鈉冷快堆核主泵用雙端面流體動(dòng)靜壓機(jī)械密封的制作方法

本發(fā)明屬于密封技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有流體動(dòng)靜壓效應(yīng)的自泵送機(jī)械密封，適用于鈉冷快堆核主泵殼體與泵軸之間的密封。

背景技術(shù)：

核電正在世界范圍內(nèi)迎來(lái)新一輪的高速發(fā)展。從20世紀(jì)50年代末至60年代初，世界上建造第一批原型核電站以來(lái)，核電技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了第一代、第二代，目前正在向第三代乃至第四代邁進(jìn)。核電站反應(yīng)堆種類較多，可分為輕水堆(包括壓水堆和沸水堆)、重水堆、石墨氣冷堆和快中子增殖堆等。按熱力系統(tǒng)分，核電站有3種:單回路、雙回路和三回路系統(tǒng)。單回路系統(tǒng)中，工質(zhì)直接由反應(yīng)堆進(jìn)入汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)，如沸水堆和采用氦氣透平直接循環(huán)方式的高溫氣冷堆；雙回路系統(tǒng)中，反應(yīng)堆熱量由一回路經(jīng)蒸汽發(fā)生器傳給二回路工質(zhì)產(chǎn)生蒸汽，再推動(dòng)汽輪機(jī)做功，壓水堆和采用蒸汽透平循環(huán)方式的高溫氣冷堆屬于此類型；三回路系統(tǒng)則更復(fù)雜一些，主要堆型為快中子增殖堆。不論何種熱力系統(tǒng)及堆型，均需要冷卻劑將堆芯中核裂變產(chǎn)生的熱量帶出以冷卻堆芯并進(jìn)行后續(xù)發(fā)電過(guò)程，這一冷卻回路即為一回路系統(tǒng)，是核電站反應(yīng)堆的核心系統(tǒng)。

反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)的冷卻劑常常具有高溫、高壓、強(qiáng)放射性等特點(diǎn)，必需嚴(yán)格控制冷卻劑的泄漏。由于一回路循環(huán)系統(tǒng)中存在著泵/風(fēng)機(jī)/壓縮機(jī)/汽輪機(jī)/燃?xì)廨啓C(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，為解決其帶來(lái)的冷卻劑密封問(wèn)題，工程上通常有2種方案：一是采用軸封型設(shè)備，即高可靠性核級(jí)機(jī)械密封；二是將泵等設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)整體置于一回路壓力殼內(nèi)，這樣就將存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)密封轉(zhuǎn)化為零泄漏的靜密封，并使外部輔助系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，但這種方案將技術(shù)難點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了電機(jī)和軸承等設(shè)備或部件上。例如，對(duì)于壓水堆，冷卻劑泵(核主泵)電機(jī)必須采用屏蔽式或濕定子式，而主泵軸承則必須全部采用水潤(rùn)滑軸承；對(duì)于蒸汽透平循環(huán)的高溫氣冷堆，氦氣風(fēng)機(jī)主軸軸承需使用電磁軸承等無(wú)油式軸承。由于此類電機(jī)和軸承技術(shù)難度大、制造成本高，特別是大功率、大尺寸條件下，工作效率和可靠性的問(wèn)題較難解決，因此應(yīng)用了機(jī)械密封的一回路系統(tǒng)目前仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。

作為第四代反應(yīng)堆，快堆即快中子增殖堆，不用慢化劑，直接用裂變產(chǎn)生的快中子來(lái)引發(fā)核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，并能增殖核燃料、充分利用鈾資源、大大減少核廢料中長(zhǎng)壽命核素?？於牙鋮s劑需具有傳熱性能好、不會(huì)慢化中子的性質(zhì)，目前主要為液態(tài)金屬和氦氣。鈉冷快堆一回路系統(tǒng)由堆芯、主泵(一次鈉泵)、熱交換器、主管道和其他部分組成。與其他反應(yīng)堆一回路主循環(huán)泵的機(jī)械密封不同之處在于，鈉冷快堆核主泵機(jī)械密封的工況壓力低(571kPa)，溫度低(70℃)，有利于實(shí)現(xiàn)密封的實(shí)現(xiàn)。但由于鈉活性強(qiáng)，遇水或空氣會(huì)發(fā)生爆炸，因此鈉泵密封的可靠性要求高，設(shè)計(jì)需嚴(yán)格保證液態(tài)鈉的零泄漏，同時(shí)還要保證地震載荷作用下短時(shí)間可靠密封以便關(guān)堆和堆芯熱量的導(dǎo)出。

