Sellos de parada activados térmicamente para árboles giratorios.

Un sello de parada para rodear un árbol rotatorio (34) y evitar que un fluido en una zona anular (174) que rodeaal árbol (34) se salga del sello de parada después de que la rotación del árbol haya disminuido o de que elárbol (34) deje de girar,

que comprende:

un anillo partido contraíble (172) que rodea el árbol (34), teniendo el anillo partido (172) extremos opuestos,pudiendo el anillo partido (172) contraerse para estrechar o cerrar sustancialmente una porción de la zonaanular (174) y

un anillo (180) de retención generalmente rígido que rodea el árbol (34) y está separado del mismocorriente arriba, en la dirección del flujo del líquido, desde el anillo partido (172), teniendo el anillo (180) deretención un diámetro interno separado del árbol (34), definiendo el diámetro interno una porción de la zonaanular (174),

caracterizada porque

dicho anillo partido (172) tiene un diámetro interno separado del árbol (34) cuando el árbol está rotando,definiendo el diámetro interno una porción de la zona anular (174),

porque, además, hay dispuesto un separador (176) entre los extremos opuestos del anillo partido (172)para mantener el espacio anular entre los extremos opuestos durante la operación normal del árbol (34),siendo operable el separador (176) para ser extraído de entre los extremos opuestos cuando el líquido seeleva por encima de una temperatura preseleccionada para que el anillo partido (172) pueda contraerse, yporque un anillo polimérico flexible (178) rodea el árbol (34) y está colocado entre el anillo partido (172) y elanillo (180) de retención, teniendo el anillo polimérico (178) un diámetro interno separado del árbol (34)cuando el árbol gira, definiendo el diámetro interno una porción de la zona anular (174), siendo empujadohacia el árbol (34) el anillo polimérico flexible (178) por un diferencial de presión en el anillo poliméricocuando el anillo partido (172) se contrae y se mueve dentro de la zona anular (174) hacia el árbol (34).

Sellos de parada activados térmicamente para árboles giratorios

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a sellos de parada de árboles giratorios y, más en particular, a un sello de parada accionado térmicamente para una bomba centrífuga de líquidos.

2. Descripción de la técnica relacionada

En las centrales eléctricas nucleares con agua a presión se usa un sistema refrigerante del reactor para transportar calor del núcleo del reactor a generadores de vapor para la producción de vapor. El vapor se usa luego para impulsar un generador de turbinas para la producción de trabajo útil. El sistema refrigerante del reactor incluye una pluralidad de circuitos refrigerantes separados, cada uno de los cuales está conectado al núcleo del reactor y contiene un generador de vapor y una bomba de refrigerante del reactor.

Típicamente, la bomba del refrigerante del reactor es una bomba centrífuga vertical de una sola etapa diseñada para mover grandes volúmenes de refrigerante del reactor a temperaturas y presiones elevadas, por ejemplo 288°C y 16 MPa. La bomba incluye, básicamente, tres secciones generales desde su parte inferior a la superior: las secciones hidráulica, de sello del árbol y de motor. La sección hidráulica inferior incluye un impulsor montado en el extremo inferior del árbol de la bomba, que es operable dentro de la carcasa de la bomba para bombear refrigerante del reactor por el respectivo circuito. La sección superior de motor incluye un motor que está acoplado para impulsar el eje de la bomba. La sección central de sello del árbol incluye tres conjuntos de sellado en tándem: los conjuntos de sellado primario inferior (sello número 1) , secundario central y terciario superior. Los conjuntos de sellado están situados de forma concéntrica con respecto al árbol de la bomba y cerca del extremo superior del mismo, y su propósito combinado es permitir una fuga mínima, a lo largo del árbol de la bomba, de refrigerante del reactor a la atmósfera del recinto de contención durante condiciones operativas normales. En las patentes estadounidenses nos 3.522.948, 3.529.838, 3.632.117, 3.720.222 y 4.275.891 se describen ejemplos representativos de conjuntos de sellado de árboles de bombas conocidos en la técnica anterior.

En el documento WO2007/047 104 A1 se encuentra otro ejemplo de la técnica anterior. La porción de delimitación previa de la reivindicación 1 se basa en ese documento.

Los conjuntos de sellado del árbol de la bomba que sellan mecánicamente la superficie de contacto entre el límite estacionario de presión de la bomba y el árbol giratorio deben ser capaces de contener la elevada presión del sistema (aproximadamente 15, 51 MPa) sin fugas excesivas. Se usa la disposición en tándem de tres conjuntos de sellos para descomponer la presión en etapas. Estos tres conjuntos mecánicos de sellos de la bomba son sellos de fuga controlada que, en operación, permiten una cantidad mínima de fuga controlada en cada etapa a la vez que evitan una fuga excesiva de refrigerante del reactor desde el sistema primario de refrigeración a las respetivas aberturas de la tubería de recogida de fugas de los sellos.

