УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО НАСОСА Российский патент 2017 года по МПК F04D7/08 F04D29/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к уплотнительному устройству насоса. В частности, оно относится к устройству для уплотнения насоса атомной электростанции. Оно также может относиться к электростанции на ископаемом топливе, в частности к электростанции, которая вырабатывает электроэнергию сжиганием угля, нефтяного топлива или природного газа. В случае атомной электростанции оно представляет собой насос, который выполняет функцию подачи воды к нагревателям, расположенным выше по потоку от впуска в реактор.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В соответствии с уровнем техники функция теплового барьера и функция охлаждения фрикционных элементов механического уплотнения выполняются посредством присоединительных отверстий (каналы, которые обеспечивают подачу в определенные зоны и имеют впуск(-и) и выпуск(-и), названы присоединительными отверстиями), расположенных в корпусе насоса, механическом уплотнении и в коллекторе для текучей среды, если он имеется. Существующие технические решения затрудняют техническое обслуживание, поскольку трубопровод должен быть заранее удален. Более того, расположение многочисленных присоединительных отверстий в стандартных компонентах вызывает увеличение затрат, в частности, из-за отверстий и сварки питающего трубопровода. Подобные устройства затрудняют выполнение технического обслуживания и текущего ремонта уплотнительного устройства, так как присоединительные отверстия выполнены в механическом уплотнении и корпусе насоса.

В этой связи проблема, стоящая в данном случае, состоит в получении предназначенного для насоса, уплотнительного устройства вышеупомянутого типа, которое имеет простую конструкцию и облегчает техническое обслуживание указанного устройства и обеспечивает увеличение эксплуатационного срока службы устройства.

Механическое уплотнение обеспечивает уплотнение на конце вала и с наружной стороны корпуса насоса. Температура механического уплотнения и воды, протекающей вблизи механического уплотнения, не должна превышать пороговой температуры, обычно составляющей 100°С. Однако, как правило, вода, которая протекает через насос, имеет температуру, составляющую около 200°С. Принимая во внимание механические свойства уплотнения и, в особенности, неподвижного торцевого кольца и вращающегося торцевого кольца и схему их расположения в уплотнительном устройстве, важно защитить их от чрезмерного нагрева для их защиты от повреждения в их рабочем состоянии. В частности, теплообмен за счет переноса тепла между корпусом насоса и механическим уплотнением может привести к нарушению правильной работы уплотнения и, в частности, уплотнения в месте между неподвижным торцевым кольцом и вращающимся торцевым кольцом. Кроме того, трение между вращающимся компонентом механического уплотнения, образуемым вращающимся торцевым кольцом уплотнения, с одной стороны, и неподвижным компонентом, образуемым неподвижным торцевым кольцом уплотнения, с другой стороны, обеспечивает рассеяние энергии в виде тепла, приводящее к повышению температуры и преждевременному износу неподвижного торцевого кольца и вращающегося торцевого кольца. Таким образом, для увеличения эксплуатационного срока службы механического уплотнения предусмотрено охлаждение механического уплотнения в местах, в которых возникает трение, то есть в том месте в механическом уплотнении и, в частности, в месте, в котором имеет место относительное перемещение неподвижного торцевого кольца и вращающегося торцевого кольца.

Кроме того, настоящее изобретение направлено, в частности, на оптимизацию технического обслуживания и текущего ремонта уплотнительного устройства и увеличение эксплуатационного срока службы уплотнительного устройства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Решение, предложенное настоящим изобретением, заключается в том, что уплотнительное устройство насоса содержит:

механическое уплотнение,

коллектор для текучей среды, содержащий:

первое множество поверхностей, которые взаимодействуют с указанным механическим уплотнением;

второе множество поверхностей, которые выполнены с возможностью взаимодействия с корпусом насоса;

множество каналов, которые в рабочем состоянии образуют первый контур циркуляции текучей среды, который образует тепловой барьер между первым множеством поверхностей и вторым множеством поверхностей, и второй контур циркуляции текучей среды, который подает текучую среду к указанному механическому уплотнению для его охлаждения.

