專利名稱:用于高溫氣冷堆直接循環(huán)的氣體動(dòng)密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高溫氣冷堆直接循環(huán)的氣體動(dòng)密封裝置，屬于密封結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
高溫氣冷堆是采用石墨作為結(jié)構(gòu)材料和慢化劑，用氦氣作為冷卻劑的新型反應(yīng)堆。10MW高溫氣冷堆已經(jīng)在清華建成并滿功率運(yùn)行，目前正在進(jìn)行二期工程HTR-10GT，它們的不同在于一期使用反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量通過(guò)蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生蒸汽，然后再帶動(dòng)蒸汽發(fā)電機(jī)組發(fā)電；而高溫氣冷堆二期HTR-10GT是采用氦氣直接循環(huán)，即由反應(yīng)堆加熱產(chǎn)生的高壓氦氣直接沖擊透平膨脹做功，透平帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，同時(shí)也帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮氦氣。透平的尾氣仍然具有較高溫度，流經(jīng)回?zé)崞鞯蛪簜?cè)后將熱量傳輸給高壓側(cè)氦氣，然后進(jìn)入預(yù)冷器降低溫度。低溫低壓氦氣流經(jīng)帶有間冷器的壓氣機(jī)組后被壓縮成高壓氦氣。高壓氦氣流經(jīng)回?zé)崞鞲邏簜?cè)后被預(yù)熱，然后再進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯重復(fù)被加熱過(guò)程。
如果將透平、高壓壓氣機(jī)、低壓壓氣機(jī)密封在能量轉(zhuǎn)換單元壓力殼內(nèi)，則可以將一回路壓力邊界確定在密封位置，而將發(fā)電機(jī)作為一回路壓力邊界外的設(shè)備。這樣的結(jié)構(gòu)布置，可以降低對(duì)發(fā)電機(jī)的要求，降低能量轉(zhuǎn)換單元壓力殼造價(jià)，防止一回路帶有一定放射性的氣體進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，既阻止了放射性的擴(kuò)散，也降低了對(duì)發(fā)電機(jī)的維護(hù)要求。而在化工行業(yè)發(fā)展起來(lái)的氣體動(dòng)密封技術(shù)，可以滿足這種結(jié)構(gòu)布置的密封要求。但是在化工行業(yè)，壓縮機(jī)、泵等安裝氣體動(dòng)密封裝置的設(shè)備都是水平布置的，而高溫氣冷堆氦氣直接循環(huán)發(fā)電裝置是立式布置，因此，本發(fā)明的氣體動(dòng)密封結(jié)構(gòu)與目前化工上使用的氣體動(dòng)密封裝置并不完全相同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決高溫氣冷反應(yīng)堆氦氣直接循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)一回路壓力邊界的氦氣問(wèn)題。
本發(fā)明提供了一種用于高溫氣冷堆直接循環(huán)的氣體動(dòng)密封裝置，其特征在于所述氣體動(dòng)密封裝置立式布置，具體包括固定在機(jī)殼上的內(nèi)部開有三個(gè)凹槽的密封靜子、與主軸過(guò)盈配合的密封轉(zhuǎn)子，以及主密封子系統(tǒng)和備用密封子系統(tǒng)；所述主密封子系統(tǒng)和備用密封子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，分別安裝在密封靜子的第一凹槽和第二凹槽內(nèi)，并均由安裝在凹槽中的支撐彈簧及其支撐的靜環(huán)，和安裝在所述密封轉(zhuǎn)子上的動(dòng)環(huán)組成；在所述密封靜子上，第一凹槽處開有主進(jìn)氣孔，第二凹槽處開有主出氣孔，在密封靜子末端的第三凹槽處，開有尾氣/隔離氣體出氣孔，在密封靜子末端，開有外部支撐系統(tǒng)的隔離氣體進(jìn)氣孔。
本發(fā)明所述的氣體動(dòng)密封裝置可以有效地降低高溫堆能量轉(zhuǎn)換單元的壓力殼制造費(fèi)用，還可以有效地阻止帶有放射性物質(zhì)的氦氣泄漏到能量轉(zhuǎn)換單元外面。



圖1為氣體動(dòng)密封裝置的裝配示意圖。
圖2為氣體動(dòng)密封轉(zhuǎn)子的開槽示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
由于高溫氣冷堆具有模塊式結(jié)構(gòu)，為方便以后擴(kuò)展更多的模塊，反應(yīng)堆壓力殼和能量轉(zhuǎn)換單元壓力殼都采用立式布置，這樣可以節(jié)省更多的廠房面積。高溫氣冷堆的立式布置結(jié)構(gòu)要求密封裝置也要采用立式布置。在密封裝置的上部布置有透平機(jī)、低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)，在密封裝置的下部布置有發(fā)電機(jī)。氣體動(dòng)密封裝置將這兩個(gè)系統(tǒng)分開，透平機(jī)做功，通過(guò)主軸傳遞到發(fā)電機(jī)，而主軸穿過(guò)動(dòng)密封裝置。