圖1為鈉冷快堆原型堆(PFBR)的一回路鈉泵簡(jiǎn)圖(王玉明，黃偉峰，李永健.核電站一回路用機(jī)械密封.摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2011,31(4)：408-416)。鈉泵外殼內(nèi)液態(tài)鈉的自由液面上部充滿氬氣，在距離鈉液面一定高度處設(shè)置機(jī)械密封。這種設(shè)計(jì)形式避免了密封與溫度高達(dá)400～500℃的液態(tài)鈉的直接接觸，消除了對(duì)材料、結(jié)構(gòu)等方面的諸多苛刻限制，使之可以使用常規(guī)的機(jī)械密封設(shè)計(jì)。

按照現(xiàn)有技術(shù)，鈉泵借鑒輕水堆(包括壓水堆和沸水堆)、重水堆、石墨氣冷堆的第3級(jí)密封，即采用潤(rùn)滑油阻塞的雙端面機(jī)械密封或氣體阻塞的干氣密封來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。對(duì)于采用潤(rùn)滑油阻塞的雙端面機(jī)械密封，通常保持阻塞潤(rùn)滑油壓力高于工質(zhì)氣體的壓力，以防止保護(hù)氬氣漏出至阻塞流體中，并在工質(zhì)氣體側(cè)機(jī)械密封下部的軸套上安裝甩油環(huán)，以保證壓力較高的阻塞潤(rùn)滑油漏入泵腔時(shí)能經(jīng)由甩油環(huán)和集液孔道流入集液桶而不污染鈉液。對(duì)于采用氣體阻塞的干氣密封，通常保持阻塞氣體壓力高于工質(zhì)氣體的壓力，以防止保護(hù)氬氣漏出至阻塞氣體中。

然而，采用氣體阻塞的干氣密封，工作時(shí)需要輔助系統(tǒng)提供結(jié)凈的阻塞氣體以維持干氣密封的非接觸運(yùn)行；同時(shí)，壓力高于工質(zhì)氣體的阻塞氣體，會(huì)通過(guò)密封端面間隙漏入泵腔，造成阻塞氣體損失和保護(hù)氬氣污染和壓力升高。特別是，在地震等非正常軸向載荷作用下密封端面瞬間脫開(kāi)后，大量潤(rùn)滑油漏入甩油環(huán)時(shí)，集液孔道來(lái)不及流過(guò)，就會(huì)沿氣道流入泵腔形成鈉液污染，嚴(yán)重威脅鈉冷快堆的安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種鈉冷快堆核主泵用雙端面流體動(dòng)靜壓自泵送機(jī)械密封，以解決現(xiàn)有鈉泵內(nèi)循環(huán)工質(zhì)的泄漏以及阻塞流體潤(rùn)滑油可能存在的漏入泵內(nèi)而污染工質(zhì)的問(wèn)題，保證快堆的安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種鈉冷快堆核主泵用雙端面流體動(dòng)靜壓機(jī)械密封，設(shè)置于鈉泵的殼體和泵軸2之間，由動(dòng)環(huán)10、動(dòng)環(huán)用O形圈9、靜環(huán)8、12、靜環(huán)用O形圈7、13、彈簧6、15、彈簧座5、14、密封外殼16、軸套1、軸套用O形圈17、限位器4、銷釘11和緊定螺釘3等組成，

動(dòng)環(huán)10及其兩側(cè)的靜環(huán)8、12、彈簧座5、14均穿套在軸套1上；動(dòng)環(huán)10與軸套1之間用O形圈9密封連接；動(dòng)環(huán)10上下兩端為動(dòng)環(huán)密封端面，每一動(dòng)環(huán)密封端面與1個(gè)靜環(huán)配合，靜環(huán)8、12的外圓面與密封外殼16之間用O形圈7、13密封連接；靜環(huán)的另一端面分別支撐有3個(gè)以上的彈簧，彈簧的另一端作用在彈簧座5、14上，彈簧座5、14連接于密封外殼，使動(dòng)環(huán)密封端面和靜環(huán)端面之間獲得一定的端面比壓；動(dòng)環(huán)10通過(guò)位于動(dòng)環(huán)下部的徑向封閉軸向開(kāi)口的銷孔與軸套上的銷釘11配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)環(huán)10周向定位，并保持銷釘11與銷孔底部接觸同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)環(huán)10的軸向定位；設(shè)置在軸套上的緊定螺釘3用于軸套1與泵軸2相對(duì)位置的固定；限位器4可拆卸地設(shè)置在密封外殼16或彈簧座5、14與軸套1之間，用于限定軸套1與密封外殼16或彈簧座5、14的軸向相對(duì)位置，以改變支撐兩個(gè)靜環(huán)的彈簧的彈力，使得動(dòng)環(huán)兩端的密封端面與兩個(gè)靜環(huán)之間的壓力相同；

