Підвищення герметичності і екологічної безпеки ущільнень насосів АЕС

Abstract

Для насосів АЕС визначальним фактором є безпечність експлуатації, а також максимальна герметизуюча здатність. Це висуває додаткові вимоги для вибору типу ущільнення. В насосах атомних електростанцій широко застосовуються торцеві ущільнення. Розглянуто процеси, що відбуваються на стику спряжених торцевих поверхонь деталей ущільнення в різних режимах роботи. До насосів систем охолодження і безпеки, що перекачують радіоактивні рідини, висувають вимоги, частина з яких може виконуватись лише за умови використання спеціальних конструкцій. На базі торцевих ущільнень створені нові типи ущільнень, в яких ущільнювальні пояски розвантажені і працюють з невеликим зазором в режимах тертя, близьких до рідинного: гідродинамічні і термогідродинамічні ущільнення. Принцип роботи термогідродинамічних ущільнень ґрунтується на використанні деформації кілець під дією термічних напружень в зоні контакту. У разі високих перепадів тиску і кутових швидкостей, коли потрібен великий ресурс і допускаються лише незначні витоки, застосовуються ущільнення з безперервною рідинною плівкою — гідростатичні. Імпульсні торцеві ущільнення відносяться до безконтактних ущільнень з саморегульованим зазором і є альтернативою гідростатичним і гідродинамічним безконтактним торцевим ущільненням. Імпульсні торцеві ущільнення з само- регульованим зазором мають низку переваг у порівнянні зі звичайними механічними торцевими ущільненнями і безконтактними торцевими ущільненнями гідростатичного і гідродинамічного типу. Ущільнення з імпульсним врівноваженням аксіально-рухомого кільця під час обертання вала забезпечують безконтактну роботу з малими витоками, а під час зупинки — повну герметичність. Проведений аналіз ущільнень роторів насосів АЕС показав, що на сьогодні найперспективнішими є гідростатичні та імпульсні ущільнення з гарантованим зазором. Наведені приклади промислового застосування імпульсних ущільнень в насосному обладнанні АЕС.

The determining factor for NPP pumps is safety, as well as the maximum sealing capacity, which imposes additional conditions when choosing the type of seal. Mechanical seals are widely used in pumps in nuclear power plants. The processes occurring at the junction of the contacting end surfaces of a seal in various operating modes are described. Cooling and safety pumps systems that pump radioactive media are subject to requirements, some of which can only be met with the use of special designs. On the basis of mechanical seals, new types of seals have been created, in which the sealing belts are unloaded and operate with a small gap in friction modes close to liquid: hydrodynamic and thermohydrodynamic seals. The principle of operation of thermohydrodynamic seals is based on the use of the deformation of the rings under the force of thermal stresses in the contact zone. At high pressure differentials and rotation speeds, when a long life is required and small leaks are allowed, seals with a continuous liquid film are used - hydrostatic seals. Impulse mechanical seals are self-adjusting non-contacting seals and are an alternative to hydrostatic and hydrodynamic non-contacting mechanical seals. Impulse mechanical seals with self-adjusting gap have a number of advantages over conventional mechanical seals and non-contacting hydrostatic and hydrodynamic mechanical seals. Seals with impulse balancing of the axially moving ring during the rotation of the shaft ensure contactless operation with low leaks, and during standstill — complete tightness. Examples of industrial application of impulse seals in pumping equipment of nuclear power plants were given.

Для насосов АЭС определяющим фактором является безопасность, а также максимальная герметизирую-щая способность, что накладывает дополнительные условия при выборе типа уплотнения. Торцевые уплотне-ния широко используются в насосах атомных электростанций. Описаны процессы, протекающие на стыке кон-тактирующих торцевых поверхностей уплотнения в различных режимах работы. К насосам систем охлаждения и безопасности, перекачивающих радиоактивные среды, предъявляют требования, часть которых может вы-полняться только с использованием специальных конструкций. На базе торцевых уплотнений созданы новые типы уплотнений, в которых уплотнительные пояски разгружены и работают с небольшим зазором в режимах трения, близких к жидкостному: гидродинамические и термогидродинамической уплотнения. Принцип работы термогидродинамических уплотнений основывается на использовании деформации колец под действием тер-мических напряжений в зоне контакта. При высоких перепадах давления и скоростях вращения, когда требуется большой ресурс и допускаются незначительные утечки, применяются уплотнения с непрерывной жидкостной пленкой — гидростатические уплотнения. Импульсные торцевые уплотнения относятся к бесконтактным уплотнениям с саморегулируемым зазором и являются альтернативой гидростатическим и гидродинамическим бесконтактным торцевым уплотнениям. Импульсные торцевые уплотнения с саморегулируемым зазором име-ют ряд преимуществ по сравнению с обычными механическими торцевыми уплотнениями и бесконтактными торцевыми уплотнениями гидростатического и гидродинамического типа. Уплотнение с импульсным уравно-вешиванием аксиально подвижного кольца при вращении вала обеспечивают бесконтактную работу с малыми утечками, а во время остановки — полную герметичность. Приведенный анализ уплотнений роторов насосов АЭС показывает, что на сегодня наиболее перспективными являются гидростатические и импульсные уплот-нения с гарантированным зазором. Приведены примеры промышленного применения импульсных уплотнений в насосном оборудовании АЭС.