高温气冷堆主氦风机

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2024-03-12 17:02:49

权利要求书： 1.一种高温气冷堆主氦风机，其特征在于，包括叶轮内固定环(9)、叶轮外固定环(10)、壳体(19)及叶轮外固定环安装基体(16)；

热气导管外管(2)套接于热气导管内管(11)外，且热气导管外管(2)的中部断开，叶轮内固定环(9)套接于热气导管内管(11)外，叶轮外固定环(10)套接于叶轮内固定环(9)外，且叶轮外固定环(10)位于热气导管外管(2)上的断开位置处，叶轮外固定环(10)与叶轮内固定环(9)之间连接有主氦风机叶轮(8)，叶轮外固定环(10)安装于叶轮外固定环安装基体(16)上，叶轮外固定环安装基体(16)上布置有轴封装置、顶轴和偏心装置及驱动齿轮装置。

2.根据权利要求1所述的高温气冷堆主氦风机，其特征在于，轴封装置包括轴封组件、轴封注入系统(14)、轴封回流系统(15)、负压控制阀(29)、轴封回流风机(24)、收集罐排气阀(26)、气体收集罐(27)、轴封调节阀(12)及两个轴封隔离阀组(13)；

轴封组件包括由内向外依次设置的第一道主密封(21)、第二道辅助密封(22)及第三道隔离密封(23)；第一道主密封(21)、第二道辅助密封(22)及第三道隔离密封(23)均套接于叶轮外固定环安装基体(16)上，第一道主密封(21)、第二道辅助密封(22)及第三道隔离密封(23)依次安装于轴封组件安装基体(20)上，轴封组件安装基体(20)与壳体(19)相连接，且第一道主密封(21)、第二道辅助密封(22)、叶轮外固定环安装基体(16)及轴封组件安装基体(20)之间形成第一个密封腔室，第二道辅助密封(22)、第三道隔离密封(23)、叶轮外固定环安装基体(16)及轴封组件安装基体(20)之间形成第二个密封腔室，轴封注入系统(14)的出口经轴封调节阀(12)及第一个轴封隔离阀组(13)与第一个密封腔室相连通，第二个密封腔室通过第二个轴封隔离阀组(13)、负压控制阀(29)、轴封回流风机(24)及收集罐排气阀(26)与气体收集罐(27)相连通。

3.根据权利要求2所述的高温气冷堆主氦风机，其特征在于，还包括放射性测量系统(28)；放射性测量系统(28)与轴封回流风机(24)并联连通。

4.根据权利要求3所述的高温气冷堆主氦风机，其特征在于，轴封回流风机(24)与大气排气阀(25)之间的管路上连通有大气排气阀(25)，放射性测量系统(28)与大气排气阀(25)及收集罐排气阀(26)锁连。

5.根据权利要求1所述的高温气冷堆主氦风机，其特征在于，驱动齿轮装置包括驱动电机(4)、驱动齿轮(18)及齿轮副(17)；驱动电机(4)的驱动端(5)与驱动齿轮(18)相连接，齿轮副(17)固定于叶轮外固定环安装基体(16)上，且齿轮副(17)与驱动齿轮(18)相啮合。

6.根据权利要求1所述的高温气冷堆主氦风机，其特征在于，顶轴和偏心装置包括油箱(6)、顶轴油泵(30)、油过滤器(31)、设备冷却水系统(40)及油温控制阀(7)；

叶轮外固定环安装基体(16)位于油箱(6)的上方，叶轮外固定环安装基体(16)的上侧设置有上部径向偏心轴承组件(36?1)及上部顶轴和偏心轴承组件(39?1)，叶轮外固定环安装基体(16)的下侧设置有下部径向偏心轴承组件(36?2)及下部顶轴和偏心轴承组件(39?

2)，下部顶轴和偏心轴承组件(39?2)及上部顶轴和偏心轴承组件(39?1)内均设置有相连通的轴向顶轴管路(35)及径向偏心管路(38)，顶轴油泵(30)的入口经油过滤器(31)与油箱(6)相连通，顶轴油泵(30)的出口与轴向顶轴管路(35)相连通；

油箱(6)内设置有油冷却器(3)，油冷却器(3)的出口经设备冷却水系统(40)及油温控制阀(7)与油冷却器(3)的入口相连通。

7.根据权利要求6所述的高温气冷堆主氦风机，其特征在于，顶轴油泵(30)的出口经顶轴油压力传感器(1)及注油管线(34)与轴向顶轴管路(35)相连通。

8.根据权利要求6所述的高温气冷堆主氦风机，其特征在于，上部顶轴和偏心轴承组件(39?1)及下部顶轴和偏心轴承组件(39?2)上均设置有顶轴组件温度探测器(37)。

