專利名稱：一種保壓檢修密封實驗臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于保壓系統(tǒng)領域，特別涉及一種保壓檢修密封實驗臺。
背景技術：
高溫氣冷堆是第四代核反應堆的一種，它采用氦氣作為冷卻劑，堆芯出口溫度高達850 1000攝氏度。它具有熱效率高、燃耗轉換比高，本質(zhì)安全等優(yōu)點，是我國重點發(fā)展的第四代先進核能系統(tǒng)技術之一。高溫氣冷堆一回路系統(tǒng)中，用于驅動冷卻劑在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動的風機稱為主風機。主風機是氣冷堆的“心臟”部件，是保障核電運轉安全，控制冷卻介質(zhì)循環(huán)的關鍵部件。高溫氣冷堆主風機由蝸殼、葉輪、驅動電機、支撐系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和風機殼體組成。 由于主風機驅動的冷卻介質(zhì)(氦氣)帶有輻射性，因此為了避免帶有放射性的氦氣泄漏，主風機中要實施對帶放射性的氦氣的密封。目前，主風機主要有兩種結構一種是軸封式結構——即在葉輪和電機之間安裝軸封系統(tǒng)，另一種是屏蔽電機結構——將驅動電機置于密封金屬筒體內(nèi)，使之被屏蔽套屏蔽起來。高溫氣冷堆核電站的一回路冷卻劑循環(huán)風機在采用機械密封作為軸封的時候，檢修時面臨泄壓的需求。氣冷堆的工作壓力約為常壓的數(shù)60-70倍，一旦泄壓，氣體體積將膨脹為工作時體積的60-70倍，如此大量的帶有放射性的氣體儲藏困難。如果通過排放到大氣泄壓，一方面會導致昂貴的工作氣體(氦氣)大量流失浪費；另一方面排放前必須進行嚴格凈化，致使運營成本大幅提高。如果通過加壓儲存方式泄壓，則需要較長時間，同時，也需要建造一個和核反應堆類似容積的儲氣裝置，在重新啟動氣冷堆時，還要再逐步加壓，整個過程耗時長、難度大，泄壓檢修帶來的經(jīng)濟損失嚴重。為此發(fā)明了高溫氣冷堆主風機的保壓檢修密封裝置，在檢修更換主風機軸封時， 反應堆內(nèi)的壓力不降低。保壓檢修密封的專利申請?zhí)枮镃N201010168182. 5，為檢驗保壓檢修密封裝置的工作性能，開發(fā)了保壓檢修密封等比實驗臺。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種保壓檢修密封實驗臺，能在模擬實際工況下，檢驗保壓檢修密封功能和關鍵零部件的可行性及可靠性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種保壓檢修密封實驗臺，包括由冷卻水套5、環(huán)狀的中間本體13和盆狀的下本體14依次扣合組成的實驗臺本體15，扣合后形成與保壓檢修密封裝置配合的封閉內(nèi)腔3， 冷卻水套5和中間本體13相接處對應保壓檢修密封裝置的一級檢修密封，中間本體13和下本體14相接處對應保壓檢修密封裝置的二級檢修密封，冷卻水套5和中間本體13通過雙頭螺柱12連接，還包括冷卻水系統(tǒng)16，包括冷卻水套5以及為冷卻水套5供水的供水系統(tǒng)，冷卻水套5上有冷卻水入口 10、冷卻水出口 6以及內(nèi)部流道11，冷卻水入口 10的一端與供水系統(tǒng)相連通，冷卻水入口 10的另一端與內(nèi)部流道11的一端相連通，內(nèi)部流道11的另一端與冷卻水出口 6相連通；

