本发明涉及机械密封结构技术领域，特别是一种铅铋堆核主泵机械密封结构。
背景技术：
根据《铅铋主泵轴密封部件研究采购技术规格书》a版，主泵轴密封设计有如下要求：1、应充分考虑轴密封部件作为压力边界的可靠性、低故障性和低泄漏量，泄漏介质须设置回流，任何运行工况下不允许所密封的介质泄漏至环境；2、如果不是必须，尽可能减少外部设冷水等接口需求。
目前已知的四代堆型采用自然对流、主循环泵、同轴循环压缩机（循环风机）三种方式实现一回路循环。气冷快堆、超高温气冷堆一回路介质为氦气，使用压缩机或风机驱动氦气循环，通常采用的是干气密封组件来防止氦气泄漏。超临界水冷堆、熔盐反应堆、钠冷却快堆和铅合金液态金属冷却快堆的一回路介质为液态，使用自然对流、离心泵。离心泵需要有轴封组件防止介质泄漏。由于常规离心泵采用外部电机驱动，贯穿泵壳的转轴与壳体间需要采用轴封组件进行稳定有效地密封，而动密封又分为接触式机械密封和非接触式干气密封两种形式。
不论采用机械密封还是干气密封，主泵对于轴密封的核心功能要求为：保持泵腔和外部大气环境的密封功能。其作用是在泵运行或停车时确保泵的气腔与外部大气环境的密封，防止泵腔中放射性物质泄漏至大气环境，同时防止外部大气环境空气进入泵腔。
当核电厂遇到sbo工况，也需保证铅铋堆核主泵的密封性能，确保安全停堆。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种铅铋堆核主泵机械密封结构，无论是在正常运行工况还是停车工况下，均能保持铅铋堆核主泵优异的密封性能，阻隔下侧放射性气体介质向环境侧泄漏，确保工艺介质零泄漏。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种铅铋堆核主泵机械密封结构，包括轴套、停车密封组件和干气密封组件；
所述轴套套装固定在主轴上，所述主轴安装在泵体内，所述泵体外侧固定有介质侧压盖；
所述停车密封组件包括分瓣环、停车密封环、停车密封腔体和停车密封盖，所述分瓣环卡装在主轴上，所述停车密封腔体固定在介质侧压盖上，所述停车密封环套装在主轴上，且抵接于分瓣环上，所述停车密封盖安装在停车密封腔体内侧，所述停车密封盖与介质侧压盖之间设置有弹簧a；
所述干气密封组件包括干气密封腔体、双端面干气密封结构、弹簧座、弹簧b和弹簧c，所述干气密封腔体通过大气侧压盖压紧固定在停车密封腔体上，所述干气密封腔体与轴套之间设置双端面干气密封结构，所述弹簧座固定在停车密封腔体上，所述弹簧座与双端面干气密封结构之间设置有弹簧b，所述大气侧压盖与双端面干气密封结构之间设置有弹簧c；
所述介质侧压盖上沿径向开设有下端泄漏气收集口，所述下端泄漏气收集口与停车密封盖内侧连通；
所述停车密封腔体上沿径向开设有停车密封气入口，所述停车密封气入口与停车密封盖的上侧腔体连通；
所述干气密封腔体上沿径向分别开设有干气密封气入口和干气密封气出口，所述干气密封气入口与干气密封气出口相对设置；
所述大气侧压盖上沿径向开设有上端泄漏气收集口，所述上端泄漏气收集口与双端面干气密封结构的上方连通。
进一步地，所述双端面干气密封结构包括下动环、下静环、上动环和上静环，所述轴套外侧设有密封座，所述下动环和所述上动环对称固定在密封座的上下两个端面上，所述下静环压装于弹簧b上，所述下静环的上端面始终抵接在下动环的下端面上，所述上静环设于弹簧c的下方，所述上静环的下端面始终抵接在上动环的上端面上。
进一步地，所述弹簧b的上端连接有下推环，所述下推环的上端面抵接于下静环的下端面上。
进一步地，所述弹簧c的下端连接有上推环，所述上推环的下端面抵接于上静环的上端面上。
进一步地，所述轴套的下端固定有限位环，所述限位环的上端面抵接在下动环的下端面上，所述限位环与密封座共同限制下动环的轴向移动。
进一步地，所述主轴上还套装有调整环，所述调整环的下端面抵接在主轴的轴肩上，上端面抵接在限位环的下端面上。