9.根据权利要求6所述的高温气冷堆主氦风机，其特征在于，油箱(6)内设置有油温计(32)，其中，油温计(32)与油温控制阀(7)锁连。

10.根据权利要求6所述的高温气冷堆主氦风机，其特征在于，油箱(6)内设置有油位计(33)。

说明书：一种高温气冷堆主氦风机技术领域[0001] 本发明属于核能开发和利用的领域，涉及一种高温气冷堆主氦风机。背景技术[0002] 球床模块式高温气冷堆采用氦气作为一回路冷却剂，一回路冷却剂由主氦风机提供驱动压头，主氦风机安装在蒸汽发生器顶部，主氦风机壳体属于一回路冷却剂的压力边

界，主氦风机采用内置电机驱动，驱动电机为鼠笼式异步感应电机。电机安装在压力边界内

部，一方面不利于设备检修和运行巡视，另外还会导致石墨粉尘沉积影响电气设备的安全

运行。

[0003] 主氦风机转子由电磁轴承支撑，并设置辅助轴承防止事故情况下电磁轴承磨损。虽然辅助轴承拥有一定的保护能力，但是仅能保证约5次的转子跌落事故，存在维修不便的

问题。另外，电磁轴承安装和控制非常精密，对于安装要求和控制系统运行稳定性、精确度

要求非常高。

发明内容[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高温气冷堆主氦风机，该风机能够有效解决主氦风机维修不便的问题，安全性及可靠性较高。

[0005] 为达到上述目的，本发明所述的高温气冷堆主氦风机包括叶轮内固定环、叶轮外固定环、壳体及叶轮外固定环安装基体；

[0006] 热气导管外管套接于热气导管内管外，且热气导管外管的中部断开，叶轮内固定环套接于热气导管内管外，叶轮外固定环套接于叶轮内固定环外，且叶轮外固定环位于热

气导管外管上的断开位置处，叶轮外固定环与叶轮内固定环之间连接有主氦风机叶轮，叶

轮外固定环安装于叶轮外固定环安装基体上，叶轮外固定环安装基体上布置有轴封装置、

顶轴和偏心装置及驱动齿轮装置。

[0007] 轴封装置包括轴封组件、轴封注入系统、轴封回流系统、负压控制阀、轴封回流风机、收集罐排气阀、气体收集罐、轴封调节阀及两个轴封隔离阀组；

[0008] 轴封组件包括由内向外依次设置的第一道主密封、第二道辅助密封及第三道隔离密封；第一道主密封、第二道辅助密封及第三道隔离密封均套接于叶轮外固定环安装基体

上，第一道主密封、第二道辅助密封及第三道隔离密封依次安装于轴封组件安装基体上，轴

封组件安装基体与壳体相连接，且第一道主密封、第二道辅助密封、叶轮外固定环安装基体

及轴封组件安装基体之间形成第一个密封腔室，第二道辅助密封、第三道隔离密封、叶轮外

固定环安装基体及轴封组件安装基体之间形成第二个密封腔室，轴封注入系统的出口经轴

封调节阀及第一个轴封隔离阀组与第一个密封腔室相连通，第二个密封腔室通过第二个轴

封隔离阀组、负压控制阀、轴封回流风机及收集罐排气阀与气体收集罐相连通。

[0009] 还包括放射性测量系统；放射性测量系统与轴封回流风机并联连通。[0010] 轴封回流风机与大气排气阀之间的管路上连通有大气排气阀，放射性测量系统与大气排气阀及收集罐排气阀锁连。

[0011] 驱动齿轮装置包括驱动电机、驱动齿轮及齿轮副；驱动电机的驱动端与驱动齿轮相连接，齿轮副固定于叶轮外固定环安装基体上，且齿轮副与驱动齿轮相啮合。

[0012] 顶轴和偏心装置包括油箱、顶轴油泵、油过滤器、设备冷却水系统及油温控制阀；[0013] 叶轮外固定环安装基体位于油箱的上方，叶轮外固定环安装基体的上侧设置有上部径向偏心轴承组件及上部顶轴和偏心轴承组件，叶轮外固定环安装基体的下侧设置有下