靜環(huán)用O形圈7、13、動(dòng)環(huán)10、密封外殼16圍成外密封空間，外密封空間內(nèi)充入阻塞流體；

與靜環(huán)8、12配合的動(dòng)環(huán)密封端面分為槽區(qū)和密封壩37，槽區(qū)分布在端面的外側(cè)部分，密封壩37分布在端面的內(nèi)側(cè)部分；槽區(qū)開(kāi)設(shè)3組以上的后彎型流體型槽39，后彎型流體型槽39之間的密封端面構(gòu)成密封堰；動(dòng)環(huán)10上下兩端的動(dòng)環(huán)密封端面上的槽區(qū)和密封壩37以動(dòng)環(huán)中截面M-M對(duì)稱布置；

所述后彎型流體型槽39包括坡槽32和平槽33兩個(gè)部分，坡槽32處于動(dòng)環(huán)端面的大半徑部位，平槽33處于動(dòng)環(huán)端面的小半徑部位；

所述后彎型流體型槽39的出口位于動(dòng)環(huán)密封端面的外徑處，進(jìn)口31位于動(dòng)環(huán)3密封面的中部，所述后彎型流體型槽39的進(jìn)口31通過(guò)動(dòng)環(huán)10上的軸向徑向組合孔道30與外密封空間連通；

所述后彎型流體型槽39的兩側(cè)槽壁，一側(cè)為工作面34，另一側(cè)為非工作面35；

所述后彎型流體型槽39中的阻塞流體，在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，被后彎型流體型槽39的工作面加速成高速流體，在離心力作用下，沿非工作面35向動(dòng)環(huán)10外徑側(cè)流動(dòng)而泵送至外密封空間內(nèi)，并在后彎型流體型槽39的進(jìn)口31處形成低壓區(qū)，外密封空間內(nèi)的阻塞流體在壓差作用下通過(guò)動(dòng)環(huán)10上與外密封空間連通的軸向徑向組合孔道30流進(jìn)后彎型流體型槽39中，形成一次次自泵送循環(huán)；

所述被后彎型流體型槽39工作面34加速成高速的阻塞流體，在被泵出后彎型流體型槽39的過(guò)程中，隨著后彎型流體型槽39的流通截面積的逐漸增大，流速降低，壓力增大，形成分離動(dòng)環(huán)10和靜環(huán)8、12的開(kāi)啟力。

銷釘11與銷孔底部接觸實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)環(huán)10的軸向定位，這樣動(dòng)環(huán)的重量由銷釘支撐，動(dòng)環(huán)的重量不會(huì)傳遞到下部的靜環(huán)上，也保證支撐上部靜環(huán)的上部彈簧能有一定的壓縮量。如果無(wú)銷釘對(duì)動(dòng)環(huán)10的軸向定位，支撐下部靜環(huán)的下部彈簧需要承受2個(gè)靜環(huán)的重量和一個(gè)動(dòng)環(huán)的重量，動(dòng)環(huán)兩端的密封端面與兩個(gè)靜環(huán)之間的壓力不會(huì)相同。這一次次的自泵送循環(huán)過(guò)程，一方面，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械密封的自潤(rùn)滑；另一方面，外密封空間內(nèi)阻塞流體在密封面之間的不斷循環(huán)，把密封面之間的摩擦熱及時(shí)帶走，實(shí)現(xiàn)了密封的自沖洗；而離心力的作用，增加了流體流向動(dòng)環(huán)10密封面外側(cè)的動(dòng)力，降低了流體流向動(dòng)環(huán)10密封面內(nèi)側(cè)的泄漏率；特別是，離心力的作用，使得進(jìn)入后彎型流體型槽39中的含有固體顆粒的阻塞流體，能夠產(chǎn)生固體顆粒與基質(zhì)分離，其中密度大的固體顆粒獲得較大的離心力，隨流體被泵出重新送至外密封空間內(nèi)中，不進(jìn)入密封壩37區(qū)，避免了密封面之間的磨粒磨損。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，軸套用O形圈17、軸套1、下部的靜環(huán)12及靜環(huán)用O形圈13、動(dòng)環(huán)10、鈉泵的殼體、泵軸2圍成的工質(zhì)腔，工質(zhì)腔內(nèi)下部是高溫金屬鈉液，上部是保護(hù)氬氣；外密封空間內(nèi)阻塞流體也為氬氣，且阻塞流體的壓力不小于工質(zhì)腔內(nèi)氬氣的壓力。由于阻塞流體的壓力不小于工質(zhì)腔內(nèi)氬氣的壓力，所以工質(zhì)腔內(nèi)的氬氣不會(huì)通過(guò)靜環(huán)與動(dòng)環(huán)之間的密封端面泄漏而進(jìn)入外密封空間。即使是地震載荷作用下出現(xiàn)瞬間動(dòng)靜環(huán)脫開(kāi)，也只可能是阻塞流體通過(guò)靜環(huán)與動(dòng)環(huán)之間的密封端面泄漏而進(jìn)入工質(zhì)腔內(nèi)，但由于阻塞流體與工質(zhì)腔內(nèi)上部介質(zhì)相同，所以即使阻塞流體進(jìn)入工質(zhì)腔也不會(huì)對(duì)核主泵的工作造成影響。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，支撐兩個(gè)靜環(huán)的彈簧數(shù)量、結(jié)構(gòu)相同，彈簧剛度為K；兩個(gè)靜環(huán)結(jié)構(gòu)相同，重量為GJ；支撐位于動(dòng)環(huán)下部靜環(huán)的彈簧的壓縮長(zhǎng)度△x2與支撐位于動(dòng)環(huán)上部靜環(huán)的彈簧的壓縮長(zhǎng)度△x1滿足：△x2-△x1＝2GJ/K，以使得動(dòng)環(huán)兩端的密封端面與兩個(gè)靜環(huán)之間的壓力相同。