高壓氣源系統(tǒng)17，分別通過第一進氣口 7和第二進氣口 9為內(nèi)腔3內(nèi)部的活塞1 提供高壓空氣，高壓氣源系統(tǒng)17還通過第三進氣口 4與內(nèi)腔3連通，第一進氣口 7和第二進氣口 9位于冷卻水套5上，第三進氣口 4位于下本體14上，冷卻水套5頂端開有測量泄漏量的漏氣通道口 8;加熱系統(tǒng)18，位于下本體14底部；溫度測量系統(tǒng)19，由多個位于內(nèi)腔3中的溫度傳感器組成，溫度傳感器的分布至少應該覆蓋第三進氣口 4、內(nèi)腔3內(nèi)部與二級檢修密封等水平位置、內(nèi)腔3內(nèi)部與一級檢修密封等水平位置、以及內(nèi)腔3內(nèi)部保壓檢修密封裝置頂端等水平位置，用來檢測保壓檢修密封裝置主軸溫度分布及冷卻水套5用橡膠密封周圍的溫度；螺栓拉力測量系統(tǒng)20，由螺栓拉伸器21、應變片22以及靜態(tài)應變儀組成，其中螺栓拉伸器21設置于雙頭螺柱12頭部，應變片22設置于雙頭螺柱12在冷卻水套5內(nèi)部的光桿部分上。第一進氣口 7和第二進氣口 9為豎直孔，第三進氣口 4為水平孔。所述冷卻水入口 10處設置水流量計，冷卻水入口 10和冷卻水出口 6處都設置溫度傳感器，所述漏氣通道口 8處設置氣體流量計。所述高壓氣源系統(tǒng)17分為并聯(lián)的檢修密封氣支路23和工作密封氣支路24，檢修密封氣支路23連接第一進氣口 7和第二進氣口 9，工作密封氣支路24連接第三進氣口 4。所述檢修密封氣支路23的氣壓為18MPa，所述工作密封氣支路24的氣壓在4 7MPa，檢修密封氣支路23和工作密封氣支路24都帶有調(diào)節(jié)閥和截止閥。保壓檢修密封裝置通過彈簧支撐安裝在內(nèi)腔3中。本發(fā)明采用了最小的成本驗證保壓檢修密封系統(tǒng)的性能及其可靠性，還可以用于其他場合的檢修密封裝置的等比性能試驗。


圖1為本發(fā)明結構示意圖。圖2為實驗臺本體結構示意圖。圖3為雙頭螺柱布置圖。圖4為螺栓拉伸器與應變片安裝位置示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明為一種保壓檢修密封實驗臺，包括用來裝載保壓檢修密封裝置的實驗臺本體15，為實驗臺本體15提供檢修試驗冷卻環(huán)境的冷卻水系統(tǒng)16，為試驗提供檢修氣和工作氣的高壓氣源系統(tǒng)17，為試驗提供加熱的加熱系統(tǒng)18，用來檢測保壓檢修密封裝置主軸溫度分布及冷卻水套5用橡膠密封周圍溫度的溫度測量系統(tǒng)19，以及用來測試高壓狀態(tài)下一級檢修密封壓蓋螺栓拆卸的螺栓拉力測量系統(tǒng)20。
其中，冷卻水系統(tǒng)16，包括冷卻水套5以及為冷卻水套5供水的供水系統(tǒng)，冷卻水套5 上有冷卻水入口 10、冷卻水出口 6以及內(nèi)部流道11，冷卻水入口 10的一端與供水系統(tǒng)相連通，冷卻水入口 10的另一端與內(nèi)部流道11的一端相連通，內(nèi)部流道11的另一端與冷卻水出口 6相連通；高壓氣源系統(tǒng)17，分為并聯(lián)的檢修密封氣支路23和工作密封氣支路24，檢修密封氣支路23連接第一進氣口 7和第二進氣口 9，為內(nèi)腔3內(nèi)部的活塞1提供高壓空氣，工作密封氣支路24通過第三進氣口 4與內(nèi)腔3連通，第一進氣口 7和第二進氣口 9位于冷卻水套 5上，第三進氣口 4位于下本體14上，冷卻水套5頂端開有測量泄漏量的漏氣通道口 8，所述檢修密封氣支路23的氣壓為18MPa，所述工作密封氣支路24的氣壓在7Mpa，檢修密封氣支路23和工作密封氣支路24都帶有調(diào)節(jié)閥和截止閥；加熱系統(tǒng)18，位于下本體14底部；溫度測量系統(tǒng)19，由多個位于內(nèi)腔3中的溫度傳感器組成，溫度傳感器的分布至少應該覆蓋第三進氣口 4、內(nèi)腔3內(nèi)部與二級檢修密封等水平位置、內(nèi)腔3內(nèi)部與一級檢修密封等水平位置、以及內(nèi)腔3內(nèi)部保壓檢修密封裝置頂端等水平位置，用來檢測保壓檢修密封裝置主軸溫度分布及冷卻水套5用橡膠密封周圍的溫度；螺栓拉力測量系統(tǒng)20，由螺栓拉伸器21、應變片22以及靜態(tài)應變儀組成，其中螺栓拉伸器21設置于雙頭螺柱12頭部，應變片22設置于雙頭螺柱12在冷卻水套5內(nèi)部的光桿部分上。