本發(fā)明所述的用于高溫氣冷堆直接循環(huán)的氣體動(dòng)密封裝置，立式布置，如圖1所示，包括固定在機(jī)殼上的內(nèi)部開有三個(gè)凹槽的密封靜子3、與主軸過(guò)盈配合的密封轉(zhuǎn)子4，以及主密封子系統(tǒng)和備用密封子系統(tǒng)。密封靜子3與機(jī)殼(能量轉(zhuǎn)換單元壓力殼)固定在一起，不隨主軸1旋轉(zhuǎn)。它是密封的靜止部分，也是其它密封靜止件(如靜環(huán)、支撐彈簧等)的固定支座。密封轉(zhuǎn)子4與主軸1過(guò)盈配合，隨主軸1一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
主密封子系統(tǒng)和備用密封子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，分別安裝在密封靜子3的第一凹槽和第二凹槽內(nèi)。所述主密封子系統(tǒng)由安裝在第一凹槽中的支撐彈簧7及其支撐的靜環(huán)6，和安裝在密封轉(zhuǎn)子4上的動(dòng)環(huán)5組成，靜環(huán)6可以在凹槽內(nèi)滑動(dòng)，動(dòng)環(huán)5和密封轉(zhuǎn)子4一起轉(zhuǎn)動(dòng)。所述備用密封子系統(tǒng)由安裝在第二凹槽中的備用支撐彈簧10及其支撐的備用靜環(huán)9，和安裝在密封轉(zhuǎn)子4上的備用動(dòng)環(huán)8組成，備用靜環(huán)9可以在凹槽內(nèi)滑動(dòng)，備用動(dòng)環(huán)8和密封轉(zhuǎn)子4一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在氣體動(dòng)密封裝置頂部還設(shè)有檢修密封2，它是一道普通的迷宮密封，在設(shè)備檢修時(shí)起密封作用，防止反應(yīng)堆內(nèi)的放射性物質(zhì)泄漏出去。
支撐彈簧(備用支撐彈簧)具有一定的彈性，支撐靜環(huán)。當(dāng)主軸1旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封轉(zhuǎn)子4轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生氣體動(dòng)壓效應(yīng)。由于動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間的氣體動(dòng)壓效應(yīng)，靜環(huán)表面也承受一定壓力，傳遞到支撐彈簧。彈簧受力收縮，帶動(dòng)靜環(huán)收縮，使動(dòng)環(huán)和靜環(huán)脫開，不會(huì)直接接觸，從而避免摩擦和磨損。同時(shí)，支撐彈簧還可以吸收一部分由于裝配公差、轉(zhuǎn)動(dòng)離心力等引起的變形。另外，由其它部分的電磁軸承在工作中引起的軸向串動(dòng)也可通過(guò)本發(fā)明所述的支撐彈簧進(jìn)行吸收。
本發(fā)明中，動(dòng)環(huán)上刻有溝槽，溝槽在動(dòng)環(huán)邊緣開口處寬，向內(nèi)寬度逐漸減小，如圖2所示。由于動(dòng)環(huán)的表面開有溝槽，當(dāng)動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)把動(dòng)環(huán)外面的氣體通過(guò)溝槽壓到動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間的間隙，產(chǎn)生空氣動(dòng)壓效應(yīng)，在動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間形成一層動(dòng)壓氣膜。由于溝槽的寬度向內(nèi)是逐漸減小的，氣膜的壓力向內(nèi)逐漸升高，形成的氣膜具有一定的剛度，能夠承受來(lái)自容器內(nèi)部的氣體壓力。動(dòng)環(huán)面向能量轉(zhuǎn)化單元壓力殼側(cè)的面承受殼內(nèi)氣體壓力，相反的面承受氣膜形成的壓力，動(dòng)環(huán)上下兩個(gè)表面的壓力平衡。這樣，動(dòng)環(huán)能夠承受壓力容器內(nèi)部的氣壓，還不會(huì)直接與靜環(huán)直接接觸。