本技術(shù)所述的雙端面流體動(dòng)靜壓機(jī)械密封在工作時(shí)，軸套通過(guò)緊定螺釘3在泵軸2上固定，動(dòng)環(huán)通過(guò)銷釘11實(shí)現(xiàn)在軸套上的軸向和周向定位，因此動(dòng)環(huán)相對(duì)于泵軸2的位置是固定的。

由于動(dòng)環(huán)上部的靜環(huán)其重力拉伸其彈簧，而動(dòng)環(huán)下部的靜環(huán)其重力壓縮其彈簧，導(dǎo)致相同彈簧壓縮量下上下靜環(huán)對(duì)動(dòng)環(huán)密封端面的壓力不同，引起工作過(guò)程中2個(gè)密封副(動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的接觸面)的磨損量不同，導(dǎo)致雙端面密封壽命縮短，因此需要調(diào)節(jié)支撐上下兩個(gè)靜環(huán)的上下彈簧的彈力(或者壓縮長(zhǎng)度)。

對(duì)于動(dòng)環(huán)來(lái)說(shuō)，受到上部靜環(huán)對(duì)其壓力Y1，下部靜環(huán)對(duì)其壓力Y2，自身的重力GD，銷釘對(duì)其的支撐力ZD；Y1+GD＝Y(jié)2+ZD。如果，上部靜環(huán)對(duì)動(dòng)環(huán)的壓力Y1等于下部靜環(huán)對(duì)動(dòng)環(huán)的壓力Y2，則銷釘對(duì)動(dòng)環(huán)的支撐力ZD應(yīng)該等于動(dòng)環(huán)的重力GD。

對(duì)于上部的靜環(huán)來(lái)說(shuō)，Y1＝K△x1+GJ；對(duì)于下部的靜環(huán)來(lái)說(shuō)，K△x1＝Y(jié)2+GJ。若Y1＝Y(jié)2，即K△x1+GJ＝K△x2-GJ，則△x2-△x1＝2GJ/K。

所述后彎型流體型槽39的兩側(cè)槽壁型線均為螺旋線。

所述后彎型流體型槽39的兩側(cè)槽壁型線的螺旋線具有相同的螺旋角。

所述后彎型流體型槽39的兩側(cè)槽壁型線的螺旋線的螺旋角不等，工作面34的螺旋角小于非工作面35的螺旋角。

所述后彎型流體型槽39的兩側(cè)槽壁型線的螺旋線與進(jìn)口31圓孔相切。

所述動(dòng)環(huán)10上的軸向徑向組合孔道30與動(dòng)環(huán)10外圓面的連接處的橫截面為楔狀開(kāi)口。上面所述的雙端面流體動(dòng)靜壓機(jī)械密封，所述后彎型流體型槽39的進(jìn)口31通過(guò)動(dòng)環(huán)10上的軸向徑向組合孔道30與外密封空間連通；在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，外密封空間內(nèi)的阻塞流體在壓差作用下通過(guò)動(dòng)環(huán)10上與外密封空間連通的軸向徑向組合孔道30流進(jìn)后彎型流體型槽39中，形成一次次自泵送循環(huán)。

