(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110494926 A(43)申请公布日 2019.11.22
(21)申请号 201880024186.0(22)申请日 2018.04.03(30)优先权数据
175****2017.04.04 FR(85)PCT国际申请进入国家阶段日
2019.10.10(86)PCT国际申请的申请数据
PCT/EP2018/058483 2018.04.03(87)PCT国际申请的公布数据
WO2018/185096 FR 2018.10.11(71)申请人 法马通公司
地址 法国库尔布瓦(72)发明人 本杰明·德维拉
权利要求书2页 说明书6页 附图4页
(74)专利代理机构 北京鸿德海业知识产权代理
事务所(普通合伙) 11412
代理人 王再芊(51)Int.Cl.
G21C 15/243(2006.01)F04D 29/00(2006.01)
(54)发明名称
用于核反应堆的泵(57)摘要
泵包括：引导结构(15)，具有置于泵轴(9)周围的管状部(19)；热障(37)包括置于由热障盖(41)界定的凹进(47)中的热交换器(45)；热屏蔽(57)，径向地插在热障(37)与引导结构(15)的管状部(19)之间。热屏蔽(57)包括径向地插在热障主体(39)与管状部(19)之间的上热屏蔽(73)以及径向地插在热障盖(41)与管状部(19)之间的下热屏蔽(75)，上热屏蔽(73)压抵在所述热障主体(39)上，并且下热屏蔽(75)压抵在管状部(19)上。
CN 110494926 ACN 110494926 A
权 利 要 求 书
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1.一种用于核反应堆的流体的泵，所述泵(1)包括：固定结构(3)；泵轴(9)，该泵轴相对于所述固定结构(3)围绕转轴(X)可旋转；泵轮(11)，该泵轮刚性地紧固到所述泵轴(9)；由所述泵轮(11)调动的流体的引导结构(15)，该引导结构紧固到所述固定结构(3)，所述引导结构(15)包括置于所述泵轴(9)周围的管状部(19)，所述引导结构(15)在内侧界定用于所述流体的循环室，所述泵轮(11)置于所述循环室中；
热障(37)，该热障径向地插在所述管状部(19)与所述泵轴(9)之间，所述热障(37)包括热障主体(39)与热障盖(41)，所述热障盖(41)沿着所述泵轴(9)轴向地插在所述热障主体(39)与所述泵轮(11)之间，所述热障(37)包括置于由所述热障盖(41)界定的壳体(47)中的热交换器(45)；
热屏蔽(57)，该热屏蔽径向地插在所述热障(37)与所述引导结构(15)的所述管状部(19)之间；
其特征在于：所述热屏蔽(57)包括径向地插在所述热障主体(39)与所述管状部(19)之间的上热屏蔽(73)以及径向地插在所述热障盖(19)与所述管状部(19)之间的下热屏蔽(75)，所述上热屏蔽(73)压抵在所述热障主体(39)上，并且所述下热屏蔽(75)压抵在所述管状部(19)上。
2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于：所述上热屏蔽(73)刚性地紧固到所述热障主体(39)。
3.根据权利要求1或2所述的泵，其特征在于：所述上热屏蔽(73)具有朝向所述下热屏蔽(75)的下轴向端(81)，该下轴向端(81)由防流体环周焊接(82)刚性地紧固到所述管状部(19)。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的泵，其特征在于：所述上热屏蔽(73)由上间隙(76)与所述管状部(19)分离，所述上热屏蔽(73)与所述下热屏蔽(75)之间的腔(88)将所述上间隙(76)流体连接到所述壳体(47)。
5.根据权利要求4所述的泵，其特征在于：所述热障(37)包括置于所述上间隙(76)中或所述腔(88)中的至少一个防水头损失或防流体装置(97)。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的泵，其特征在于：所述下热屏蔽(75)刚性地紧固到所述管状部(19)。