进一步地，所述下动环与密封座之间、所述上动环与密封座之间分别设置有防转销。
进一步地，所述轴套的外侧同轴设有节流环，所述大气侧压盖的外侧端面开设有阶梯槽，所述节流环卡装入阶梯槽内。
进一步地，所述节流环的外壁与阶梯槽的内壁之间为过盈配合，所述节流环的内壁与轴套的外壁之间为间隙配合。
进一步地，所述轴套的外壁上开设有环形凹槽，所述大气侧压盖的外端面上通过联结螺钉固定有定位块，所述定位块能够卡入所述环形凹槽内。
本发明具有以下优点：
1、本发明设置停车密封组件和干气密封组件，若出现密封故障，可停泵后开启停车密封组件，封闭气体泄漏通道，在故障发生到维修工作开始的期间由停车密封形成压力边界，具有保压、防漏的功能，在设备正常运转时，干气密封组件通过干气密封气入口通入清洁氩气，增压使隔离气的压力高于泵内腔气体压力，可防止介质气体泄漏。
2、本发明在介质侧压盖上开设下端泄漏气收集口，在大气侧压盖上开设上端泄漏气收集口，在干气密封组件工作时，引导、收集泄漏的气体，避免气体进入外部大气。
附图说明
图1为本发明的结构剖视图；
图2为本发明的停车密封处于密封状态时的局部剖视图；
图中：1-主轴，2-泵体，3-轴套，4-介质侧压盖，5-分瓣环，6-停车密封环，7-停车密封腔体，8-停车密封盖，9-弹簧a，10-干气密封腔体，11-密封座，12-下动环，13-下静环，14-限位环，15-调整环，16-弹簧座，17-弹簧b，18-下推环，19-上动环，20-上静环，21-弹簧c，22-上推环，23-大气侧压盖，24-节流环，25-定位块，26-联结螺钉，27-下端泄漏气收集口，28-停车密封气入口，29-干气密封气入口，30-上端泄漏气收集口，31-干气密封气出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种铅铋堆核主泵机械密封结构，包括轴套3、停车密封组件和干气密封组件。
轴套3套装固定在主轴1上，在本实施例中，轴套3采用304不锈钢材质制成，轴套3的一端抵接在主轴1的轴肩上，另一端通过螺母锁紧固定，主轴1安装在泵体2内，泵体2外侧固定有介质侧压盖4。
停车密封组件包括分瓣环5、停车密封环6、停车密封腔体7和停车密封盖8，分瓣环5卡装在主轴1上，停车密封腔体7固定在介质侧压盖4上，停车密封环6套装在主轴1上，且抵接于分瓣环5上，停车密封环6通过卡环实现其限位，停车密封盖8安装在停车密封腔体7内侧，停车密封盖8与介质侧压盖4之间设置有弹簧a9，停车密封腔体7上沿径向开设有停车密封气入口28，停车密封气入口28与停车密封盖8的上侧腔体连通，开启停车密封组件时，通过停车密封气入口28通入氮气，使得停车密封盖8向停车密封环6一侧移动，直至停车密封盖8的密封面和停车密封环6的密封面相接。
停车密封组件可在停车状态下，防止工作介质泄漏，铅铋堆核主泵在正常运行过程中，停车密封环6和停车密封盖8分离，停车密封组件处于非工作状态，当干气密封组件发生故障异常时，停泵后，开启停车密封组件，封闭气体泄漏通道，在故障发生到维修工作开始的期间内由停车密封形成压力边界，具有保压、防漏的功能。
干气密封组件包括干气密封腔体10、双端面干气密封结构、弹簧座16、弹簧b17和弹簧c21，干气密封腔体10通过大气侧压盖23压紧固定在停车密封腔体7上，干气密封腔体10与轴套3之间设置双端面干气密封结构，弹簧座16固定在停车密封腔体7上，弹簧座16与双端面干气密封结构之间设置有弹簧b17，大气侧压盖23与双端面干气密封结构之间设置有弹簧c21；干气密封腔体10上沿径向分别开设有干气密封气入口29和干气密封气出口31，干气密封气入口29与干气密封气出口31相对设置；在设备正常运转时，干气密封组件通过干气密封气入口29通入清洁氩气，增压使隔离气的压力高于泵内腔气体压力，可防止介质气体泄漏。在两组密封之间通入氩气作阻塞气体而成为一个性能可靠的阻塞密封系统，控制氩气的压力使其始终维持在比工艺介质压力高约0.3mpa，使其在大气与工艺介质之间起到阻隔作用。