作為本發(fā)明的另一技術(shù)方案，所述后彎型流體型槽39的進(jìn)口31與設(shè)置在動(dòng)環(huán)10或靜環(huán)8、12密封面中部的圓形環(huán)槽36連通，所述圓形環(huán)槽36通過(guò)位于動(dòng)環(huán)或靜環(huán)上的與外密封空間連通；在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，外密封空間內(nèi)的阻塞流體在壓差作用下通過(guò)靜環(huán)上與外密封空間連通的軸向徑向組合孔道30、圓形環(huán)槽36流進(jìn)后彎型流體型槽39中，形成一次次自泵送循環(huán)。

所述圓形環(huán)槽36具有收集自潤(rùn)滑、自沖洗介質(zhì)和防止泵送介質(zhì)不均勻以及后彎型流體型槽39進(jìn)口31處的流體補(bǔ)充不及時(shí)出現(xiàn)空化的作用。

動(dòng)環(huán)10上下兩端的動(dòng)環(huán)密封端面上的槽區(qū)和密封壩37以動(dòng)環(huán)中截面M-M對(duì)稱布置，也保證了2個(gè)密封副(動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的接觸面)結(jié)構(gòu)相同，使得兩個(gè)密封副的磨損量相同，延長(zhǎng)使用壽命。動(dòng)環(huán)中截面M-M是指垂直于動(dòng)環(huán)軸線的、將動(dòng)環(huán)在軸向方向上把動(dòng)環(huán)等分的橫截面。

本發(fā)明的有益效果。

本發(fā)明所述的一種自泵送流體動(dòng)壓型機(jī)械密封，具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①具有優(yōu)越的密封性能，實(shí)現(xiàn)了零泄漏，適用于鈉冷快堆核主泵用密封。動(dòng)環(huán)用O形圈9、靜環(huán)用O形圈7、13、軸套用O形圈17防止了工質(zhì)腔內(nèi)的氬氣的泄漏；由于阻塞流體壓力不小于工質(zhì)腔內(nèi)氬氣的壓力，加上阻塞流體一次次的自泵送循環(huán)，有效阻止了工質(zhì)腔內(nèi)的氬氣從動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間的密封端面處的泄漏。

②動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，不同質(zhì)量粒子產(chǎn)生不同的離心力，使得本發(fā)明的機(jī)械密封具有自動(dòng)清除固體顆粒功能，能避免密封壩的磨粒磨損，從而不需要提供額外的過(guò)濾輔助系統(tǒng)。

③使用范圍寬，既可用作氣體密封，又可用作液體密封。

④獨(dú)特的自潤(rùn)滑、自冷卻沖洗功能，保證了密封工作的穩(wěn)定性和耐久性。

⑤在靜止?fàn)顟B(tài)下阻塞流體直接注入動(dòng)靜環(huán)密封面之間，消除了動(dòng)靜環(huán)密封面之間啟動(dòng)瞬間的固體摩擦，并在啟動(dòng)瞬間迅速形成流體膜。

⑥集裝式結(jié)構(gòu)，裝配快捷方便。由于本發(fā)明具有可以拆卸的限位器4，所以可以在安裝使用之前把產(chǎn)品(密封外殼16、動(dòng)環(huán)10、靜環(huán)8、12、彈簧座5、14、軸套1、銷釘11、緊定螺釘3等)組裝成型，形成一個(gè)“集裝式”的機(jī)械密封。安裝時(shí)，把其一并穿套在泵軸上，將下部的彈簧座15與鈉泵的殼體固定，再將緊定螺釘3擰在泵軸上，再拆下限位器4即可。

附圖說(shuō)明

圖1為鈉冷快堆原型堆(PFBR)的一回路鈉泵簡(jiǎn)圖。

圖2為動(dòng)環(huán)開(kāi)設(shè)后彎型流體型槽和軸向徑向組合孔道的自泵送流體動(dòng)壓型機(jī)械密封安裝前的軸截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為動(dòng)環(huán)開(kāi)設(shè)后彎型流體型槽和軸向徑向組合孔道的自泵送流體動(dòng)壓型機(jī)械密封安裝后的軸截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為動(dòng)環(huán)開(kāi)設(shè)后彎型流體型槽、靜環(huán)開(kāi)設(shè)軸向徑向組合孔道的自泵送流體動(dòng)壓型機(jī)械密封安裝前的軸截面結(jié)構(gòu)示意圖。(圓形環(huán)槽可開(kāi)在動(dòng)環(huán)上，也可開(kāi)在靜環(huán)上)