如圖2所示，為實驗臺本體結構示意圖，包括由冷卻水套5、環(huán)狀的中間本體13和盆狀的下本體14依次扣合組成的實驗臺本體15，扣合后形成與保壓檢修密封裝置配合的封閉內(nèi)腔3，冷卻水套5和中間本體13相接處對應保壓檢修密封裝置的一級檢修密封，中間本體13和下本體14相接處對應保壓檢修密封裝置的二級檢修密封，冷卻水套5和中間本體13通過雙頭螺柱12連接，第一進氣口 7和第二進氣口 9為豎直孔，第三進氣口 4為水平孔。如圖4所示，為螺栓拉伸器與應變片安裝位置示意圖，其中螺栓拉伸器21設置于雙頭螺柱12頭部，應變片22設置于雙頭螺柱12在冷卻水套5內(nèi)部的光桿部分上。下面對本發(fā)明具體測量的指標和方法進行分別敘述。檢修密封實驗臺輔助參數(shù)1)高壓氣源系統(tǒng)17，壓力7MPa，對腔體充氣后關閉。設置壓力檢驗，可考察壓力隨時間的變化，間接換算泄漏；2) 一級密封投入工作的輔助氣源壓力18MPa，帶有截止閥與調(diào)壓閥；冷卻水循環(huán)系統(tǒng)16，流量不小于12升/分，純凈水，過濾精度5微米。一、保壓檢修實驗臺的本體概述實驗臺中檢修密封結構與實際尺寸比例為1 1(保壓檢修密封的主體結構參見專利CN201010168182. 5)，即包含一級檢修密封和二級檢修密封；為模擬高溫環(huán)境設計了大功率加熱裝置，在腔體3底部進行加熱；通過第三進氣口 4輸入高壓氣體。同時，設計了模擬冷卻水系統(tǒng)16，可通過安裝在主軸上沿軸向分布的溫度傳感器檢測主軸溫度分布及冷卻水套5用橡膠密封周圍的溫度，研究不同冷卻水流量下的冷卻效果。
沿腔體圓周方向、不同深度布置4個溫度傳感器傳感器布置位置為第三進氣口 4、內(nèi)腔3內(nèi)部與二級檢修密封等水平位置、內(nèi)腔3內(nèi)部與一級檢修密封等水平位置、以及內(nèi)腔3內(nèi)部保壓檢修密封裝置頂端等水平位置。其中，設計了深入到試驗氣體腔內(nèi)的溫度傳感器以準確檢測密封氣體的加熱溫度。開啟底部加熱系統(tǒng)18，對試驗腔體進行加熱，每隔2 分鐘記錄一組傳感器溫度示數(shù)?？疾烨惑w平均溫度升 高到250°C所需時間，同時考察升溫過程中各點溫度均勻性；上述第三進氣口 4內(nèi)部的溫度升高到250°C時，調(diào)節(jié)加熱系統(tǒng)18功率使腔體保溫。 在上端測量介質(zhì)泄漏量的漏氣通道口 8接入氣體流量計(或氦質(zhì)譜儀)，下端第三進氣口 4 開啟，加壓至7MPa，保壓30分鐘，開始進行各項試驗。二、保壓檢修密封實驗臺的密封性能測量通過圖2所示的第三進氣口 4向密封腔體內(nèi)通入高壓氣體，啟動一級檢修密封，加壓至7. 5MPa，保壓5分鐘。保持一級檢修密封圈閉合，在圖2中的漏氣通道口 8處通過流量計測量密封泄漏量。三、保壓檢修密封實驗臺的冷卻能力測量在冷卻水入口 10布置一個液體流量計，測循環(huán)水正常工作時的流量。在冷卻水入口 10和冷卻水出口 6各布置一個溫度傳感器，記錄冷卻水的進出口溫度。將密封腔壓力調(diào)整并保持在7MPa，控制腔內(nèi)氣體溫度為250°C。改變冷卻水流量， 測量冷卻水的入、出口溫度記錄數(shù)據(jù)。關閉實驗臺的加熱系統(tǒng)，繼續(xù)冷卻高壓的內(nèi)腔3，腔體溫度降低到60°C左右時，關閉冷卻水系統(tǒng)6。