Improvement of Reliability and Ecological Safety of NPP Reactor Coolant Pump Seals

Abstract

The paper presents the analysis of existing designs of NPP reactor coolant pumps (RCP) rotor sealing systems. The most common design solutions of sealing units that provide the necessary tightness, reliability and service life under high pressure, temperature and sliding speeds typical for RCP, as well as trends for their improvement to increase tightness and environmental safety of activities were identified.Designs of impulse seals with a self-adjusting clearance are presented as the most promising assemblies for sealing pump shafts with high parameters. A computer model of impulse mechanical seal as an automatic control system is proposed. A framework for calculating impulse mechanical seals has been developed, allowing the choice of their main geometric parameters to ensure the optimal value of the mechanical clearance and the friction moment on the sealing contact surfaces. Expressions are obtained for constructing the static and flow characteristics of a impulse mechanical seal, the condition for its dynamic stability is determined. The paper presents the shaft sealing system of RCP, main nodes of which are several stages of impulse mechanical seals with a self-regulating clearance.

Виконано аналіз існуючих конструкцій ущільнювань систем роторів головних циркуляційних насосів АЕС. Визначено найбільш поширені конструктивні рішення ущільнюючих вузлів, які забезпечують необхідні надійність і ресурс в умовах високих тисків, температур і швидкостей ковзання, характерних для головних циркуляційних насосів, а також тенденції в напрямку їх удосконалення з метою підвищення герметичності й екологічної безпеки роботи. Наведені конструкції імпульсних ущільнень із саморегульованим зазором, як найбільш перспективні вузли для герметизації валів насосів із високими параметрами. Запропонована розрахункова модель імпульсного ущільнення як системи автоматичного регулювання. Розроблено загальний порядок розрахунку імпульсних торцових ущільнень, що дозволяє вибором їх основних геометричних параметрів забезпечувати оптимальне значення торцового зазору і моменту тертя на ущільнюючих контактних поверхнях. Отримано вирази для побудови статичної та видаткової характеристик імпульсного торцового ущільнення, визначено умову його динамічної стійкості. Наведено систему ущільнення вала головного циркуляційного насоса, основними вузлами якого використані кілька ступенів імпульсних торцевих ущільнень із саморегульованим зазором.