圖5為動(dòng)環(huán)開(kāi)設(shè)后彎型流體型槽、靜環(huán)開(kāi)設(shè)軸向徑向組合孔道的自泵送流體動(dòng)壓型機(jī)械密封安裝后的軸截面結(jié)構(gòu)示意圖。(圓形環(huán)槽可開(kāi)在動(dòng)環(huán)上，也可開(kāi)在靜環(huán)上)

圖6為開(kāi)設(shè)后彎型流體型槽和軸向徑向組合孔道的動(dòng)環(huán)端面示意圖。

圖7為開(kāi)設(shè)后彎型流體型槽和圓形環(huán)槽的動(dòng)環(huán)端面示意圖。

圖8為與圖7相配合的、開(kāi)有軸向徑向組合孔道的靜環(huán)端面示意圖。

圖9為開(kāi)設(shè)后彎型流體型槽的動(dòng)環(huán)端面示意圖。

圖10為與圖9相配合的開(kāi)設(shè)圓形環(huán)槽和軸向徑向組合孔道的靜環(huán)端面示意圖。

其中，

R1—?jiǎng)迎h(huán)和靜環(huán)之間相互貼合的密封端面的內(nèi)半徑；

R2—?jiǎng)迎h(huán)和靜環(huán)之間相互貼合的密封端面的外半徑；

Rp—型槽臺(tái)階半徑

Ro—型槽進(jìn)口孔位置半徑

Rk—型槽進(jìn)口孔半徑

R3—型槽進(jìn)口環(huán)槽內(nèi)半徑

R4—型槽進(jìn)口環(huán)槽外半徑

G—流體型槽的泵汲方向

w—?jiǎng)迎h(huán)的旋向

軸套1、泵軸2、緊定螺釘3、限位器4、彈簧座5、彈簧6、靜環(huán)用O形圈7、靜環(huán)8、動(dòng)環(huán)用O形圈9、動(dòng)環(huán)10、銷釘11、靜環(huán)12、靜環(huán)用O形圈13、彈簧座14、彈簧15、密封外殼16、軸套用O形圈17、軸向徑向組合孔道30、進(jìn)口31、坡槽32、平槽33、工作面34、非工作面35、圓形環(huán)槽36、密封壩37、后彎型流體型槽39、機(jī)械密封40、止推軸承41、泵軸42、導(dǎo)向軸承43、葉輪44、動(dòng)環(huán)中截面M-M。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和三個(gè)實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

先對(duì)三個(gè)實(shí)施例的相同的構(gòu)造進(jìn)行說(shuō)明。

參見(jiàn)圖2、3或者圖4、5，這三個(gè)實(shí)施例均為鈉冷快堆核主泵用雙端面流體動(dòng)靜壓機(jī)械密封，由動(dòng)環(huán)10、動(dòng)環(huán)用O形圈9、靜環(huán)8、12、靜環(huán)用O形圈7、13、彈簧6、15、彈簧座5、14、密封外殼16、軸套1、軸套用O形圈17、限位器4、銷釘11和緊定螺釘3等組成。

具體地說(shuō)，動(dòng)環(huán)10及其兩端的靜環(huán)8、12、彈簧座5、14均穿套在軸套1上；動(dòng)環(huán)10與軸套1之間用O形圈9密封連接；動(dòng)環(huán)10上下兩端為動(dòng)環(huán)密封端面，每一動(dòng)環(huán)密封端面與1個(gè)靜環(huán)配合，靜環(huán)8、12的外圓面與密封外殼16之間用O形圈7、13密封連接；靜環(huán)的另一端面分別支撐有3個(gè)以上的彈簧，彈簧的另一端作用在彈簧座5、14上，彈簧座5、14通過(guò)螺栓固定連接在密封外殼的上下部，使動(dòng)環(huán)密封端面和靜環(huán)端面之間獲得一定的端面比壓；動(dòng)環(huán)10通過(guò)位于動(dòng)環(huán)下部的徑向封閉軸向開(kāi)口的銷孔與軸套上的銷釘11配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)環(huán)10周向定位，并保持銷釘11與銷孔底部接觸同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)環(huán)10的軸向定位；緊定螺釘3設(shè)置在軸套上。