7.根据权利要求6与权利要求4或5的组合所述的泵，其特征在于：所述下热屏蔽(75)包括延伸部(91)，该延伸部啮合在所述上间隙(76)中，并且刚性地紧固到所述管状部(19)。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的泵，其特征在于：所述下热屏蔽(75)由与所述壳体(47)流体连通的下间隙(86)与所述热障盖(41)分离。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的泵，其特征在于：所述上热屏蔽和/或所述下热屏蔽(73、75)包括盒(99)和彼此平行地设置在所述盒(99)中的多个板(101)，所述板(101)由厚度小于1.5mm的液体叶片(103)彼此分离。
10.根据权利要求9所述的泵，其特征在于：各板(101)具有小于0.8mm的厚度。11.根据前述权利要求中任意一项所述的泵，其特征在于：所述泵包括设置在所述泵轴(9)周围的至少一个轴封(59、61、63)和径向地设置在所述热障主体(39)与所述泵轴(9)之
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权 利 要 求 书
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间的室(66)，所述室(66)沿着所述泵轴(9)轴向地设置在所述轴封(59、61、63)与所述壳体(47)之间，所述泵还包括用于注入屏障流体的装置(67)，该装置(67)包括用于将屏障流体注入到所述室(66)中的注入回路(69)，所述屏障流体在遵循从所述室(66)到所述壳体(47)、然后从所述壳体(47)到所述流体循环室(17)的路径(71)的同时沿着所述泵轴(9)流动。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的泵，其特征在于：所述引导结构(15)包括在内侧界定所述循环室(17)的蜗壳(21)和设置在所述蜗壳(21)内部并限定所述管状部(19)的扩散部(25)。
13.根据前述权利要求中任意一项所述的泵，其特征在于：所述上热屏蔽和所述下热屏蔽(73、75)是两个互相独立的结构。
14.根据前述权利要求中任意一项所述的泵，其特征在于：所述热障主体(39)和所述热障盖(41)是两个分立的结构。
15.根据权利要求14所述的泵，其特征在于：所述管状部(19)在径向内侧由与所述旋转轴线(X)同轴的大致圆柱表面(83)界定，所述热障主体(39)在径向外侧由与所述旋转轴线(X)同轴的大致圆柱表面(84)界定，所述上热屏蔽(73)置于所述管状部(19)的所述表面(83)与所述热障主体(39)的所述表面(84)之间。
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说 明 书用于核反应堆的泵
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【技术领域】
[0001]本发明总体涉及核反应堆泵，具体涉及旨在调动反应堆的一次流体的一次泵。【背景技术】
[0002]更具体地，根据第一方面，本发明涉及一种用于核反应堆的流体的泵，该泵包括：[0003]固定结构；[0004]泵轴，该泵轴相对于固定结构围绕转轴可旋转；[0005]泵轮，该泵轮刚性地紧固到泵轴；[0006]由泵轮调动的流体的引导结构，该引导结构紧固到固定结构，引导结构包括置于泵轴周围的管状部，引导结构在内侧界定用于流体的循环室，泵轮置于所述循环室中；[0007]热障，该热障径向地插在管状部与泵轴之间，热障包括热障主体和热障盖，该热障盖沿着泵轴轴向地插在热障主体与泵轮之间，热障包括置于由热障盖界定的壳体中的热交换器；
[0008]热屏蔽，该热屏蔽径向地插在热障与引导结构的管状部之间。[0009]这种泵通常包括限定管状部的扩散部。可以抵靠管状部紧固热屏蔽。在热屏蔽与热障主体之间于是存在间隙。
[0010]这种泵通常包括动态防流体装置，密封流体沿着泵轴喷射。该密封流体在防流体装置处流动以及沿着泵轴流动到接收热交换器的壳体中，然后流动到在泵轮上方的室中，并且最后流动到一次流体中。
[0011]在动态防流体装置故障的情况下，高温一次流体从循环室沿着轴上升到接收热交换器的壳体中。一次流体流动到动态防流体装置。与该主流动并行地，高温一次流体的再循环出现在热屏蔽与热障主体之间的间隙中。
[0012]来自一次流体的热量扩散穿过热障主体，一直到置于泵轴周围的防流体垫圈。[0013]上升通过交换器的一次流体的热功率部分地被后者提取。屏蔽与未被热交换器冷却的热障之间的一次流体再循环直接在热障主体的上部中提供热功率且由扩散一直提供到在防流体主体上游的腔。因此，动态防流体装置具有比在具有注入的泵的操作期间更高的温度。