Подобная конструкция предпочтительно облегчает техническое обслуживание и текущий ремонт и обеспечивает увеличение эксплуатационного срока службы уплотнительного устройства за счет того, что предложено уплотнительное устройство, в которое включен коллектор для текучей среды. Коллектор для текучей среды, который предусмотрен между механическим уплотнением, которое должно быть защищено, и корпусом насоса, который образует горячую зону, включает в себя первый и второй контуры. Функция первого контура, в котором осуществляется циркуляция в коллекторе для текучей среды между корпусом насоса и уплотнением, состоит в образовании теплового барьера для защиты уплотнения от тепла, рассеиваемого корпусом насоса и выделяемого горячей водой, проходящей через указанный насос. Функция второго контура циркуляции текучей среды, который подает текучую среду к уплотнению, состоит в охлаждении уплотнения для снижения температуры так, чтобы обеспечить возможность использования уплотнительного устройства без какого-либо риска утечки - в этом случае предотвращается вход подаваемой насосом воды в контакт с внешней средой.

Кроме того, техническое обслуживание и текущий ремонт облегчаются вследствие того, что коллекторный резервуар, механически приваренный между корпусом насоса и уплотнением, обеспечивает возможность объединения двух функций простым образом. Таким образом, отсутствует необходимость в обеспечении наличия присоединительных отверстий в корпусе насоса и в уплотнении.

Кроме того, устройство не включает в себя уплотнение в месте расположения теплового барьера и не имеет никакого отверстия в корпусе насоса для обеспечения теплового барьера.

В другом варианте осуществления изобретения тепловой барьер может быть образован углублением, которое разделяет первую часть и вторую часть указанного коллектора для текучей среды, при этом указанная первая часть выполнена с возможностью ориентирования ее вблизи горячей зоны и указанная вторая часть выполнена с возможностью ориентирования ее вблизи указанного уплотнения, при этом указанное углубление содержит текучую среду.

В еще одном варианте осуществления изобретения область, образующая зону обмена, между механическим уплотнением и коллектором для текучей среды, смежным с фрикционными элементами указанного механического уплотнения, может содержать текучую среду для охлаждения указанных элементов.

В одном варианте осуществления коллектор для текучей среды содержит первый канал и второй канал соответственно для подачи во второй контур циркуляции текучей среды и отвода из второго контура циркуляции текучей среды, при этом каждый из указанных первого канала и второго канала продолжается от радиально наружной поверхности коллектора для текучей среды к указанной области, которая сообщается с уплотнением.

В одном варианте осуществления коллектор для текучей среды содержит:

третий канал для подачи в указанное углубление, при этом указанный третий канал продолжается от радиально наружной поверхности коллектора к первому внутреннему каналу, расположенному внутри указанного коллектора для текучей среды;

четвертый канал для отвода из указанного углубления, при этом указанный четвертый канал продолжается от указанной радиально наружной поверхности коллектора ко второму внутреннему каналу, расположенному внутри указанного коллектора для текучей среды.

В одном варианте осуществления углубление продолжается радиально внутри коллектора, образуя кольцевую конфигурацию.

В еще одном варианте осуществления изобретения первый контур циркуляции текучей среды и второй контур циркуляции текучей среды соединены с устройством для охлаждения текучей среды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие признаки и преимущества станут более очевидными из описания, приведенного ниже в качестве неограничивающих вариантов осуществления, со ссылкой на Фиг. 1, которая показывает сечение примерного уплотнительного устройства.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Два уплотнительных устройства 1 предусмотрены для предотвращения попадания горячей воды под давлением в окружающую атмосферу, и при этом в то же время они не препятствуют вращению вала 20. Каждое из двух уплотнительных устройств 1 расположено у каждой выходной части вала 20.

Каждое из данных устройств 1 содержит:

корпус 10 насоса, который содержит горячую воду под давлением, а также элементы для рекуперации энергии;

вращающийся вал 20, который служит опорой для рабочего колеса, лопатки которого передают энергию от двигателя данной горячей воде, при этом указанный вал 20 выступает наружу от каждой стороны корпуса 10 для обеспечения его установки в подшипниках, создающих опору для него; один из его концов соединен с системой привода (непоказанной); выходные части вала 20 уплотнены посредством уплотнительных устройств 1;

коллектор 30 для текучей среды, который прикреплен к корпусу 10 насоса посредством средств крепления;

фиксирующую крышку 60, которая обеспечивает фиксацию механического уплотнения 70 к насосу и, в частности, к внутренней стороне коллектора 30 для текучей среды;