兩個(gè)靜環(huán)結(jié)構(gòu)相同，重量均為GJ。支撐位于動(dòng)環(huán)下部靜環(huán)的彈簧15與支撐位于動(dòng)環(huán)上部靜環(huán)的彈簧6的數(shù)量相同，剛度均為K，且它們均布在靜環(huán)的周向方向上。

限位器4為兩個(gè)半圓形的限位半環(huán)組成的剖分式限位環(huán)，限位環(huán)通過(guò)螺釘可拆卸地連接上部的彈簧座5的上表面，限位環(huán)的內(nèi)側(cè)伸入在軸套1上所開(kāi)的限位槽內(nèi)，使得軸套1與密封外殼16、彈簧座5、14的在軸向保持在某個(gè)位置。在該位置時(shí)，彈簧15的壓縮長(zhǎng)度△x2與支撐位于動(dòng)環(huán)上部靜環(huán)的彈簧6的壓縮長(zhǎng)度△x1滿足：△x2-△x1＝2GJ/K，這樣動(dòng)環(huán)兩端的密封端面與兩個(gè)靜環(huán)之間的壓力相同。

靜環(huán)用O形圈7、13、動(dòng)環(huán)10、密封外殼16圍成外密封空間，外密封空間內(nèi)充入作為阻塞流體的氬氣。

參見(jiàn)圖6、7、9，與靜環(huán)8、12配合的動(dòng)環(huán)密封端面分為槽區(qū)和密封壩37，槽區(qū)分布在端面的外側(cè)部分，密封壩37分布在端面的內(nèi)側(cè)部分；槽區(qū)開(kāi)設(shè)3組以上的后彎型流體型槽39，后彎型流體型槽39之間的密封端面構(gòu)成密封堰；動(dòng)環(huán)10上下兩端的動(dòng)環(huán)密封端面上的槽區(qū)和密封壩37以垂直于動(dòng)環(huán)軸線、經(jīng)過(guò)動(dòng)環(huán)中間位置的動(dòng)環(huán)中截面M-M對(duì)稱布置。

所述后彎型流體型槽39包括坡槽32和平槽33兩個(gè)部分，坡槽32處于動(dòng)環(huán)端面的大半徑部位，平槽33處于動(dòng)環(huán)端面的小半徑部位；

所述后彎型流體型槽39的出口位于動(dòng)環(huán)密封端面的外徑處，進(jìn)口31位于動(dòng)環(huán)3密封面的中部，所述后彎型流體型槽39的進(jìn)口31通過(guò)動(dòng)環(huán)10上的軸向徑向組合孔道30與外密封空間連通；

所述后彎型流體型槽39的兩側(cè)槽壁，一側(cè)為工作面34，另一側(cè)為非工作面35；

所述后彎型流體型槽39中的阻塞流體，在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，被后彎型流體型槽39的工作面加速成高速流體，在離心力作用下，沿非工作面35向動(dòng)環(huán)10外徑側(cè)流動(dòng)而泵送至外密封空間內(nèi)，并在后彎型流體型槽39的進(jìn)口31處形成低壓區(qū)，外密封空間內(nèi)的阻塞流體在壓差作用下通過(guò)動(dòng)環(huán)10或靜環(huán)8、12上與外密封空間連通的軸向徑向組合孔道30等流道流進(jìn)后彎型流體型槽39中，形成一次次自泵送循環(huán)；

所述被后彎型流體型槽39工作面34加速成高速的阻塞流體，在被泵出后彎型流體型槽39的過(guò)程中，隨著后彎型流體型槽39的流通截面積的逐漸增大，流速降低，壓力增大，形成分離動(dòng)環(huán)10和靜環(huán)8、12的開(kāi)啟力。

上述鈉冷快堆核主泵用雙端面流體動(dòng)靜壓機(jī)械密封，是集裝式機(jī)械密封，可以在工廠組裝后到現(xiàn)場(chǎng)快捷安裝。安裝時(shí)，把軸套1穿套在鈉泵的泵軸2上，將下部的彈簧座15與鈉泵的殼體密封固定，再將緊定螺釘3擰在泵軸上。此時(shí)，軸套、彈簧座15(包括密封外殼16、彈簧座4等)的位置均被固定，所以然后再拆下限位器4，并不會(huì)改變軸套與彈簧座的相對(duì)位置，保證了彈簧15的壓縮長(zhǎng)度△x2與彈簧6的壓縮長(zhǎng)度△x1處于出廠時(shí)的設(shè)定長(zhǎng)度，使得工作中的動(dòng)環(huán)兩端的密封端面與兩個(gè)靜環(huán)之間的壓力相同，延長(zhǎng)了使用壽命。