Los conjuntos de sellado de la bomba son mantenidos normalmente a temperaturas muy por debajo de las del sistema primario de refrigeración, ya se mediante la inyección de fluido frío en los conjuntos de sellado o mediante el uso de un intercambiador de calor que enfríe el fluido primario antes de que alcance los conjuntos de sellado. El fallo teorizado de estos sistemas puede exponer a los conjuntos de sellado a altas temperaturas que probablemente hagan que la fuga controlada de los conjuntos de sellado aumente drásticamente. Cuando la causa de la pérdida de todo el refrigerante del combustible se debe a la pérdida de toda la corriente CA, la tubería de recogida de fugas no tiene ningún medio para regresar al sistema de refrigerante sin electricidad para alimentar las bombas de aporte. La fuga controlada sin el medio de aporte podría conducir hipotéticamente a que el refrigerante del reactor dejara al descubierto el núcleo del reactor y al subsiguiente deterioro del núcleo.

En consecuencia, existe la necesidad de una manera efectiva de dar mayor seguridad a los conjuntos estándar de sellado en el caso de una pérdida simultánea de toda la refrigeración del combustible y del bombeo de aporte. Además, tal sello de apoyo debería ser operable, preferentemente, tras la pérdida de corriente u otra causa de la pérdida de la capacidad de bombeo de aporte para sellar sustancialmente el árbol contra fugas.

Resumen de la invención

Se logran los anteriores objetivos, según la presente invención, mediante un sello de parada accionado térmicamente para un árbol de velocidad reducida o equipos de rotación detenidos, como una bomba, un compresor

o similar, que estén diseñados para restringir la fuga normal de refrigerante a través de un sello del árbol. El sello de parada de la presente invención es útil para sellar cualquier equipo que tenga una zona anular de flujo estrecho entre su árbol y su alojamiento. El sello de parada fue diseñado para sellar una bomba centrífuga, tal como una bomba de refrigerante de reactor de un reactor nuclear de agua a presión. La Figura 2 ilustra una bomba del

refrigerante del reactor (RCP) del tipo empleado por la Westinghouse Electric Company LLC para hacer circular agua a alta temperatura a presiones elevadas en el circuito primario de un reactor nuclear de agua a presión.

El sello de parada se caracterizada por un “anillo partido” que está diseñado para (i) rodear el árbol con una zona anular entre ambos durante la operación normal y para (ii) contraerse contra el árbol cuando el árbol desciende por debajo de una velocidad predeterminada o deja de girar. El anillo partido tiene extremos opuestos que se mantienen en una relación separada por medio de un separador cuando el árbol gira durante la operación normal en línea. Cuando el árbol disminuye su velocidad o deja de girar y se eleva la temperatura del alojamiento, se extrae el separador de los extremos opuestos del anillo partido y el anillo partido se contrae contra el árbol al aproximarse entre sí los extremos opuestos del anillo partido, lo que obstruye una porción sustancial de la fuga del refrigerante a través de la zona anular de flujo. En una realización, el separador está formado de un material fundible. En una segunda realización, el separador es traccionado del anillo partido por un dispositivo de accionamiento pasivo.

Preferentemente, el sello de parada también tiene un anillo polimérico flexible de cierre que es empujado contra el árbol por un aumento de presión en el alojamiento cuando el anillo partido obtura la fuga de refrigerante a través de la zona anular. En una realización adicional, la redondez de la zona anular del anillo mejora cuando el anillo es mantenido en la posición abierta por el engrosamiento de una porción radial de la circunferencia del anillo aproximadamente a 180° desde el corte.

Breve descripción de los dibujos

Puede lograrse una comprensión adicional de la invención a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferentes cuando es leída en unión con los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 es una representación esquemática de un circuito de refrigeración de un sistema convencional de refrigeración de un reactor nuclear, que incluye un generador de vapor un una bomba de refrigerante del reactor conectados en serie con el reactor en un sistema de circuito cerrado; la Figura 2 es una vista en perspectiva en corte de la sección de sellado del árbol de una bomba del refrigerante del reactor que ilustra en sección transversal el alojamiento de los sellos y los conjuntos de sellos primario inferior, secundario central y terciario superior, que están dispuestos dentro del alojamiento de los sellos y rodean el árbol de la bomba; la Figura 3 es una vista en corte transversal ampliada de una porción del alojamiento de los sellos y de los conjuntos de sellos de la bomba del refrigerante del reactor de la Figura 2; la Figura 4 es una vista en corte de una disposición de sellos de árbol que muestra una vista ampliada del sello primario inferior mostrado en las Figuras 2 y 3 al que la presente invención puede ser aplicada; la Figura 5 es una porción ampliada... [Seguir leyendo]