介质侧压盖4上沿径向开设有下端泄漏气收集口27，下端泄漏气收集口与停车密封盖8内侧连通。异常工况需停车检修时，通过停车密封组件形成压力边界，防止工艺介质外漏，并通过下端泄露气收集口27（d口）抽空密封腔体中的放射性氩气。
大气侧压盖23上沿径向开设有上端泄漏气收集口30，上端泄漏气收集口30与双端面干气密封结构的上方连通。正常运行时，干气密封端面处于非接触状态，缓冲氩气将持续稳定的向大气侧泄露，通过上端泄露气收集口30（a口）收集氩气达到回流的作用。
进一步地，双端面干气密封结构包括下动环12、下静环13、上动环19和上静环20，轴套3外侧设有密封座11，密封座11一体成型于轴套3上，下动环12和上动环19对称固定在密封座11的上下两个端面上，下静环13压装于弹簧b17上，使得下静环13呈浮动式设置，下静环13的上端面始终抵接在下动环12的下端面上，上静环20设于弹簧c21的下方，使得上静环20呈浮动式设置，上静环20的下端面始终抵接在上动环19的上端面上，当铅铋堆核主泵运行时，下静环13与下动环12之间、上静环20与上动环19之间为非接触状态，不会磨损，从而保证密封在正常情况下能较长时间地稳定运行，确保密封的长使用寿命。
具体地，由于工艺介质为放射性气体，不含有高硬度固体杂质，因此，下动环12和上动环19的材质为碳化硅，更为优选地，采用无压烧结碳化硅，无压烧结碳化硅是碳化硅中最硬的而且是耐腐蚀性最好的密封材料，几乎能耐所有腐蚀介质，广泛应用于石油化工中的密封和轴承等的摩擦副，下静环13和上静环20的材质为石墨，较好的导热性、较低的线膨胀系数、良好的耐蚀性和极好的自润滑性。石墨与碳化硅材料是最理想的组对材料。
进一步地，弹簧b17的上端连接有下推环18，下推环18的上端面抵接于下静环13的下端面上。
进一步地，弹簧c21的下端连接有上推环22，上推环22的下端面抵接于上静环20的上端面上。
需要指出的是，弹簧a9、弹簧b17和弹簧c21的材质为hast.c-276，材料强度高、弹性极限高、耐疲劳、耐腐蚀以及耐高、低温，使密封在高温介质中长期工作，不减少或失去原有的弹性，保持良好的补偿性。
进一步地，轴套3的下端固定有限位环14，限位环14的上端面抵接在下动环12的下端面上，能够将下动环12压紧固定在密封座11的下表面上，限位环14与密封座11共同限制下动环12的轴向移动。
进一步地，主轴1上还套装有调整环15，调整环15的下端面抵接在主轴1的轴肩上，上端面抵接在限位环14的下端面上。调整环15现场配做，根据轴套3的实际安装位置，确定调整环15的高度。
进一步地，下动环12与密封座11之间、上动环19与密封座11之间分别设置有防转销，防转销为螺纹销，防转销的螺纹端旋入密封座11内，非螺纹端伸入对应侧的下动环12或上动环19内，以限制下动环12和上动环19的周向转动。
进一步地，轴套3的外侧同轴设有节流环24，大气侧压盖23的外侧端面开设有阶梯槽，节流环24卡装入阶梯槽内。在本实施例中，节流环24的外壁与阶梯槽的内壁之间为过盈配合，节流环24的内壁与轴套3的外壁之间为间隙配合。节流环24选用石墨节流环，节流环24与轴套3的错位安装设计，使得泄漏在大气侧的缓冲氩气能大部分进入上端泄漏气收集口30（a口），减少氩气的泄漏。
进一步地，轴套3的外壁上开设有环形凹槽，大气侧压盖23的外端面上通过联结螺钉26固定有定位块25，定位块25能够卡入环形凹槽内。本发明的机械密封为集装式，装配的时候只需要将机封整体推入泵腔，压紧压盖，拆下联结螺钉26，松掉定位块25即可。机封在拆下的工序和装配相反。