[0014]然而，为了使泵有效操作，密封物的温度必须一直保持低于90℃。[0015]通过热障主体扩散的热流在获得该结果时是难点。
【发明内容】
[0016]在该背景下，本发明的目的在于提出一种泵，其中更容易将泵轴的防流体垫圈保持在低于它们的最大授权温度。[0017]为此，本发明涉及一种前面提及的类型的泵，该泵的特征在于：热屏蔽包括径向地插在热障主体与管状部之间的上热屏蔽和径向地插在热障盖与管状部之间的下热屏蔽，上热屏蔽压抵在热障主体上，并且下热屏蔽压抵在管状部上。
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说 明 书
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因为上热屏蔽压抵在热障上，所以主体与上热屏蔽之间仅存在非常薄的间隙。在
热障主体与上热屏蔽之间可以实际上没有流体循环。通过热障主体朝向泵轴的密封物扩散的热流得以减少。
[0019]泵还可以具有单独或根据所有技术上可能的组合考虑的、以下特征中的一个或几个：
[0020]上热屏蔽刚性地紧固到热障主体；
[0021]上热屏蔽具有朝向下热屏蔽的下轴向端，其由防流体环周焊接刚性地紧固到管状部；
[0022]上热屏蔽由上间隙与管状部分离，上热屏蔽与下热屏蔽之间的腔将上间隙流体连接到壳体；
[0023]热障包括置于上间隙中或腔中的至少一个防水头损失或防流体装置；[0024]下热屏蔽刚性地紧固到管状部；[0025]下热屏蔽包括延伸部，该延伸部啮合在上间隙中，并且刚性地紧固到管状部；[0026]下热屏蔽由与壳体流体连通的下间隙与热障盖分离；
[0027]下和/或上热屏蔽包括盒和彼此平行地设置在盒中的多个板，板由厚度小于1.5mm的液体叶片彼此分离；
[0028]各板具有小于0.8mm的厚度；
[0029]泵包括设置在泵轴周围的至少一个轴封和径向地设置在热障主体与泵轴之间的室，室沿着泵轴轴向地设置在轴封与壳体之间，泵还包括用于注入屏障流体的装置，该装置包括用于将屏障流体注入到室中的注入回路，屏障流体沿泵轴流动，同时遵循从室到壳体、然后从壳体到流体循环室的路径；[0030]引导结构包括在内侧界定循环室的蜗壳和设置在蜗壳内部并限定管状部的扩散部；
[0031]上和下热屏蔽是两个互相独立的结构；[0032]热障主体和热障盖是两个分立的结构；
[0033]管状部在径向内侧由与旋转轴线同轴的大致圆柱表面界定，热障主体在径向外侧由与旋转轴线同轴的大致圆柱表面界定，上热屏蔽置于管状部的表面与热障主体的表面之间。
[0034]根据第二方面，本发明涉及一种核反应堆，该核反应堆包括内部放置核燃料组件的容器和一次回路，容器包括一次流体入口和一次流体出口，一次回路将一次流体出口流体连接到一次流体入口，并且包括具有上述特性的泵，该泵被设置为确保一次流体从容器的一次流体出口到一次流体入口的循环。
【附图说明】
[0035]本发明的其它特征和优点将参照附图备考且非限制性地从下面提供的本发明的详细描述显现，附图中：
[0036]图1是根据本发明的一次核反应堆泵的部分视图；[0037]图2是图1的泵的热障和热屏蔽的放大图；以及[0038]图3和图4是图2的细节III和IV的放大。
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说 明 书
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【具体实施方式】
[0039]图1所示的泵旨在调动核反应堆的流体。通常，该泵是旨在调动核反应堆的一次流体的一次泵。
[0040]在压水反应堆(PWR)中，反应堆包括包含核燃料组件的容器以及蒸汽发生器。蒸汽发生器具有一次流体和二次流体在内部分别循环的一次侧和二次侧，一次流体在蒸汽发生器中将其热能的一部分给二次流体。反应堆包括一次回路，该一次回路将容器的一次流体出口连接到蒸汽发生器的一次侧上的入口，并且将蒸汽发生器的一次侧的出口连接到容器的一次流体入口。泵插在一次回路中，并且确保一次流体在一次回路中的循环。[0041]在变型例中，泵是插在核反应堆的二次回路上的二次泵。它确保二次流体在蒸汽发生器的二次侧与蒸汽轮机之间的循环。[0042]在沸水反应堆(BWR)中，一次回路将反应堆的容器直接连接到蒸汽轮机。在这种情况下，泵插在涡轮机与容器的一次流体入口之间的一次回路上。[0043]在变型例中，泵用于核反应堆的其它回路中，以调动任意类型的流体。[0044]如图1所示，泵包括固定结构3，该固定结构被设置为由图1未示出的不同装置刚性地连接到反应堆的土木工程。图1中仅部分示出固定结构3。它具体包括一次法兰5和马达支承7。这些零件由任意适当装置连接到彼此。