1. Un sello de parada para rodear un árbol rotatorio (34) y evitar que un fluido en una zona anular (174) que rodea al árbol (34) se salga del sello de parada después de que la rotación del árbol haya disminuido o de que el árbol (34) deje de girar, que comprende:

un anillo partido contraíble (172) que rodea el árbol (34) , teniendo el anillo partido (172) extremos opuestos, pudiendo el anillo partido (172) contraerse para estrechar o cerrar sustancialmente una porción de la zona anular (174) y un anillo (180) de retención generalmente rígido que rodea el árbol (34) y está separado del mismo corriente arriba, en la dirección del flujo del líquido, desde el anillo partido (172) , teniendo el anillo (180) de

retención un diámetro interno separado del árbol (34) , definiendo el diámetro interno una porción de la zona anular (174) , caracterizada porque dicho anillo partido (172) tiene un diámetro interno separado del árbol (34) cuando el árbol está rotando, definiendo el diámetro interno una porción de la zona anular (174) ,

porque, además, hay dispuesto un separador (176) entre los extremos opuestos del anillo partido (172) para mantener el espacio anular entre los extremos opuestos durante la operación normal del árbol (34) , siendo operable el separador (176) para ser extraído de entre los extremos opuestos cuando el líquido se eleva por encima de una temperatura preseleccionada para que el anillo partido (172) pueda contraerse, y porque un anillo polimérico flexible (178) rodea el árbol (34) y está colocado entre el anillo partido (172) y el

anillo (180) de retención, teniendo el anillo polimérico (178) un diámetro interno separado del árbol (34) cuando el árbol gira, definiendo el diámetro interno una porción de la zona anular (174) , siendo empujado hacia el árbol (34) el anillo polimérico flexible (178) por un diferencial de presión en el anillo polimérico cuando el anillo partido (172) se contrae y se mueve dentro de la zona anular (174) hacia el árbol (34) .

2. El sello de parada de la reivindicación 1 en el que el polímero del anillo polimérico (178) es un polímero de 25 PEEK y/o tiene una temperatura de transición vítrea cercana a la temperatura preseleccionada.

3. El sello de parada de la reivindicación 1 en el que la temperatura preseleccionada es de aproximadamente 149°C o mayor.

4. El sello de parada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en el que el separador (176) comprende un polietileno lineal de baja densidad con un índice de fusión de al menos 25 g/10 min a 190°C con 2, 16 k g y con

un punto de transición vítrea de aproximadamente 103°C y una temperatura de fusión de aproximadamente 124°C.

5. El sello de parada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que incluye un resorte (182) colocado para empujar el anillo partido (172) contra el anillo polimérico flexible (178) sustancialmente en la dirección del eje longitudinal del árbol (34) .

35 6. El sello de parada de la reivindicación 5 en el que el resorte (182) es un resorte ondulado.

7. El sello de parada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en el que el anillo polimérico (178) tiene un grosor de aproximadamente 6, 2 mm.

8. El sello de parada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en el que el diámetro interno del anillo partido

(172) es hasta 0, 025 mm mayor que el diámetro exterior adyacente del árbol (34) .

40 9. El sello de parada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 que incluye un accionador (184) sensible al calor unido al separador (176) , que es sensible a un aumento en la temperatura del líquido dentro de la zona anular

(174) hasta la temperatura preseleccionada o por encima de ella para traccionar el separador (176) de entre los extremos opuestos del anillo partido (172) .

10. El sello de parada de la reivindicación 9 en el que el accionador (184) sensible al calor comprende un pistón

45 (186) amovible dentro de un cilindro que es sensible a un cambio de estado del material dentro del cilindro, a la temperatura preseleccionada, para moverse en la dirección para traccionar el separador (176) de entre los extremos opuestos del anillo partido (172) .

11. El sello de parada de la reivindicación 10 en el que el material es octacosano o cualquier otra cera.

12. El sello de parada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en el que el anillo (180) de retención está 50 recubierto, al menos parcialmente, con un polímero.

13. El sello de parada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 en el que el anillo partido (172) tiene una porción circunferencial (198) engrosada radialmente aproximadamente a 180 grados desde los extremos opuestos del anillo partido (172) .

14. El sello de parada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 en el que el diámetro interno del anillo (180) de retención forma un intersticio de extrusión entre el anillo de retención y el árbol (34) de aproximadamente entre 0, 08 mm y 1, 7 mm.

15. El sello de parada de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 en el que la parte inferior del anillo (180) de retención que hace contacto con el árbol (34) tiene un coeficiente de fricción de aproximadamente 0, 2 o menor.