вращающееся торцевое кольцо 72, которое вращается вместе с валом 20 и поверхность которого находится в контакте с поверхностью неподвижного торцевого кольца 71; уплотнение реализуется на поверхности контакта между данными двумя торцевыми кольцами;

неподвижное торцевое кольцо 71, которое удерживается прижатым к вращающемуся торцевому кольцу 72 и может быть выполнено с возможностью только поступательного перемещения;

вращающийся держатель торцевого кольца, который удерживает вращающееся торцевое кольцо;

невращающийся держатель торцевого кольца, который удерживается неподвижное торцевое кольцо 71 и обеспечивает возможность поступательного перемещения торцевого кольца;

втулку механического уплотнения 70, соединенную с валом 20; данная втулка образует стенку механического уплотнения 70, находящуюся в контакте с валом 20 и при этом обеспечивающую защиту вала.

Уплотнительное устройство 1 предназначено для его размещения между вращающимся валом 20 и корпусом 10 насоса. В частности, устройство 1 расположено у выходной части вала 20, снаружи корпуса 10 насоса для предотвращения вытекания горячей воды под давлением, которая циркулирует в корпусе 10 насоса, из указанного корпуса 10 насоса. Кроме того, уплотнительное устройство 1, вращающийся вал 20 и корпус 10 насоса расположены вместе так, что они не препятствуют вращению вала 20 относительно корпуса 10 насоса. Вал 20 вращается вокруг оси 20а.

Механическое уплотнение 70, которое образует уплотнительное средство, установлено в уплотнительном устройстве 1. Механическое уплотнение 70 содержит указанное неподвижное уплотнительное торцевое кольцо 71, которое герметично соединено с коллектором 30 для текучей среды, и указанное вращающееся уплотнительное торцевое кольцо 72, которое герметично соединено с вращающимся валом 20. Когда вал 20 вращается вокруг своей оси 20а, вращающееся торцевое кольцо 72 трется о неподвижное торцевое кольцо 71 на кольцевой фрикционной поверхности. Каждое из неподвижного торцевого кольца и вращающегося торцевого кольца имеет: радиально наружные поверхности и радиально внутренние поверхности. По меньшей мере участок радиально наружных поверхностей сообщается с областью 90, которая образует зону обмена. Область 90, которая образует зону обмена, образована между той частью уплотнения 70, которая ориентирована радиально наружу, и коллектором 30 для текучей среды и расположена смежно фрикционным элементам, образованным неподвижным торцевым кольцом 71 и вращающимся торцевым кольцом 72. В рабочем состоянии область 90 содержит текучую среду для охлаждения фрикционных элементов. Каждое из неподвижного торцевого кольца 71 и вращающегося торцевого кольца 72 также имеет радиально внутренние поверхности, соседние с валом 20.

Устройство 1 может содержать средства для поджима торцевых колец, предназначенные для поджима неподвижного торцевого кольца 71 и вращающегося торцевого кольца 72 друг к другу в аксиальном направлении. Функция данных средств заключается в поддержании контакта между неподвижным торцевым кольцом 71 и вращающимся торцевым кольцом 72.

Коллектор 30 для текучей среды расположен между корпусом 10 насоса и механическим уплотнением 70. Функция коллектора 30 для текучей среды состоит в образовании теплового барьера 31 между корпусом 10 насоса и механическим уплотнением 70 и в охлаждении механического уплотнения 70, в частности, неподвижного торцевого кольца и вращающегося торцевого кольца. Таким образом, данный коллектор 30 предназначен по существу для защиты механического уплотнения 70 от внешнего агрессивного воздействия, в частности, в виде тепла, и для увеличения его эксплуатационного срока службы. Коллектор 30 для текучей среды содержит множество каналов 44, 45, 46, 47, которые в рабочем состоянии образуют первый контур 33 циркуляции текучей среды, который образует тепловой барьер 31 между первым множеством поверхностей 35 и вторым множеством поверхностей 36 коллектора 30 для текучей среды, и второй контур 34 циркуляции текучей среды, который обеспечивает подачу воды к механическому уплотнению 70 для его охлаждения.

