用于軸密封系統(tǒng)的填料密封件的活性表面的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的領(lǐng)域是壓水核反應(yīng)堆(EPR)的主電機(jī)驅(qū)動(dòng)栗單元的領(lǐng)域。更確切地，本發(fā)明涉及主電機(jī)驅(qū)動(dòng)栗單元的主機(jī)械填料密封件的活性表面，也稱為活性面。
【背景技術(shù)】
[0002]在核反應(yīng)堆中，主栗在壓水反應(yīng)堆的主回路中產(chǎn)生水循環(huán)。一種軸動(dòng)態(tài)密封系統(tǒng)確保了在該主回路和大氣之間的密封。該軸密封系統(tǒng)是一種受控的泄漏系統(tǒng)。它包括三個(gè)串聯(lián)布置的密封件。每個(gè)密封件都包括確保主密封的兩個(gè)活性表面。一個(gè)活性表面，被稱為旋轉(zhuǎn)活性表面，安裝在一個(gè)被連接到該軸的旋轉(zhuǎn)組件中，另一活性表面，被稱為浮動(dòng)活性表面，被安裝在一個(gè)非旋轉(zhuǎn)組件中，但其自由地被軸向地設(shè)置以遵循該軸的可能的軸向位移。
[0003]密封件n° 1確保了在主回路和大氣之間的最大部分壓降。它是流體靜力學(xué)類型的，具有10 μ m數(shù)量級(jí)的厚度的水膜。確保主密封的活性表面的面的特定幾何形狀能夠在旋轉(zhuǎn)中在關(guān)閉時(shí)自動(dòng)調(diào)整它們的間距，該間距僅取決于密封件的AP。活性表面最初由氧化鋁制成，但它們?cè)絹?lái)越經(jīng)常由更耐磨的氮化硅制成。
[0004]密封件n° 1以受控的泄漏率操作，由于在其活性面上加工的特定輪廓，在操作中以6001/h的數(shù)量級(jí)。這可以從155巴的壓力切換到約為2巴的壓力。
[0005]然而，在現(xiàn)有技術(shù)的密封件n° 1中，需要注意到的是，氧化鐵的嚴(yán)重沉積污染了活性面并修改了這些面的梯度，導(dǎo)致對(duì)泄漏率的改變。
[0006]Gregory Lefevre, Ljiljana S.Zivkovic and Anne Jaubertie 的文獻(xiàn)“赤鐵礦粒子在核反應(yīng)堆冷卻栗-實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的氧化鋁密封面板上的沉積和工業(yè)反饋”，Hem.1nd.，2012年，解釋了該污染現(xiàn)象是由于一種兩個(gè)步驟的現(xiàn)象:
[0007]-粒子通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)的、電泳的和熱泳的現(xiàn)象從所述溶液朝所述活性表面運(yùn)輸；
[0008]-然后它們通過(guò)物理化學(xué)相互作用粘附到密封面上。在現(xiàn)有技術(shù)中，這些交互被視為實(shí)質(zhì)上是由于赤鐵礦粒子帶正電，而活性表面的面帶負(fù)電的事實(shí)。
[0009]為了克服該問(wèn)題，文獻(xiàn)US7287756提出了在活性表面的面上增加催化劑。該催化劑優(yōu)選為以下組分或以下組分的混合物:錸、釕、銠、鈀、銀、鋨、銥、鉑、金。從文獻(xiàn)US7287756中，鐵作為FeOOH (針鐵礦)和Fe2+離子存在于溶液中。針鐵礦將沉積在填料密封件的面上。同時(shí)，F(xiàn)e2+離子將由分子氧氧化成將沉淀和強(qiáng)化該沉積物的Fe3+離子。該沉積物然后將發(fā)展成赤鐵礦(Fe203)。催化劑的使用將可以在其中分離二氫，導(dǎo)致減少化學(xué)勢(shì)，以防止Fe2+離子氧化和減少轉(zhuǎn)化到Fe 2+離子的當(dāng)前Fe 3+，因此防止了發(fā)生氧化物沉積。
[0010]申請(qǐng)人已經(jīng)確定了用于在活性表面的面上形成氧化物沉積物的另一機(jī)構(gòu)。因此，我們提出一種考慮該形成機(jī)構(gòu)的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是通過(guò)提供一種有效的解決方案，以防止核反應(yīng)堆的主電機(jī)驅(qū)動(dòng)栗單元的軸密封系統(tǒng)的密封件n° 1的活性表面的污染，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
[0012]為此，本發(fā)明旨在用涂層涵蓋密封件n° 1的活性表面的面，該圖層阻止了 Fe2+離子吸附在該活性表面的面上。
[0013]事實(shí)上，申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)已顯示出，F(xiàn)e2+和赤鐵礦粒子的同時(shí)出現(xiàn)對(duì)于形成沉積物是必需的。該沉積物僅在Fe2+為熱力學(xué)穩(wěn)定形式的Pourbaix圖的場(chǎng)中實(shí)施，該動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致了赤鐵礦粒子仍然存在。此外，這表明了，沉積發(fā)生在低能面上，該低能面為不良的電子給體。例如在全氟烷氧基(PFA)上觀察到，其具有小于20mJ/m2的總表面能以及小于5mJ/m2的電子給體組分。沉積也發(fā)生在高能表面上，該高能表面為強(qiáng)電子給體組分，例如具有50mJ/m2的總表面能和56mJ/m2的電子給體組分的氮化硅。然而，沉積以低電子給體組分(3mJ/m2)強(qiáng)烈地延遲在高能微晶金剛石面(50mJ/m2)上。
