一种快堆用冷却剂循环泵检修密封结构

何小冬 张杰

摘 要：随着快堆的高速研究发展，液态重金属冷却剂循环泵的研究也随之进入重点研究试制试验阶段，作为泵的重要组成部分检修密封的结构亦十分重要。

关键词：快堆；检修密封；结构

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

1 前言

快堆是裂变反应堆，对铀资源利用提高到60%～70%，选择液态金属（Na或Pa、LBE合金）作为冷却剂才能保证有效传热。是未来核电站主要堆型。

冷却剂循环泵是快堆的关键设备之一，用来实现一、二回路液态金属冷却剂的循环。泵采用离心、立式、单级、自由液位形式。主要由单吸叶轮、空间导叶、下部径向轴承、空心轴、泵盖、筒体、热屏部件、检修密封、双端面机械密封、上部径向推力轴承、支撑座、驱动电机等构成。

2 检修密封功能

泵筒体上部设有气腔，隔绝下部液态金属不与上面部件。上部采用油液封的双端面机械密封将泵气腔与外界隔离。检修密封位于机械密封下面。用于泵机械密封更换和维修时保证泵气腔与外界的密封性。在检修密封的壳体中布置有制动器装置，以在安装和拆卸上部机械密封及轴承组件前支撑主轴，这能显著减少轴承的维护工作量。

泵正常工作运行时，检修密封处于非工作状态。此时检修密封壳体内气体压力与泵气腔内压力相同，气体主要是惰性气体（氩气）。当泵停机更换轴封时，拆除上部推力径向轴承前，旋转检修密封壳体中的工艺支撑螺母，使工艺支撑扇形块与轴间接触，支撑整个转子的重量和保持转子的平衡。检修密封下部氩气管道通入氩气，在升力机构产生的向上的力，推动密封垫与转子上的密封压盖接触，达到泵内气腔与外界环境隔绝的作用。

3 检修密封结构

检修密封由工艺支撑机构、波纹管密封部件以及充气部件组成。检修密封结构主要有十多个零部件组成，检修密封外部连接通过法兰止口定位，垫密封，通过螺栓把合与泵的其他部件组合在一起。基座上有两个接头，一个接头与检修密封充气管路连接，另外一个接头是将检修密封上方的泵机械密封泄漏的油液排出的接口。壳体上部接头连接氩气管路，吹扫污染气体。

4个对称布置的制动器在检修密封壳体上，扇形制动器块通过支撑杆的轴向移动作用在轴肩上，用于在安装和拆卸上部机械密封及轴承组件时对轴进行支撑限位。在制动器与壳体间有制动器波纹管保证检修密封内部腔与外界隔绝。

圆周均布的工作波纹管下部孔与基座内环形腔相通，通过外部充入的氩气，提供波纹管轴向的升力。带动上部连接的法兰、密封环以及波纹管向上移动，密封环与轴套接触，在压力作用下产生变形达到密封的效果，波纹管同时密封轴与波纹管间的环隙。工作波纹管冲入一定压力密封气体后波纹管、密封环、轴套与轴形成一个闭合密封腔实现泵内气腔与外界隔绝密封。工作波纹管气腔泄压后，密封解除，借助基座上布置的弹簧的作用回复原始状态。

同时上部机械密封油泄漏时会经轴套流至基座上，经基座上沟槽收集通过泄漏油排出接口排至储存容器。

4 试验验证

根据检修密封作用：

（1）维持泵气腔与外界的密封；

（2）检修密封工作时泄漏率： ≤1×10-6 Pa·m?·s-1。

针对其功能，同时验证检修密封的设计，进行整体气密性试验及泄漏率检测试验。

气密性试验采用直接加压，侵入液体的方法，使泄漏气体通过液体时形成气泡，从而检出加压部件的气密性及泄漏部位。将检修密封整体侵入溶液中，外接气源向检修密封内充气，观察检修密封外部是否有气泡产生，并保持冲入压力三十分钟。

泄漏率试验采用示踪探头技术：探测出一些微小开口的较高压力一侧，流经抽空的密封体或者分割两个压力不同區域隔板的氦气流，并确定泄漏的位置。试验装置如下图所示：

试验结果：

（1）气密性试验结果：充气腔单独充气压1.25MPa，保持30 min，无变形漏气现象；壳体腔充气0.625MPa，保持30 min，无气泡产生；密封腔充气压0.22MPa，充气腔0.8MPa，保持30 min，无气泡产生。

（2）泄漏性试验结果：充气腔充氦气0.8MPa，壳体腔真空度23Pa，总体泄漏率：<1.0×10-9 Pa.m?/s；充气腔充氦气0.8MPa，密封腔充氦气0.16MPa，壳体腔真空度13Pa持续30 min，泄漏率：<1.0×10-6 Pa.m?/s。

试验过程中试验装置无异常现象，试验完成后对试验装置进行解体检查，密封垫、波纹管、密封圈等关键部件状态良好，密封面均无明显磨痕。说明试验装置试验期间工作稳定，性能良好。

5 结论

通过试验验证检修密封的设计是合理的，能够满足用户要求，可以实现泵在更换或检修机械密封、上部轴承期间维持泵内气腔与外部介质间的密封。这种具有气压密封的重要优点是动作迅速，并且这种类似结构在其他泵中有过很多运行经验，验证了它们的可靠性。

参考文献：

[1]徐銤.快堆热工流体力学[M].北京：中国原子能出版传媒有限公司，2011.

[2]徐銤.快堆主热传输系统及辅助系统[M].北京：中国原子能出版社，2011.