需要指出的是，轴套3下端设置有一道o形圈进行密封。因轴套3上端靠近大气侧，通过外部的强制风冷以及对外的热辐射，该处温度比下端面温度可以降低约50℃，因此，在轴套3上端靠近大气侧处增加一道o形圈，即设置2道互为冗余的橡胶圈，提高密封可靠性。由于与泵体2接触位置温度较高，在泵体2与介质侧压盖4接触面之间设置金属o形圈，确保耐高温以及密封性能。介质侧压盖4与停车密封腔体7之间、停车密封环6与主轴1之间、停车密封腔体7与停车密封盖8之间、停车密封腔体7与弹簧座16之间、下推环18与下静环13之间、下动环12与密封座11之间、上动环19与密封座11之间、上推环22与上静环20之间、干气密封腔体10与大气侧压盖23之间分别设置o形圈。停车密封盖8的密封面上安装有o形圈，当停车密封盖8下移时，通过停车密封盖8上的o形圈实现密封。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
1.一种铅铋堆核主泵机械密封结构，其特征在于：包括轴套、停车密封组件和干气密封组件；
所述轴套套装固定在主轴上，所述主轴安装在泵体内，所述泵体外侧固定有介质侧压盖；
所述停车密封组件包括分瓣环、停车密封环、停车密封腔体和停车密封盖，所述分瓣环卡装在主轴上，所述停车密封腔体固定在介质侧压盖上，所述停车密封环套装在主轴上，且抵接于分瓣环上，所述停车密封盖安装在停车密封腔体内侧，所述停车密封盖与介质侧压盖之间设置有弹簧a；
所述干气密封组件包括干气密封腔体、双端面干气密封结构、弹簧座、弹簧b和弹簧c，所述干气密封腔体通过大气侧压盖压紧固定在停车密封腔体上，所述干气密封腔体与轴套之间设置双端面干气密封结构，所述弹簧座固定在停车密封腔体上，所述弹簧座与双端面干气密封结构之间设置有弹簧b，所述大气侧压盖与双端面干气密封结构之间设置有弹簧c；
所述介质侧压盖上沿径向开设有下端泄漏气收集口，所述下端泄漏气收集口与停车密封盖内侧连通；
所述停车密封腔体上沿径向开设有停车密封气入口，所述停车密封气入口与停车密封盖的上侧腔体连通；
所述干气密封腔体上沿径向分别开设有干气密封气入口和干气密封气出口，所述干气密封气入口与干气密封气出口相对设置；
所述大气侧压盖上沿径向开设有上端泄漏气收集口，所述上端泄漏气收集口与双端面干气密封结构的上方连通。
2.根据权利要求1所述的一种铅铋堆核主泵机械密封结构，其特征在于：所述双端面干气密封结构包括下动环、下静环、上动环和上静环，所述轴套外侧设有密封座，所述下动环和所述上动环对称固定在密封座的上下两个端面上，所述下静环压装于弹簧b上，所述下静环的上端面始终抵接在下动环的下端面上，所述上静环设于弹簧c的下方，所述上静环的下端面始终抵接在上动环的上端面上。
3.根据权利要求2所述的一种铅铋堆核主泵机械密封结构，其特征在于：所述弹簧b的上端连接有下推环，所述下推环的上端面抵接于下静环的下端面上。
4.根据权利要求2所述的一种铅铋堆核主泵机械密封结构，其特征在于：所述弹簧c的下端连接有上推环，所述上推环的下端面抵接于上静环的上端面上。
5.根据权利要求2所述的一种铅铋堆核主泵机械密封结构，其特征在于：所述轴套的下端固定有限位环，所述限位环的上端面抵接在下动环的下端面上，所述限位环与密封座共同限制下动环的轴向移动。
6.根据权利要求5所述的一种铅铋堆核主泵机械密封结构，其特征在于：所述主轴上还套装有调整环，所述调整环的下端面抵接在主轴的轴肩上，上端面抵接在限位环的下端面上。
7.根据权利要求2所述的一种铅铋堆核主泵机械密封结构，其特征在于：所述下动环与密封座之间、所述上动环与密封座之间分别设置有防转销。
8.根据权利要求1所述的一种铅铋堆核主泵机械密封结构，其特征在于：所述轴套的外侧同轴设有节流环，所述大气侧压盖的外侧端面开设有阶梯槽，所述节流环卡装入阶梯槽内。
9.根据权利要求8所述的一种铅铋堆核主泵机械密封结构，其特征在于：所述节流环的外壁与阶梯槽的内壁之间为过盈配合，所述节流环的内壁与轴套的外壁之间为间隙配合。
10.根据权利要求9所述的一种铅铋堆核主泵机械密封结构，其特征在于：所述轴套的外壁上开设有环形凹槽，所述大气侧压盖的外端面上通过联结螺钉固定有定位块，所述定位块能够卡入所述环形凹槽内。
技术总结