使用時(shí)，軸套用O形圈17、軸套1、下部的靜環(huán)12及靜環(huán)用O形圈13、動(dòng)環(huán)10、鈉泵的殼體、泵軸2圍成工質(zhì)腔，工質(zhì)腔內(nèi)下部是高溫金屬鈉液，上部是保護(hù)氬氣；外密封空間內(nèi)的氬氣的壓力不小于工質(zhì)腔內(nèi)氬氣的壓力。由于阻塞流體的壓力不小于工質(zhì)腔內(nèi)氬氣的壓力，所以工質(zhì)腔內(nèi)的氬氣不會(huì)通過(guò)靜環(huán)與動(dòng)環(huán)之間的密封端面泄漏而進(jìn)入外密封空間。即使是地震載荷作用下出現(xiàn)瞬間動(dòng)靜環(huán)脫開(kāi)，也只可能是阻塞流體通過(guò)靜環(huán)與動(dòng)環(huán)之間的密封端面泄漏而進(jìn)入工質(zhì)腔內(nèi)，但由于阻塞流體與工質(zhì)腔內(nèi)上部介質(zhì)相同，所以即使阻塞流體進(jìn)入工質(zhì)腔也不會(huì)對(duì)核主泵的工作造成影響。

下面再對(duì)各實(shí)施例的不同的構(gòu)造分別進(jìn)行說(shuō)明。

三個(gè)實(shí)施例的主要不同點(diǎn)在于：軸向徑向組合孔道30是開(kāi)在動(dòng)環(huán)還是在靜環(huán)上，是否具有圓形環(huán)槽，圓形環(huán)槽是開(kāi)在動(dòng)環(huán)還是在靜環(huán)上。下面分別說(shuō)明。

實(shí)施例1：動(dòng)環(huán)上開(kāi)有軸向徑向組合孔道的鈉冷快堆核主泵用雙端面流體動(dòng)靜壓機(jī)械密封

參見(jiàn)圖2、3、6所示，位于動(dòng)環(huán)上下兩端的后彎型流體型槽39的進(jìn)口31均通過(guò)開(kāi)在動(dòng)環(huán)10上的軸向徑向組合孔道30與外密封空間連通。在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，外密封空間內(nèi)的阻塞流體如氬氣在壓差作用下通過(guò)動(dòng)環(huán)10上的軸向徑向組合孔道30流進(jìn)后彎型流體型槽39中，形成一次次自泵送循環(huán)。

實(shí)施例2：動(dòng)環(huán)上圓形環(huán)槽、靜環(huán)上開(kāi)有軸向徑向組合孔道的鈉冷快堆核主泵用雙端面流體動(dòng)靜壓機(jī)械密封

參見(jiàn)圖4、5、7、8所示，動(dòng)環(huán)上后彎型流體型槽39的進(jìn)口31與設(shè)置在動(dòng)環(huán)10密封面中部的圓形環(huán)槽36連通。開(kāi)在靜環(huán)上軸向徑向組合孔道30的一端與外密封空間連通，另一端與所述圓形環(huán)槽36在軸向相對(duì)。

在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，外密封空間內(nèi)的阻塞流體如氬氣在壓差作用下通過(guò)靜環(huán)上的軸向徑向組合孔道30、動(dòng)環(huán)上的圓形環(huán)槽36流進(jìn)后彎型流體型槽39中，形成一次次自泵送循環(huán)。

實(shí)施例3：靜環(huán)上開(kāi)有圓形環(huán)槽和軸向徑向組合孔道的鈉冷快堆核主泵用雙端面流體動(dòng)靜壓機(jī)械密封

參見(jiàn)圖9、10所示(參考圖4、5)，動(dòng)環(huán)上后彎型流體型槽39的進(jìn)口31與開(kāi)在靜環(huán)密封面中部的圓形環(huán)槽36連通，所述圓形環(huán)槽36通過(guò)開(kāi)在靜環(huán)上的軸向徑向組合孔道30與外密封空間相通。在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，外密封空間內(nèi)的阻塞流體如氬氣在壓差作用下通過(guò)靜環(huán)上的軸向徑向組合孔道30、靜環(huán)上的圓形環(huán)槽36流進(jìn)后彎型流體型槽39中，形成一次次自泵送循環(huán)。