部径向偏心轴承组件及下部顶轴和偏心轴承组件，下部顶轴和偏心轴承组件及上部顶轴和

偏心轴承组件内均设置有相连通的轴向顶轴管路及径向偏心管路，顶轴油泵的入口经油过

滤器与油箱相连通，顶轴油泵的出口与轴向顶轴管路相连通；

[0014] 油箱内设置有油冷却器，油冷却器的出口经设备冷却水系统及油温控制阀与油冷却器的入口相连通。

[0015] 顶轴油泵的出口经顶轴油压力传感器及注油管线与轴向顶轴管路相连通。[0016] 上部顶轴和偏心轴承组件及下部顶轴和偏心轴承组件上均设置有顶轴组件温度探测器。

[0017] 油箱内设置有油温计，其中，油温计与油温控制阀锁连。[0018] 油箱内设置有油位计。[0019] 本发明具有以下有益效果：[0020] 本发明所述的高温气冷堆主氦风机在具体操作时，主氦风机独立于蒸汽发生器布置，其中，热气导管外管套接于热气导管内管外，叶轮内固定环套接于热气导管内管外，叶

轮外固定环套接于叶轮内固定环外，且叶轮外固定环位于热气导管外管上的断开位置处，

叶轮外固定环与叶轮内固定环之间连接有主氦风机叶轮，在工作时，热气导管内管内的氦

气自上到下流动，热气导管外管内的氦气自下到流动，在风机所在空间范围内实现热氦进

出和冷氦进出两个流道，实现主氦风机的结构简单化及最小化布置，另外，主氦风机易损部

件与一回路冷却剂不接触，避免了易损部件被沾污的问题，实现主氦风机的维修便捷性，且

安全性及可靠性较高。

附图说明[0021] 图1为本发明的结构示意图；[0022] 图2为轴封装置的结构示意图；[0023] 图3为驱动齿轮装置的结构示意图；[0024] 图4为顶轴和偏心装置的结构示意图。[0025] 其中，1为顶轴油压力传感器、2为热气导管外管、3为油冷却器、4为驱动电机、5为驱动端、6为油箱、7为油温控制阀、8为主氦风机叶轮、9为叶轮内固定环、10为叶轮外固定

环、11为热气导管内管、12为轴封调节阀、13为轴封隔离阀组、14为轴封注入系统、15为轴封

回流系统、16为叶轮外固定环安装基体、17为齿轮副、18为驱动齿轮、19为壳体、20为轴封组

件安装基体、21为第一道主密封、22为第二道辅助密封、23为第三道隔离密封、24为轴封回

流风机、25为大气排气阀、26为收集罐排气阀、27为气体收集罐、28为放射性测量系统、29为

负压控制阀、30为顶轴油泵、31为油过滤器、32为油温计、33为油位计、34为注油管线、35为

轴向顶轴管路、36?1为上部径向偏心轴承组件、36?2为下部径向偏心轴承组件、37为顶轴组

件温度探测器、38为径向偏心管路、39?1为上部顶轴和偏心轴承组件、39?2为下部顶轴和偏

心轴承组件、40为设备冷却水系统。

具体实施方式[0026] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是

本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以

下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于

本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他

实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0027] 在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的

各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造

公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形

状、大小、相对位置的区域/层。

[0028] 参考图1，本发明所述的高温气冷堆主氦风机包括叶轮内固定环9、叶轮外固定环10、壳体19及叶轮外固定环安装基体16；热气导管外管2套接于热气导管内管11外，且热气

导管外管2的中部断开，叶轮内固定环9套接于热气导管内管11外，叶轮外固定环10套接于

叶轮内固定环9外，且叶轮外固定环10位于热气导管外管2上的断开位置处，叶轮外固定环

10与叶轮内固定环9之间连接有主氦风机叶轮8，在工作时，热气导管内管11内的氦气自上

到下流动，热气导管外管2内的氦气自下到流动，壳体19位于热气导管外管2外，且壳体19与

热气导管外管2之间有间隙，叶轮外固定环10安装于叶轮外固定环安装基体16上，叶轮外固

定环安装基体16上布置有轴封装置、驱动齿轮装置及顶轴和偏心装置。

[0029] 参考图2，轴封装置包括轴封组件、轴封注入系统14及轴封回流系统15，轴封组件包括内向外分别为第一道主密封21、第二道辅助密封22及第三道隔离密封23，第一道主密