В другом варианте осуществления изобретения коллектор 30 для текучей среды имеет четыре присоединительных отверстия: первое присоединительное отверстие 40 для подачи текучей среды к механическому уплотнению 70, второе присоединительное отверстие 41 для отвода текучей среды от механического уплотнения 70, третье присоединительное отверстие 42 для подачи в тепловой барьер 31 и четвертое присоединительное отверстие 43 для отвода текучей среды из теплового барьера 31.

Первый канал 44 предпочтительно продолжается от радиально наружной поверхности 38 коллектора 30 для текучей среды (смежно первому присоединительному отверстию 40) к области 90, которая сообщается с уплотнением 70. В качестве примера данный первый канал 44 может продолжаться через коллектор 30 для текучей среды от одного конца к другому, радиально.

Второй канал 45 предпочтительно продолжается от области 90, которая сообщается с уплотнением 70, к радиальной наружной поверхности 38 коллектора 30 для текучей среды (смежно второму присоединительному отверстию 41). Данный второй канал 45 продолжается во втором направлении, при этом он продолжается от одного конца коллектора 30 для текучей среды до другого. Первый канал 44 и второй канал 45 расположены так, что первое и второе направления не являются совпадающими.

В одном варианте осуществления третий канал 46 предпочтительно продолжается от радиально наружной поверхности 38 коллектора 30 для текучей среды и сообщается с углублением 50, которое образует тепловой барьер 31 в рабочем состоянии.

Для отвода воды из теплового барьера 31 углубление 50 сообщается с четвертым каналом 47, которых продолжается к радиально наружной поверхности 38 коллектора 30 для текучей среды, смежно четвертому присоединительному отверстию 43.

В одном варианте осуществления первое присоединительное отверстие 40, второе присоединительное отверстие 41, третье присоединительное отверстие 42 и четвертое присоединительное отверстие 43 также могут быть расположены на поверхности 39 так, что они будут по существу перпендикулярными к оси 20а и будут ориентированы в сторону, противоположную к той, где расположен корпус 10 насоса. В этом случае первый канал 44, второй канал 45, третий канал 46 и четвертый канал 47 будут образованы как следствие этого; в качестве примера, направления, определяемые первым каналом 44, вторым каналом 45, третьим каналом 46 и четвертым каналом 47, будут заданы так, что они не будут совпадать.

Контур, предназначенный для охлаждения уплотнения 70, в этом случае снабжается посредством первого присоединительного отверстия 40, продолжается по первому каналу 44 и затем обеспечивает сообщение текучей среды с неподвижным торцевым кольцом и вращающимся торцевым кольцом в области 90. Текучая среда, содержащаяся в области 90, затем отводится посредством второго канала 45 и выходит из коллектора 30 для текучей среды через второе присоединительное отверстие 41.

При этом контур циркуляции текучей среды, который образует тепловой барьер 31, снабжается посредством третьего присоединительного отверстия 42, продолжается по третьему каналу 46, затем, возможно, по первому внутреннему каналу перед постепенным заполнением углубления 50 в направлении вдоль окружности. Текучая среда, содержащаяся в углублении 50, затем может быть отведена по четвертому каналу 47 и может выходить из коллектора 30 для текучей среды через четвертое присоединительное отверстие 43.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1, углубление 50 разделяет первую часть 51 и вторую часть 52 резервуара коллектора 30. Первая часть 51 представляет собой часть, которая выполнена с возможностью ориентирования ее вдоль горячей зоны, рядом с корпусом 10 насоса, и вторая часть 52 выполнена с возможностью ориентирования ее рядом с уплотнением 70, то есть с элементом, для которого должна быть обеспечена тепловая защита.

Фиг. 1 показывает вариант осуществления, в котором углубление 50 продолжается радиально внутри коллектора 30 для текучей среды и образует кольцо.

В одном варианте осуществления изобретения второй контур 34 циркуляции текучей среды, который обеспечивает подачу воды к уплотнению 70, продолжается через теплообменник для охлаждения воды, содержащейся в нем. Аналогичным образом, первый контур 33 циркуляции текучей среды обеспечивает снабжение теплового барьера 31 - предпочтительно постоянно - водой, поступающей из источника холодной речной воды или морской воды.

Уплотнительное устройство 1 насоса содержит механическое уплотнение 70 и коллектор для текучей среды. Данный коллектор для текучей среды имеет первое множество поверхностей 35, которые взаимодействуют с механическим уплотнением 70, и второе множество поверхностей 36, которые выполнены с возможностью взаимодействия с корпусом 10 насоса.