[0045]泵1还包括相对于固定结构3可围绕旋转轴线X旋转的泵轴9。旋转轴线X通常大致垂直。
[0046]泵1通常包括收容在马达支承7上方的、未示出的马达。马达驱动泵轴9的旋转。[0047]泵1还包括刚性地紧固到泵轴9的泵轮11。[0048]在所例示的示例中，泵轮11刚性地紧固到泵轴9的下端13。[0049]此外，泵1包括用于由泵轮11调动的流体的引导结构15。引导结构15在内侧界定用于流体的循环室17，泵轮11置于循环室17中。
[0050]人在图1中可以看到引导结构15包括置于泵轴周围的管状部19。管状部19与轴线X同轴。
[0051]更具体地，引导结构15包括在内侧界定循环室17的蜗壳21。蜗壳21刚性地紧固到固定结构3，并且更具体地为紧固到主法兰5。[0052]在所例示的示例中，泵1为螺旋离心型，蜗壳21在其沿着轴线X的延伸中具有位于泵轮11下方的流体入口23。未示出的流体出口沿着相对于轴线X的径向设置在蜗壳21中。[0053]此外，引导结构15包括设置在蜗壳21内部的扩散部25。有利地，扩散部25限定管状部19。扩散部25也由任意适当的装置刚性地紧固到固定结构3。
[0054]扩散部25通常包括使管状部19向下延伸的流体引导部27。引导部27设置在泵轮11的延伸中，并且具有朝向室17引导由泵轮排放的流体的内通道29。[0055]蜗壳21具有形成刚性地紧固到主法兰5的法兰31的上部31。[0056]管状部19包括形成置于法兰31内部的法兰的上段33。管状部19还包括将上段33连接到下引导部27的中间段35。
[0057]管状部19在内侧内界定管，该管用于使泵轴19通过，并且用于收容稍后将描述的不同设备。
[0058]泵1还包括热障37，该热障径向地插在管状部19与泵轴9之间。
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说 明 书
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该热障37包括热障主体39和热障盖41。热障主体39为管状，并且包围泵轴9。沿着轴线X，它大致位于法兰形成上段33处。盖41沿着泵轴9轴向地插在热障主体39与泵轮11之间。盖41和热障主体39是两个分立的结构。
盖41在热障主体的下端面处紧固到热障主体39。盖41大致位于上段33和中间段35
处。
更具体地，人在图1中可以看到管状部19与泵轴9界定内部收容热障37的环形体
积。该环形体积由环状壁43朝向泵轮11轴向封闭，环状壁形成扩散部25的一部分。环形体积在径向外侧由段33和35界定。环形体积在径向内侧由泵轴9界定。[0065]热障37还包括热交换器45，该热交换器45置于由热障盖41界定的壳体47中。壳体47为圆柱形，并且完全包围泵轴9。它由热障盖的环形壁49朝向泵轮11轴向封闭。壳体47在径向外侧由热障盖的圆柱壁51封闭。壳体47由热障盖39相对于泵轮轴向封闭。壳体47在径向内侧由固定到热障主体的迷宫环53封闭。[0066]热障37还包括冷却剂的供应55。该供应连接到热交换器45，并且向热交换器的内部提供冷却剂的循环。[0067]此外，热屏蔽57径向地插在热障37与管状部19之间。稍后将详细描述该热屏蔽57。[0068]泵1通常包括一个或几个置于泵轴9周围的轴封。在所例示的示例中，泵包括轴向地一个接一个放置的三个轴封59、61、63。这些密封物由轴承65而且由热障37与泵轮11轴向分离。并入到热障中的交换器使得可以在屏障流体供应损失的情况下热保护轴封。[0069]轴承65提供泵轴9的旋转引导。轴承65被收容在径向界定于热障主体39与泵轴9之间的室66中。轴承65径向地紧固在热障主体39的下部中。
[0070]室66沿着泵轴9轴向地位于轴封59与热障壳体47之间。室66径向地设置在热障主体39与泵轴9之间。[0071]通常，泵1还包括用于注入屏障流体的装置67。屏障流体用来防止流体通过泵组件一直上升到轴封装置59、61、63。[0072]装置67包括回路69，该回路被设置为将冷屏障流体注入到室66中。冷屏障流体循环通过轴封59、61、63以及朝向蜗壳21的室17循环。
