械密封密封环摩擦副

说明书

技术领域：本发明涉及反应堆冷却剂泵流体动压机械密封密封环摩擦副。

背景技术：轴封泵被广泛用于世界各地压水堆核电站的主冷却剂泵。反应堆冷却剂泵是核电站一回路系统中唯一的旋转设备，在反应堆冷却剂泵中轴密封是反应堆冷却剂与外界隔离的重要的旋转密封部件，国外在核主泵领域技术封锁的最后一道门。通过若干级主轴密封可以将高温、高压、带有放射性的反应堆介质同外界隔离开来。主轴密封的使用寿命、可靠性对核电站的安全稳定运行至关重要。目前使用的轴密封可以分为流体静压密封和流体动压密封两大类。由于流体动压机械密封使用寿命厂，运行可靠，因此流体动压机械密封越来越得到长足发展。

从上世纪90年代开始，以原沈阳水泵厂为代表的企业、研究所或高校着手测绘、仿制、设计研究反应堆冷却剂泵轴密封。有奥地利ANDRITZ、德国KSB等公司的反应堆冷却剂泵用动压型轴密封型式，有美国EMD、日本MHI等公司的反应堆冷却剂泵静压型轴密封。经过10多年的研究和关键技术的攻克，在原材料、结构、制造以及测试方法等领域取得了丰厚的成绩，但是目前为止还没有真正意义上用在反应堆冷却剂泵项目上。在流体动压型机械密封中密封环的摩擦副形状和制造技术尤其关键，它决定了密封能否可靠、长寿命运行。

发明内容：本发明的目的是提供一种使用寿命长、可靠性高的反应堆冷却剂泵流体动压机械密封密封环摩擦副。本发明的技术方案为：一种反应堆冷却剂泵流体动压机械密封密封环摩擦副，由静环滑动环（1）、静环缩紧环（2）、动环缩紧外环（3）、动环滑动环（4）和动环缩紧内环（5）组成，其中静环滑动环（1）与静环缩紧环（2）热装在一起构成了密封副的静止部分静环，动环缩紧外环（3）、动环滑动环（4）和动环缩紧内环（5）经过热装在一起构成密封副的旋转部分动环，其中动环缩紧外环（3）套装在动环滑动环（4）上，动环缩紧内环（5）的外侧面与动环滑动环（4）的内侧面为紧密配合，静环滑动环（1）的密封端面（6）上均匀地开有九个特殊的动压渐变弧形浅槽（7），动环滑动环（4）的密封端面为高精度平面，静环滑动环（1）由硬质合金制成，动环滑动环（4）采用石墨制成，密封环摩擦副端面都经过精细的研磨制成。

本发明的工作原理及技术优点是：

1.密封在工作工况下，图1中密封的内圆侧（低压区）与外圆侧（高压区）压差为5MPa，特殊工况下达到15MPa。当动环部件为旋转时与静环组件相对静止，动环组件和静环组件靠外部弹簧力紧贴在一起，防止介质从高压区往低压区流动。当动环组件旋转后动环组件和静环组件有相对运动，随之介质跟随动环进行流动，此时静环滑动环（1）密封端面（6）上有高精度的特殊渐变弧形浅槽（7）（图2）内介质体，根据流体动压原理，液体在渐变弧形浅槽内发生液体的离心、回流等混合效应，将动环和静环分离。在小间隙时密封液膜刚度会随着密封运行间隙的减小而急速增大，保证密封具有足够的开启力而不至于产生干摩擦，进而保证了密封的使用寿命。

2.在运行间隙超过一定范围时，特殊渐变弧形浅槽（7）能够使密封液膜刚度随运行间隙的增大而减小，保证与系统压力、弹簧力等使促密封面关闭的其它力之间的平衡，从而控制密封间隙的进一步扩大，进而控制密封泄漏量。

3.在高压启动工况下，通过静环滑动环（1）密封端面的特殊渐变弧形浅槽（7）和静环附属的其它静密封圈槽尺寸的配合，可以减小静环的静止时轴向载荷，从而改善密封在启停机时的性能，避免密封副的起停时的磨损，进而提高密封的使用寿命。

4.静环滑动环（1）和动环滑动环（4）的密封面经过研磨处理，具有极高的平面度和粗糙度，保证密封在小间隙运行时处于流体滑动状态，保证了密封的使用寿命。

5.通过在静环滑动环（1）和动环滑动环（4），静环缩紧环（2）、动环缩紧外环（3）、动环缩紧内环（5）可以增加密封副的刚度，减小密封副因系统压差产生的径向力引起的有害变形。

6.密封副的滑动面和背面都经过研磨，具有十分高的平面度和平行度，可以使密封副极好地贴合在刚性较好的附属密封支撑环上，从而进一步减小密封副运行时可能产生的有害变形。

附图说明：

图1为密封副剖视图

图2为静环滑动面视图

图3为静环开槽示意图

图4为静环滑动环槽型数据表

具体实施方式：

如图1所示的一种反应堆冷却剂泵流体动压机械密封密封环摩擦副，由静环滑动环1、静环缩紧环2、动环缩紧外环3、动环滑动环4和动环缩紧内环5组成，如图2所示，其中静环滑动环1与静环缩紧环2热装在一起构成了密封副的静止部分静环，动环缩紧外环3、动环滑动环4和动环缩紧内环5经过热装在一起构成密封副的旋转部分动环，其中动环缩紧外环3套装在动环滑动环4上，动环缩紧内环5的外侧面与动环滑动环4的内侧面为紧密配合。如图4所示,静环滑动环1的密封端面6上均匀地开有九个特殊的动压渐变弧形浅槽7，其形状是槽深h最深0.012mm，锥度θ最小最小0.0764°沿弧形渐变。动环滑动环4的密封端面为高精度平面，静环滑动环1由硬质合金制成，动环滑动环4采用石墨制成，密封环摩擦副端面都经过精细的研磨制成。