Кроме того, в рабочем состоянии коллектор для текучей среды содержит первый контур 33 циркуляции текучей среды, который образует тепловой барьер 31 между первым множеством поверхностей 35 и вторым множеством поверхностей 36, и второй контур 34 циркуляции текучей среды, который обеспечивает подачу воды к указанному механическому уплотнению 70 для его охлаждения.

В соответствии с другим вариантом осуществления область 90, которая образует зону обмена между механическим уплотнением 70 и коллектором 30 для текучей среды, смежным с фрикционными элементами указанного механического уплотнения 70, содержит текучую среду для охлаждения указанных элементов.

Изобретение относится к устройству (1) для уплотнения насоса атомной электростанции, содержащему механическое уплотнение (70), отдельный коллектор для текучей среды, содержащий: первое множество поверхностей (35), которые взаимодействуют с указанным механическим уплотнением (70); второе множество поверхностей (36), которые выполнены с возможностью взаимодействия с корпусом (10) насоса; множество каналов (44, 45, 46, 47), которые в рабочем состоянии образуют первый контур (33) циркуляции текучей среды, который образует тепловой барьер (31) между первым множеством поверхностей (35) и вторым множеством поверхностей (36), и второй контур (34) циркуляции текучей среды, который подает текучую среду к указанному механическому уплотнению (70) для его охлаждения. Изобретение обеспечивает повышение надежности устройства. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство (1) для уплотнения насоса атомной электростанции, содержащее:

механическое уплотнение (70),

отдельный коллектор для текучей среды, расположенный между корпусом (10) насоса и механическим уплотнением (70) и содержащий:

первое множество поверхностей (35), которые взаимодействуют с указанным механическим уплотнением (70);

второе множество поверхностей (36), которые выполнены с возможностью взаимодействия с корпусом (10) насоса;

множество каналов (44, 45, 46, 47), которые в рабочем состоянии образуют первый контур (33) циркуляции текучей среды, который образует тепловой барьер (31) между первым множеством поверхностей (35) и вторым множеством поверхностей (36), и второй контур (34) циркуляции текучей среды, который подает текучую среду к указанному механическому уплотнению (70) для его охлаждения.

2. Устройство (1) по п. 1, в котором тепловой барьер (31) образован углублением (50), которое разделяет первую часть (51) и вторую часть (52) указанного промежуточного компонента, при этом указанная первая часть (51) выполнена с возможностью ориентирования ее вблизи горячей зоны, а указанная вторая часть (52) выполнена с возможностью ориентирования ее вблизи указанного уплотнения (70), причем указанное углубление (50) содержит текучую среду.

3. Устройство (1) по п. 1 или 2, в котором область (90), образующая зону обмена, между механическим уплотнением (70) и промежуточным компонентом, смежным фрикционным элементам (71, 72) указанного механического уплотнения (70), содержит текучую среду для охлаждения указанных элементов (71, 72).

4. Устройство (1) по п. 3, в котором коллектор (30) для текучей среды содержит первый канал (44) и второй канал (45) соответственно для подачи во второй контур (34) циркуляции текучей среды и отвода из второго контура (34) циркуляции текучей среды, при этом каждый из указанных первого канала (44) и второго канала (45) продолжается от радиально наружной поверхности (38) коллектора (30) для текучей среды к указанной области (90), которая сообщается с уплотнением (70).

5. Устройство (1) по п. 2, в котором коллектор (30) для текучей среды содержит:

третий канал (46) для подачи в указанное углубление (50), при этом указанный третий канал (46) продолжается от радиально наружной поверхности (38) коллектора (30) к первому внутреннему каналу, расположенному внутри указанного коллектора (30) для текучей среды;

четвертый канал (47) для отвода из указанного углубления (50), при этом указанный четвертый канал (47) продолжается от указанной радиально наружной поверхности (38) коллектора (30) ко второму внутреннему каналу, расположенному внутри указанного коллектора (30) для текучей среды.

6. Устройство (1) по п. 2, в котором углубление (50) продолжается радиально в указанном коллекторе (30), образуя кольцевую конфигурацию.

7. Устройство (1) по п. 1, в котором первый контур (33) циркуляции текучей среды и второй контур (34) циркуляции текучей среды соединены с устройством для охлаждения текучей среды.