讓腔體自然冷卻，當腔體溫度冷卻到50°C左右，通過抽水泵排出冷卻水， 不能再出水時，取下抽水泵。在冷卻水入口 10接通壓縮空氣，在冷卻水道中連續(xù)吹氣15分鐘。停止吹氣后，開啟端蓋，觀察冷卻水套5中是否還有殘余水分。如果冷卻水套5中還有殘余水分，繼續(xù)吹氣直至吹干水分，記錄時間。四、保壓檢修密封實驗臺的二級密封切換試驗在安裝實驗臺前，在每個鎖緊雙頭螺柱12上安裝應變片，雙頭螺柱12的數(shù)量一共為12個，周向均勻分布，具體安裝位置如圖3。完成試驗一后，切斷加熱爐電源，停止給密封實驗臺加熱，觀測溫度傳感器和第三進氣口 4處壓力表，通過冷卻水系統(tǒng)16通冷卻水，待實驗臺降溫到30°C后，打開檢修密封氣支路23的進氣閥，調(diào)節(jié)腔體壓力至4MPa。采用螺栓拉伸器拆下實驗臺端蓋雙頭螺柱，根據(jù)螺栓拉伸器校核計算，需要使用三個螺栓拉伸器方能保證在拉伸過程中絕對安全。1)安裝螺栓拉伸器21，將螺栓拉伸器21 對稱安裝在3個雙頭螺柱12上，初始安裝時，使液壓缸體與下部壓塊之間預留IOmm左右間隙；2)給螺栓拉伸器21加壓至30-35MPa。(此時，液壓缸體與壓塊之間產(chǎn)生同樣的與壓力； 3)將螺栓拉伸器21下的3個雙頭螺柱12松開至最大位置；4)對稱、交替松開其他雙頭螺柱12，直至全部雙頭螺柱12松脫到位。注意若在第4步中有螺栓松不開，則檢查螺栓拉伸器21下的3個雙頭螺柱12是否也又被鎖緊。若是，則繼續(xù)將螺栓拉伸器加壓至30MPa。 重復3)、4)步驟。雙頭螺柱12松脫到位后，實現(xiàn)一級檢修密封和二級檢修密封的切換，保壓保溫30 分鐘。
通過采用氦質(zhì)譜儀或排水法測量并記錄漏氣通道口 8、壓蓋界面圓周方向的泄漏量考察二級檢修密封的性能。重復上述步驟6-8次，測得二級檢修密封性能隨切換次數(shù)的
變化。 綜上，利用本發(fā)明實現(xiàn)了一級檢修密封工作狀態(tài)下的密封性能試驗；二級檢修密封多次接合后的密封性能試驗；冷卻套的冷卻能力分析；蓋板與冷卻套拆除后，檢修密封結構中殘余水處理方法研究；底部腔室在高壓狀態(tài)下，一級檢修密封壓蓋螺栓的拆卸過程與方法研究；溫度對各個密封的影響研究，主要測量主軸溫度、高壓腔內(nèi)溫度、低壓腔溫度、 沿軸向的溫度變化；主軸偏斜對二級密封性能的影響。由于所測試的保壓檢修密封還可以應用在其他需要保壓檢修的工業(yè)場所，因此，本發(fā)明所提出的試驗裝置可用于服務與其他場合的檢修密封裝置的等比性能試驗。
權利要求
1.一種保壓檢修密封實驗臺，包括由冷卻水套(5)、環(huán)狀的中間本體(13)和盆狀的下本體(14)依次扣合組成的實驗臺本體(15)，扣合后形成與保壓檢修密封裝置配合的封閉內(nèi)腔(3)，冷卻水套(5)和中間本體(13)相接處對應保壓檢修密封裝置的一級檢修密封，中間本體(13)和下本體(14)相接處對應保壓檢修密封裝置的二級檢修密封，冷卻水套(5) 和中間本體(13)通過螺栓(12)連接，其特征在于，還包括冷卻水系統(tǒng)(16)，包括冷卻水套(5)以及為冷卻水套(5)供水的供水系統(tǒng)，冷卻水套 (5)上有冷卻水入口(10)、冷卻水出口(6)以及內(nèi)部流道(11)，冷卻水入口(10)的一端與供水系統(tǒng)相連通，冷卻水入口(10)的另一端與內(nèi)部流道(11)的一端相連通，內(nèi)部流道(11) 