在密封靜子3上，第一凹槽處開有主進(jìn)氣孔11，第二凹槽處開有主出氣孔12，在密封靜子3末端的第三凹槽處，開有尾氣/隔離氣體出氣孔13，在密封靜子3末端開有外部支撐系統(tǒng)的隔離氣體進(jìn)氣孔14。主進(jìn)氣孔11內(nèi)氣體的壓力稍微高于能量轉(zhuǎn)換單元壓力殼內(nèi)部的壓力，這樣在檢修密封前面，是壓力稍高的密封氣體進(jìn)入壓力殼內(nèi)，而不是壓力殼內(nèi)的氣體泄漏到氣體動(dòng)密封裝置，這樣就密封了壓力殼內(nèi)的氣體。主密封氣體通過(guò)動(dòng)環(huán)5和靜環(huán)6之間的間隙，向第二凹槽內(nèi)的備用密封子系統(tǒng)泄漏，一部分氣體通過(guò)主出氣孔12排放到外面，一部分氣體通過(guò)備用密封子系統(tǒng)進(jìn)一步向第三凹槽泄漏，可以通過(guò)尾氣/隔離氣體出氣孔13排放到外面。隔離氣體通過(guò)隔離氣體進(jìn)氣孔14進(jìn)入氣體動(dòng)密封裝置。隔離氣體有兩個(gè)作用，一是隔離主密封氣體，使主密封氣體不會(huì)進(jìn)入密封裝置下面，二是可以防止發(fā)電機(jī)等設(shè)備軸承的潤(rùn)滑油產(chǎn)生的油霧進(jìn)入密封裝置，從而保證裝置的清潔。主密封氣體不會(huì)泄漏到氣體動(dòng)密封裝置的外面，通過(guò)此處，泄漏出去的是隔離氣體，而不是主密封氣體。
本發(fā)明之所以增加一套備用密封子系統(tǒng)，是為了提高密封系統(tǒng)以及整個(gè)高溫氣冷堆能量轉(zhuǎn)換單元的安全性和可靠性。本發(fā)明所述的氣體動(dòng)密封裝置安裝位置是高溫氣冷堆一回路壓力邊界，一旦密封發(fā)生問(wèn)題，反應(yīng)堆壓力殼內(nèi)的氦氣會(huì)通過(guò)此處泄漏到大氣中，氦氣中夾帶的放射性會(huì)對(duì)環(huán)境早晨放射性污染，氦氣中夾帶的石墨顆粒，是電的良導(dǎo)體，進(jìn)入發(fā)電機(jī)中，會(huì)使發(fā)電機(jī)發(fā)生短路事故，破壞發(fā)電機(jī)組。
在高溫氣冷堆氦氣直接循環(huán)設(shè)置氣體動(dòng)密封裝置后，可以將氣體動(dòng)密封裝置安裝的位置作為一回路壓力邊界，直接降低了能量轉(zhuǎn)換單元壓力殼的制造費(fèi)用。同時(shí)由于氣體動(dòng)密封裝置可以阻止能量轉(zhuǎn)換單元內(nèi)具有放射性的氦氣泄漏到外面，就有效地防止了放射性氣體擴(kuò)散到堆外的可能。
權(quán)利要求
1.用于高溫氣冷堆直接循環(huán)的氣體動(dòng)密封裝置，其特征在于所述氣體動(dòng)密封裝置立式布置，具體包括固定在機(jī)殼上的內(nèi)部開有三個(gè)凹槽的密封靜子、與主軸過(guò)盈配合的密封轉(zhuǎn)子，以及主密封子系統(tǒng)和備用密封子系統(tǒng)；所述主密封子系統(tǒng)和備用密封子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，分別安裝在密封靜子的第一凹槽和第二凹槽內(nèi)，并均由安裝在凹槽中的支撐彈簧及其支撐的靜環(huán)，和安裝在所述密封轉(zhuǎn)子上的動(dòng)環(huán)組成；在所述密封靜子上，第一凹槽處開有主進(jìn)氣孔，第二凹槽處開有主出氣孔，在密封靜子末端的第三凹槽處，開有尾氣/隔離氣體出氣孔，在密封靜子末端，開有外部支撐系統(tǒng)的隔離氣體進(jìn)氣孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的密封結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述動(dòng)環(huán)上刻有溝槽，所述溝槽在動(dòng)環(huán)邊緣開口處寬，向內(nèi)寬度逐漸減小。
專利摘要
用于高溫氣冷堆直接循環(huán)的氣體動(dòng)密封裝置，屬于密封設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域：
。為解決高溫氣冷反應(yīng)堆氦氣直接循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)一回路壓力邊界的密封問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種用于高溫氣冷堆直接循環(huán)的氣體動(dòng)密封裝置，包括固定在機(jī)殼上的內(nèi)部開有三個(gè)凹槽的密封靜子、與主軸過(guò)盈配合的密封轉(zhuǎn)子，及主密封子系統(tǒng)和備用密封子系統(tǒng)；主密封子系統(tǒng)和備用密封子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，分別安裝在密封靜子的第一凹槽和第二凹槽內(nèi)，并均由安裝在凹槽中的支撐彈簧及其支撐的靜環(huán)，和安裝在密封轉(zhuǎn)子上的動(dòng)環(huán)組成；在密封靜子上的三個(gè)凹槽處分別開有主、出進(jìn)氣孔。本發(fā)明可有效地降低高溫堆能量轉(zhuǎn)換單元的壓力殼制造費(fèi)用，還可有效地阻止帶有放射性物質(zhì)的氦氣泄漏到能量轉(zhuǎn)換單元外。
文檔編號(hào)G21D5/08GKCN1645521SQ200510011235
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月21日
發(fā)明者盛選禹, 黃志勇, 朱書堂, 張征明, 王捷, 于溯源 申請(qǐng)人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan