專利名稱：高溫熔鹽泵軸密封裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采用氟化鹽作為介質的高溫熔鹽泵，特別涉及一種高溫熔鹽泵軸密封裝置。
背景技術：
熔鹽堆是國際上六個第四代核能系統候選堆型之一，具有中子經濟性好、放射性廢物少、功率密度高、固有的安全性和防止核擴散等優點。熔鹽堆使用高溫熔鹽作為燃料和冷卻劑。熔鹽堆的熔鹽回路包括燃料鹽循環(一回路)和冷卻鹽循環(二回路)系統，以及發電回路(三回路)。高溫熔鹽由高溫熔鹽泵進行驅動，因此高溫熔鹽泵是回路系統的核心。熔鹽堆所采用的高溫熔鹽泵的結構類型為立式離心機械泵。現有化工熔鹽泵結構簡單、功能單一，基本都采用硝酸鹽作為介質，運行溫度在540°C以下；并且由于硝酸鹽的 自身特性，可以暴露在空氣中，因此傳統化工熔鹽泵對熔鹽的密封沒有要求。同時，由于硝酸鹽較為穩定，即使用于潤滑位于中心軸上方的軸承的潤滑油沿著軸環面流入泵罐內，也不會發生危險。從理論上來講，熔鹽溫度越高，則三回路熱交換效率越高。由于氟化鹽作為介質時，其運行溫度可達550°C至700°C，因而目前趨勢是采用氟化鹽。氟化鹽由于其自身化學特性，在直接接觸空氣時會產生有毒氟化氫氣體，與油接觸時會發生爆炸。因此，高溫熔鹽泵采用氟化鹽作為介質時，必須做到泵罐的密封，使罐體內的熔融氟化鹽在惰性氣體覆蓋的環境中循環運行。由于現有技術中并不存在采用氟化鹽作介質的高溫熔鹽泵，而其他鹽(例如硝酸鹽)作為介質的高溫熔鹽泵不能做到完全氣密封，無法適應本申請的應用環境，因此，急需研制一種能夠密封泵軸的高溫熔鹽泵來滿足氟化鹽的要求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種高溫熔鹽泵軸密封裝置，從而有效防止高溫熔鹽泵內的熔融氟化鹽與空氣接觸，同時防止軸承潤滑油沿軸環面向下流入泵罐。該高溫熔鹽泵軸密封裝置，包括沿著一中心軸延伸進入高溫熔鹽泵的泵罐內的泵主軸；圍繞所述泵主軸的至少一部分延伸的屏蔽塞，所述屏蔽塞的遠離所述泵罐的上端部與所述泵主軸通過機械密封進行連接，所述屏蔽塞的臨近所述泵罐的下端部與所述泵罐連接；所述屏蔽塞與所述泵主軸保持徑向間隔開，所述屏蔽塞的內緣與所述泵主軸的軸環面限定一間隙；從屏蔽塞的外緣延伸至所述內緣的吹掃氣入口通道與所述間隙相通。通過該吹掃氣入口通道與間隙相通，工作時只要將惰性氣體作為吹掃氣體吹入間隙，就可以進行吹掃密封，從而覆蓋住泵罐內部的熔融氟化鹽，安全可靠。所述屏蔽塞的下端部具有一系列從所述內緣朝向所述泵主軸徑向向內延伸的環形迷宮密封齒，從而形成對所述泵主軸的迷宮密封。所述泵罐具有出氣口 ；所述吹掃氣入口通道、所述間隙、所述泵罐和所述出氣口共同形成吹掃氣向下氣路。所述屏蔽塞的上端部具有平行于所述中心軸延伸的環形凸起，所述環形凸起位于所述機械密封的徑向內側。所述屏蔽塞的上端部具有由L形空腔形成的集油槽，所述集油槽由所述環形凸起、所述機械密封、所述屏蔽塞的上側壁和所述屏蔽塞的外側壁共同限定。所述屏蔽塞具有貫穿所述外側壁延伸的排氣通道；所述吹掃氣入口通道、所述間隙、所述集油槽和所述排氣通道共同形成吹掃氣向上氣路。所述泵主軸具有徑向向外延伸的凸緣，所述凸緣具有面對所述上側壁的端面。所述端面與所述環形凸起軸向間隔開。所述屏蔽塞的上端部具有另一系列從所述內緣朝向所述泵主軸徑向向內延伸的 環形迷宮密封齒，從而形成對所述泵主軸的另一迷宮密封。通過迷宮密封和/或另一迷宮密封，本發明的高溫熔鹽泵軸密封裝置防止了泵罐內的熔融氟化鹽氣體沿著軸環面的泄露，同時防止了空氣進入泵罐。另外，本發明的高溫熔鹽泵軸密封裝置通過集油槽收集泄漏的潤滑油，并通過吹掃氣向上氣路迫使集油槽內的潤滑油及時排出，從而避免了潤滑油沿著軸環面進入泵罐內。更進一步的，本發明的高溫熔鹽泵軸密封裝置采用迷宮密封，密封件間無摩擦阻力，使用壽命長。同時，本發明的高溫熔鹽泵軸密封裝置能在泵工作狀態下，實現熔鹽與空氣的隔離，保證高溫熔鹽泵安全可靠的運行。通過上述技術方案，本申請提供的高溫熔鹽泵在軸密封方面實現了零泄漏的密封要求，從而提供了一種新型的高溫熔鹽泵。
圖I示出了根據本發明的高溫熔鹽泵軸密封裝置；圖2示出了根據本發明的高溫熔鹽泵軸密封裝置的迷宮密封；圖3是圖2中的圓圈部分的放大視圖。其中I泵主軸 11中心軸 12軸環面 13端面2屏蔽塞 21內緣 22外緣 23迷宮密封231，232，233，234，235 環形迷宮密封齒231a，231b環形迷宮密封齒231的邊24環形凸起25集油槽 26上側壁27外側壁 28排氣通道3機械密封4 泵罐5吹掃氣入口通道6 間隙。
具體實施例方式下面結合附圖，給出本發明的較佳實施例，并予以詳細描述，使能更好地理解本發明的高溫熔鹽泵軸密封裝置的功能、特點。
如圖I所示，本發明的高溫熔鹽泵軸密封裝置包括泵主軸I、屏蔽塞2、機械密封3和泵罐4。泵主軸I沿著中心軸11延伸，該泵主軸I的一個末端伸入高溫熔鹽泵的泵罐4內部。泵主軸I的周向外表面此后被稱為軸環面12。屏蔽塞2圍繞著泵主軸I設置。該屏蔽塞2同樣圍繞著中心軸11延伸，其位于泵主軸I的徑向外側。該屏蔽塞2的周向內緣21與軸環面12始終保持徑向間隔開，從而在該內緣21和軸環面12之間限定一間隙6。為了敘述方便，屏蔽塞2被人為地劃分為上端部、中部和下端部，應該理解，該劃分并沒有明確的限定作用，僅指示出其相對的位置關系。其中，下端部用于指示屏蔽塞2的臨近泵罐4的部分，而上端部用于指示遠離泵罐4的部分。 屏蔽塞2的上端部通過機械密封3與泵主軸I連接。本領域的技術人員公知，機械密封是指用于使待密封端面保持貼合并相對滑動從而防止流體泄漏的裝置。應該理解，圖I中所示出的機械密封3僅是一種示例而非限制，任何其他的合適的機械密封均可用于本發明中。在本發明的一個優選實施例，泵主軸I具有徑向向外延伸的凸緣，該凸緣具有相對屏蔽塞2的端面13，屏蔽塞2的上側壁26與該端面13相對，機械密封3夾置于端面13與上側壁26之間。屏蔽塞2的下端部與泵罐4連接。應該理解，任何合適的連接方式都可用于本發明中，例如屏蔽塞2和泵罐4可以分別通過凸緣、螺栓等配合連接。屏蔽塞2的上端部具有平行于中心軸11延伸的環形凸起24，如圖I所示，該環形凸起24位于機械密封3的徑向內側。借由該環形凸起24、機械密封3、上側壁26和屏蔽塞2的外側壁27，該屏蔽塞2的上端部形成有L形的空腔，該空腔此后被稱為集油槽25。從軸承密封系統中泄露出來的潤滑油進入該集油槽25后，由于該環形凸起24的作用，潤滑油無法越過環形凸起24而進入間隙6中，從而防止潤滑油沿著軸環面12進入泵罐4內。該集油槽25具有徑向延伸的排氣通道28，該排氣通道28貫穿該形成集油槽25的外側壁27，用于泄露油的排放和后處理。在本發明的一個優選實施例中，端面13形成容置環形凸起24的凹槽，該凹槽的底部與該環形凸起24保持軸向間隔開，從而使間隙6與集油槽25保持相通從而形成向上氣路。應該理解，端面13上也可以不形成凹槽，附圖中所示出的凹凸結合的方式僅使得所形成的結構更為緊湊。屏蔽塞2與泵主軸I之間形成有至少一個迷宮密封。以屏蔽塞2的下端部為例，該屏蔽塞2具有從其內緣21的整個圓周徑向向內延伸的一系列的環形迷宮密封齒231，232，233，234，235，從而形成迷宮密封23，如圖2所示。當然，該屏蔽塞2的上端部也可以形成另一迷宮密封，形成該另一迷宮密封的環形迷宮密封齒從環形凸起24的內緣徑向向內延伸，參見圖I。應該理解，由這些環形迷宮密封齒231，232，233，234，235所形成的迷宮密封23可以具有任何合適的構造，只要能夠防止泵罐4內的氣態的熔鹽或示蹤氣體(用來檢測熔鹽泵內壁流場和密封情況的氣體)從進氣通道逸出，同時避免在運行過程當中與泵主軸I發生摩擦即可。該迷宮密封的作用機理簡述如下在轉軸周圍設若干個依次排列的環形密封齒，齒與齒之間形成一系列節流間隙與膨脹空腔，被密封氣流在通過曲折迷宮的間隙時產生節流效應、同時進入密封腔的速度變化，使氣流的動能轉化為熱能，進入下一個間隙的速度逐漸減小，從而達到阻漏的目的。齒與齒之間應保持適當的距離；密封齒要做得盡量薄，并帶銳角，齒尖厚度應不大于O. 5mm,運行中偶爾與軸相碰時，齒尖先磨損而脫離接觸，不致因摩擦出現軸的局部過熱而造成事故。優選地，各環形迷宮密封齒231，232，233，234，235可以等間距地設置，當然也可以是非等距設置。相鄰的環形迷宮密封齒的軸向間距優選為3-20mm，更優選為4-10mm。優選地，各環形迷宮密封齒231，232，233，234，235從內緣21朝著泵主軸I逐漸收斂形成銳角，該銳角優選為5-40°，更優選為10-30°。優選地，各環形迷宮密封齒231，232，233，234,235從內緣21朝著泵主軸I延伸的徑向長度可以根據需要進行調整，優選為2_20mm，更優選為3-10mm。優選地，各環形迷宮密封齒231，232，233，234，235與泵主軸I始終保持徑向間隔開一微小的間距，該間距優選為O. 01-lmm，更優選為O. 1-0. 5mm。如圖3所示，在本發明的一個優選實施例中，環形迷宮密封齒231，232之間的軸向間距示出為7mm。以環形迷宮密封齒231為例，所形成的銳角由徑向延伸的邊231a與傾斜 延伸的邊231b限定，銳角示出為20°，徑向延伸的邊231a的徑向長度示出為5mm，迷宮密封齒231的最左端與泵主軸I的軸環面12之間的間距示出為O. 25mm。屏蔽塞2的中部具有從外緣22延伸到內緣21的吹掃氣入口通道5，該吹掃氣入口通道5貫穿該屏蔽塞2的整個徑向厚度，從而與間隙6貫通。惰性氣體(又被稱為吹掃氣體)，例如Ar，He，N2,Ne，Kr或Rn等通過該吹掃氣入口通道5進行到間隙6后被分為向下和向上氣路吹掃氣向下氣路通過間隙6 (迷宮密封23)進入到泵罐4內，覆蓋住泵罐4內部熔融氟化鹽，實現防止熔融的氟化鹽氣體通過間隙6 (迷宮密封23)泄露的目的，同時在泵罐4上設有一個出氣口，該出氣口與吹掃氣入口通道5共同實現泵罐4內部壓力的動態平衡；吹掃氣向上氣路通過間隙6 (另一迷宮密封)進入到集油槽25內，強迫聚集在此的泄漏油通過排氣通道28及時排出，避免泄漏油沿著軸環面12泄露至泵罐4中。以上所述的，僅為本發明的較佳實施例，并非用以限定本發明的范圍，本發明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據本發明申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發明專利的權利要求保護范圍。本發明未詳盡描述的均為常規技術內容。
權利要求