封21、第二道辅助密封22及第三道隔离密封23均套接于叶轮外固定环安装基体16上，第一

道主密封21、第二道辅助密封22及第三道隔离密封23依次安装于轴封组件安装基体20上，

轴封组件安装基体20与壳体19相连接，且第一道主密封21、第二道辅助密封22、叶轮外固定

环安装基体16及轴封组件安装基体20之间形成第一个密封腔室，第二道辅助密封22、第三

道隔离密封23、叶轮外固定环安装基体16及轴封组件安装基体20之间形成第二个密封腔

室，轴封注入系统14的出口经轴封调节阀12、第一个轴封隔离阀组13与第一个密封腔室相

连通，第二个密封腔室通过第二个轴封隔离阀组13、负压控制阀29、轴封回流风机24及收集

罐排气阀26与气体收集罐27相连通，放射性测量系统28与轴封回流风机24并联连通，轴封

回流风机24与大气排气阀25之间的管路上连通有大气排气阀25，放射性测量系统28与大气

排气阀25及收集罐排气阀26锁连。

[0030] 其中，第一道主密封21用于防止一回路冷却剂泄漏的作用，正常运行时内部压力为一回路冷却剂压力(7MPa)，外部由轴封注入系统14提供7.2MPa压力的干净冷氦气，且压

力由轴封调节阀12控制，干净冷氦气在压差的作用下由内向外流过第一道主密封21进入主

回路；第二道辅助密封22用于承担减少干净冷氦气消耗量的作用，将第一道主密封21减压

引漏至轴封回流系统15；同时在第一道主密封21失效和轴封注入系统14故障情况下代替第

一道主密封21，降低一回路冷却剂向环境扩散的风险，另外可以将通过第一道主密封21及

第二道辅助密封22的一回路冷却剂回收至轴封回流系统15中，正常运行期间，第二道辅助

密封22减压后轴封回流系统15入口的压力为?10pa，由轴封回流风机24及负压控制阀29保

证。第三道隔离密封23外为大气环境，在轴封回流风机24运行时，使第二个密封腔室形成

约?10pa的负压，大气经过第三道隔离密封23在压差作用下由外向内流动进入第二个道密

封腔室，并被轴封回流风机24抽出，轴封回流风机24入口处设置有负压控制阀29，用于控制

第二个道密封腔室的负压值。在轴封回流系统15的排放管线上引出一路进入放射性测量系

统28中，当排气检测无放射性时，则放射性测量系统28控制大气排气阀25开启，收集罐排气

阀26关闭，轴封排气直接排向大气；当排气检测出含有放射性时，放射性测量系统28控制大

气排气阀25关闭，收集罐排气阀26开启，轴封排气被气体收集罐27收集，防止放射性气体进

入大气污染环境中。

[0031] 参考图3，驱动齿轮装置包括驱动电机4、驱动齿轮18及齿轮副17；驱动电机4的驱动端5与驱动齿轮18相连接，齿轮副17固定于叶轮外固定环安装基体16上，且齿轮副17与驱

动齿轮18相啮合，驱动电机4为6.6k变频电机。

[0032] 参考图4，顶轴和偏心装置包括油箱6、顶轴油泵30、油过滤器31、顶轴油压力传感器1、注油管线34、设备冷却水系统40及油温控制阀7；

[0033] 叶轮外固定环安装基体16位于油箱6的上方，叶轮外固定环安装基体16的上侧设置有上部径向偏心轴承组件36?1及上部顶轴和偏心轴承组件39?1，叶轮外固定环安装基体

16的下侧设置有下部径向偏心轴承组件36?2及下部顶轴和偏心轴承组件39?2，下部顶轴和

偏心轴承组件39?2及上部顶轴和偏心轴承组件39?1内均设置有相连通的轴向顶轴管路35

及径向偏心管路38，顶轴油泵30的入口经油过滤器31与油箱6相连通，顶轴油泵30的出口经

顶轴油压力传感器1及注油管线34与轴向顶轴管路35相连通。上部顶轴和偏心轴承组件39?

1上及下部顶轴和偏心轴承组件39?2均设置有顶轴组件温度探测器37。

[0034] 油箱6内设置有油冷却器3，油冷却器3的出口经设备冷却水系统40及油温控制阀7与油冷却器3的入口相连通，油箱6内设置有油温计32及油位计33，其中，油温计32与油温控

制阀7锁连。

[0035] 通过油过滤器31过滤润换油中杂质，防止磨损，顶轴油泵30及油过滤器31的数目均为两个，采用一备一用的运行方式，通过顶轴油压力传感器1用于测量顶轴油压。通过轴

向顶轴管路35保证叶轮外固定环安装基体16在固定轴向位置，从而控制主氦风机整体的转

动部件在轴向方向位移满足要求，径向偏心管路38保证上部径向偏心轴承组件36?1及下部

径向偏心轴承组件36?2，径向偏心管路38及轴向顶轴管路35出来的油在重力的作用下掉落

到油箱6内，在工作时，根据油温计32测量得到的数据控制油温控制阀7的开度，使得油箱6

内的油维持在40℃左右。