的另一端與冷卻水出口(6)相連通；高壓氣源系統(tǒng)(17)，分別通過第一進氣口(7)和第二進氣口(9)為內(nèi)腔(3)內(nèi)部的活塞(1)提供高壓空氣，高壓氣源系統(tǒng)(17)還通過第三進氣口(4)與內(nèi)腔(3)連通，第一進氣口(7)和第二進氣口(9)位于冷卻水套(5)上，第三進氣口⑷位于下本體(14)上，冷卻水套(5)頂端開有測量泄漏量的漏氣通道口(8)；加熱系統(tǒng)(18)，位于下本體(14)底部；溫度測量系統(tǒng)(19)，由多個位于內(nèi)腔(3)中的溫度傳感器組成，溫度傳感器的分布至少應該覆蓋第三進氣口(4)、內(nèi)腔(3)內(nèi)部與二級檢修密封等水平位置、內(nèi)腔(3)內(nèi)部與一級檢修密封等水平位置、以及內(nèi)腔(3)內(nèi)部保壓檢修密封裝置頂端等水平位置，用來檢測保壓檢修密封裝置主軸溫度分布及冷卻水套(5)用橡膠密封周圍的溫度；螺栓拉力測量系統(tǒng)(20)，由螺栓拉伸器(21)、應變片(22)以及靜態(tài)應變儀組成，其中螺栓拉伸器(21)設置于雙頭螺柱(12)頭部，應變片(22)設置于雙頭螺柱(12)在冷卻水套(5)內(nèi)部的光桿部分上。
2.根據(jù)權利要求1所述的保壓檢修密封實驗臺，其特征在于，第一進氣口(7)和第二進氣口(9)為豎直孔。
3.根據(jù)權利要求1所述的保壓檢修密封實驗臺，其特征在于，第三進氣口(4)為水平孔。
4.根據(jù)權利要求1所述的保壓檢修密封實驗臺，其特征在于，所述冷卻水入口(10)處設置水流量計，冷卻水入口(10)和冷卻水出口(6)處都設置溫度傳感器。
5.根據(jù)權利要求1所述的保壓檢修密封實驗臺，其特征在于，所述漏氣通道口(8)處設置氣體流量計。
6.根據(jù)權利要求1所述的保壓檢修密封實驗臺，其特征在于，所述高壓氣源系統(tǒng)(17) 分為并聯(lián)的檢修密封氣支路(23)和工作密封氣支路(24)，檢修密封氣支路(23)連接第一進氣口(7)和第二進氣口(9)，工作密封氣支路(24)連接第三進氣口(4)。
7.根據(jù)權利要求6所述的保壓檢修密封實驗臺，其特征在于，所述檢修密封氣支路 (23)的氣壓為18MPa，所述工作密封氣支路(24)的氣壓在4 7MPa。
8.根據(jù)權利要求6所述的保壓檢修密封實驗臺，其特征在于，所述檢修密封氣支路 (23)和工作密封氣支路(24)都帶有調(diào)節(jié)閥和截止閥。
9.根據(jù)權利要求1所述的保壓檢修密封實驗臺，其特征在于，保壓檢修密封裝置通過彈簧支撐安裝在內(nèi)腔(3)中。
10.根據(jù)權利要求1所述的保壓檢修密封實驗臺，其特征在于，雙頭螺柱(12)的數(shù)量為 12個，周向均勻分布。
全文摘要
本發(fā)明為一種保壓檢修密封實驗臺，是為了檢驗保壓檢修密封而開發(fā)的等比性能測試實驗臺，包括實驗臺本體、冷卻水系統(tǒng)、高壓氣源系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)以及螺栓拉力測量系統(tǒng)，本發(fā)明能夠在模擬實際工況下，檢驗保壓檢修密封功能和關鍵零部件的可行性及可靠性，實現(xiàn)了一級檢修密封工作狀態(tài)下的密封性能試驗；二級檢修密封多次接合后的密封性能試驗；冷卻套的冷卻能力分析；蓋板與冷卻套拆除后，檢修密封結構中殘余水處理方法研究；底部腔室在高壓狀態(tài)下，一級檢修密封壓蓋螺栓的拆卸過程與方法研究；溫度對各個密封的影響研究，主要測量主軸溫度、高壓腔內(nèi)溫度、低壓腔溫度、沿軸向的溫度變化；主軸偏斜對二級密封性能的影響。
文檔編號F04B51/00GK102345591SQ201110286929
公開日2012年2月8日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權日2011年9月23日
發(fā)明者劉瑩, 李永健, 沈強, 溫慶豐, 王玉明, 索雙富, 高志, 黃偉峰 申請人:清華大學