1.一種高溫熔鹽泵軸密封裝置，包括 沿著一中心軸(11)延伸進入高溫熔鹽泵的泵罐(4)內的泵主軸(I)； 圍繞所述泵主軸(I)的至少一部分延伸的屏蔽塞(2)，所述屏蔽塞(2)的遠離所述泵罐(4)的上端部與所述泵主軸(I)通過機械密封(3)進行連接，所述屏蔽塞(2)的臨近所述泵罐(4)的下端部與所述泵罐(4)連接； 其特征在于，所述屏蔽塞(2)與所述泵主軸(I)保持徑向間隔開，所述屏蔽塞(2)的內緣(21)與所述泵主軸(I)的軸環面(12)限定一間隙(6);從屏蔽塞(2)的外緣(22)延伸至所述內緣(21)的吹掃氣入口通道(5)與所述間隙(6)相通。
2.根據權利要求I所述的高溫熔鹽泵軸密封裝置，其特征在于，所述屏蔽塞(2)的下端部具有一系列從所述內緣(21)朝向所述泵主軸(I)徑向向內延伸的環形迷宮密封齒(231，232，233，234，235)，從而形成對所述泵主軸(I)的迷宮密封(23)。
3.根據權利要求I所述的高溫熔鹽泵軸密封裝置，其特征在于，所述泵罐(4)具有出氣口 ；所述吹掃氣入口通道(5)、所述間隙(6)、所述泵罐(4)和所述出氣口共同形成吹掃氣向下氣路。
4.根據權利要求I所述的高溫熔鹽泵軸密封裝置，其特征在于，所述屏蔽塞(2)的上端部 >具有平行于所述中心軸(11)延伸的環形凸起(24)，所述環形凸起(24)位于所述機械密封(3)的徑向內側。
5.根據權利要求4所述的高溫熔鹽泵軸密封裝置，其特征在于，所述屏蔽塞(2)的上端部具有由L形空腔形成的集油槽(25)，所述集油槽(25)由所述環形凸起(24)、所述機械密封(3 )、所述屏蔽塞(2 )的上側壁(26 )和所述屏蔽塞(2 )的外側壁(27 )共同限定。
6.根據權利要求5所述的高溫熔鹽泵軸密封裝置，其特征在于，所述屏蔽塞(2)具有貫穿所述外側壁(27)延伸的排氣通道(28);所述吹掃氣入口通道(5)、所述間隙(6)、所述集油槽(25)和所述排氣通道(28)共同形成吹掃氣向上氣路。
7.根據權利要求5所述的高溫熔鹽泵軸密封裝置，其特征在于，所述泵主軸(I)具有徑向向外延伸的凸緣，所述凸緣具有面對所述上側壁(26)的端面(13)。
8.根據權利要求7所述的高溫熔鹽泵軸密封裝置，其特征在于，所述端面(13)與所述環形凸起(24)軸向間隔開。
9.根據權利要求I所述的高溫熔鹽泵軸密封裝置，其特征在于，所述屏蔽塞(2)的上端部具有另一系列從所述內緣(21)朝向所述泵主軸(I)徑向向內延伸的環形迷宮密封齒，從而形成對所述泵主軸(I)的另一迷宮密封。
全文摘要
本發明提供一種高溫熔鹽泵軸密封裝置，包括沿著一中心軸延伸進入高溫熔鹽泵的泵罐內的泵主軸；圍繞所述泵主軸的至少一部分延伸的屏蔽塞，所述屏蔽塞的遠離所述泵罐的上端部與所述泵主軸通過機械密封進行連接，所述屏蔽塞的臨近所述泵罐的下端部與所述泵罐連接；所述屏蔽塞與所述泵主軸保持徑向間隔開，所述屏蔽塞的內緣與所述泵主軸的軸環面限定一間隙；從屏蔽塞的外緣延伸至所述內緣的吹掃氣入口通道與所述間隙相通。本發明的高溫熔鹽泵軸密封裝置實現了高溫熔鹽泵密封的零泄露，密封件間無摩擦阻力，使用壽命長，防止了泵罐內的熔融氟化鹽氣體沿著軸環面的泄露，同時防止了潤滑油和空氣進入泵罐，從而保證了高溫熔鹽泵的安全可靠的運行。
文檔編號F04D29/10GK102878109SQ20121043744
公開日2013年1月16日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者黎忠, 傅遠, 謝雷東, 唐忠鋒 申請人:中國科學院上海應用物理研究所