[0014]更確切地，本發(fā)明提供了一種用于旨在確保在主回路和大氣之間密封的核反應(yīng)堆的主電機(jī)驅(qū)動(dòng)栗單元的軸密封系統(tǒng)的活性表面，該活性表面的一個(gè)面覆蓋有保護(hù)層，該保護(hù)層由一種具有大于30mJ/m2的表面能和小于15mJ/m 2的電子給體組分的材料制成。
[0015]用一種具有大于30mJ/m2的表面能和小于15mJ/m 2的電子給體組分的材料覆蓋該活性表面的面可防止Fe2+離子吸附在該活性表面的面上。事實(shí)上，與現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)中描述的連接現(xiàn)象不同，赤鐵礦粒子不直接地連接到該活性表面的面上，但它們連接到本身被吸附在該活性表面的面上的Fe2+離子。事實(shí)上，F(xiàn)e2+鐵離子被該活性表面的負(fù)電子給體面所吸引。Fe2+是一種路易斯酸，它與出現(xiàn)在該活性表面的面上的氧氣基反應(yīng)，并且進(jìn)而能夠與具有很強(qiáng)電子給體組分的膠體或微粒Fe203反應(yīng)。Fe 2+離子然后可以吸附在赤鐵礦粒子的面上并且該反應(yīng)繼續(xù)作為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，其導(dǎo)致該活性表面被污染。因此，為了防止該活性表面被污染，申請(qǐng)人提出通過(guò)用一個(gè)保護(hù)層覆蓋該面，F(xiàn)e2+離子應(yīng)被阻止吸附在該活性表面的面上。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的活性表面也可以具有單獨(dú)或根據(jù)任何技術(shù)可能的組合所采取的一個(gè)或多個(gè)以下特征。
[0017]該活性表面可以是一種浮動(dòng)活動(dòng)表面或旋轉(zhuǎn)活動(dòng)表面。
[0018]被選擇用于該保護(hù)層的材料優(yōu)選地具有大于35mJ/m2的表面能，并且更優(yōu)選地大于37mJ/m2，甚至更有利地大于50mJ/m2。實(shí)際上，所選材料的表面能越大，該面越將會(huì)與結(jié)合水的膜水合，該膜屏蔽Fe2+離子的面并防止其吸附。被選擇用于該保護(hù)層的材料具有一種優(yōu)選地小于10mJ/m2以及更優(yōu)選地少于5mJ/m2的電子給體組分，從而限制與Fe 2+離子的相互作用和防止其吸附。該電子給體組分或基本組分由帶有三種液體的接觸角所確定:雙極、單極和非極液體。
[0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，被選擇用于該保護(hù)層的材料是具有50mJ/m2的表面能和3mJ/cm2的低電子給體組分的納米或微晶體鉆石。
[0020]根據(jù)另一實(shí)施例，被選擇用于該保護(hù)層的材料是具有44mJ/m2的總表面能和
0.3mJ/cm2的電子給體組分的氮化鈦(TiN)。
[0021]根據(jù)另一實(shí)施例，被選擇用于該保護(hù)層的材料是具有41mJ/m2的總表面能和
0.4mJ/cm2的電子給體組分的氮化鉻(CrN)。
[0022]根據(jù)另一實(shí)施例，被選擇用于該保護(hù)層的材料是具有33mJ/m2的表面能和9mJ/cm2的電子給體組分的化學(xué)鎳(Ni)。
[0023]根據(jù)另一實(shí)施例，被選擇用于該保護(hù)層的材料是碳化硅(SiC)。事實(shí)上，作為其組成物的函數(shù)，該材料可以具有足夠高的表面能以防止Fe2+離子被該活性表面的面所吸引并且具有足夠低的電子給體組分以限制在Fe2+離子和該面之間的相互作用。
[0024]本發(fā)明不僅限于所提到的層。
[0025]有利地，該保護(hù)層具有一個(gè)大于lOOnm從而連續(xù)，以及小于100 μ m從而減少裂紋風(fēng)險(xiǎn)并在斷開(kāi)的情況下限制干擾的厚度。該層優(yōu)選地具有一個(gè)在1和5 μπι之間的厚度。
[0026]有利地，該活性表面由氮化硅制成。
[0027]旨在接觸水膜的每個(gè)活性表面的面優(yōu)選地完全覆蓋有該保護(hù)層。
[0028]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該活性表面可進(jìn)一步覆蓋有一個(gè)設(shè)置在該保護(hù)層和該活性表面的面之間的連接層。該連接層允許改進(jìn)該保護(hù)層的連接。該連接層的組分取決于該保護(hù)層的組分。
[0029]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該活性表面的面，以及更精確地該保護(hù)層的，進(jìn)一步通過(guò)凸塊陣列被微結(jié)構(gòu)化或納米結(jié)構(gòu)化，該凸塊可可以是孔或支柱。
[0030]每個(gè)孔都具有在10nm和5 μ m之間的側(cè)面尺寸，以及在10nm到5 μ m的深度。在兩個(gè)連續(xù)孔之間的距離是在10nm和5 μ m之間。
[0031]每個(gè)支柱都具有在10nm和5 μπι之間的尺寸。長(zhǎng)寬比，也就是高度/側(cè)面尺寸比，必須優(yōu)選地小于2并且更優(yōu)選地小于1，從而為了避免侵蝕現(xiàn)象。在兩個(gè)連續(xù)支柱之間的距離是在10nm和5 μ m之間。
[0032]通過(guò)在Fe2+離子仍被連接到該保護(hù)層的面的情況下限制連接點(diǎn)，該微型器或納米結(jié)構(gòu)化可以防止Fe203粒子連接到Fe 2+離子。
[0033]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該至少一個(gè)活性表面的面，并且更精確地該保護(hù)層的面，可以進(jìn)一步具有分層結(jié)構(gòu)。在500nm和5 μ m之間以及優(yōu)選地在1 μ m和和2 μ