[0073]屏障流体的流动遵循沿着泵轴9从室66到壳体47、然后从壳体47到循环室17的路径71。
[0074]如图2更具体地示出的，热屏蔽57包括：上热屏蔽73，该上热屏蔽径向地插在热障主体39与管状部19之间；和下热屏蔽75，该下热屏蔽径向地插在热障盖41与管状部19之间。[0075]上和下热屏蔽是两个互相独立的结构，即，没有刚性紧固到彼此。[0076]上热屏蔽73为圆柱形，并且与轴线X同轴。上热屏蔽73被置于热障主体19周围。[0077]上热屏蔽73压抵在热障主体39上。这里，“压抵在……上”指代上热屏蔽73与热障主体接触或由非常薄的间隙与其分离的事实。该厚度通常小于2mm，优选地小于1mm。[0078]相反，上热屏蔽73由在详细视图3和4中更清楚地可视的上间隙76与管状部19分离。该间隙76具有大于3mm(优选地大于5mm)的厚度。[0079]人在图1中可以清楚地看到，上热屏蔽73径向地插在热障主体39与管状部的法兰形成上段33之间。
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更具体地，热障主体39包括管状部分78，在径向外侧界定室66。热障主体39还包括
法兰79，该法兰从部分79的上端径向向外突出。法兰79轴向地夹在主法兰5与上段33之间。[0081]热障主体79还包括退出部分80，该退出部分使管状部分79的下端径向向内且朝向泵轮轴向地延伸。退出部分80将室66与壳体47分离。[0082]上热屏蔽73刚性地紧固到热障主体39。[0083]更具体地，上热屏蔽73具有下轴向端81，该下轴向端面向紧固到热障主体19的下热屏蔽75。
[0084]下轴向端81由防流体环周焊接82紧固到热障主体39。该焊接82在热障主体79的整个外围上延伸。因此，热障主体39与上屏蔽73之间的间隙由焊接82和下部防流体地封闭，这防止流体在上热屏蔽73与热障主体39之间的任意循环。
[0085]管状部19在径向内侧由与轴线X同轴的大致圆柱表面83界定。热障主体39且更具体地为该主体的圆柱部79在径向外侧由与轴线X同轴地大致圆柱表面84界定。上热屏蔽73置于表面83与84之间。
[0086]上热屏蔽73在径向内侧由内表面85界定。该表面85通常为大致圆柱形，并且与轴线X同轴。
[0087]内表面85压抵在热障主体39的表面84上。[0088]通常，表面85的轴较低区与表面84的面对区直接接触，或者由厚度小于1mm，例如，厚度0.5mm的间隙与面对区分离。表面85的其余部分由具有稍微更大厚度，例如，0.5与1.5mm之间的间隙与表面84分离。[0089]如上面指示的，下热屏蔽75压抵在管状部19上。它由焊接刚性地紧固到径向内表面83。它压抵在管状部19的中间段35上。下热屏蔽为圆柱形且与轴线X同轴。[0090]下热屏蔽75由与壳体47流体连通的下间隙86与热障盖41分离。如图所示，下热屏蔽75插在热障盖的壁51与管状部19之间。壁51在径向外侧由大致圆柱表面87界定。下间隙86在径向内侧由表面87界定并且在径向外侧由下热屏蔽75界定。[0091]具体如图2和图3所示，在上热屏蔽与下热屏蔽之间存在腔88。该腔88的体积取决于热障盖39与热障主体之间的连接、下和上热屏蔽的设计、其紧固以及在泵的不同运行条件期间的相应变形。该腔88的体积将为了限制室17与热障37之间的热桥而被最小化。[0092]换言之，上热屏蔽73和下热屏蔽75相对于彼此具有有限的轴向分离。然而，该分离必须保持超过最小值，例如，1.5mm。[0093]下间隙86也与腔88流体连通。间隙89设置在热障主体39与热障盖41(图3)之间，并且流体连接腔88和壳体47。
[0094]如在图3和图4中可见的，下热屏蔽75包括延伸部91，该延伸部啮合在上间隙76中，并且刚性地紧固到管状部19。延伸部91具有圆柱形状。它使下热屏蔽75的径向外壁延伸。它在上热屏蔽73的整个轴向高度上延伸。延伸部91的上边缘93由在图4中可视的焊珠95焊接到管状部19。
[0095]该延伸部使得可以将下热屏蔽方便地紧固到管状部19。延伸部91实际上升高到法兰形成上段33的高度，并且可以容易地焊接。[0096]如在图2和图3中具体可视的，热障37有利地包括置于上间隙76或腔88中的至少一个防水头损失或防流体装置97。该装置被设置为限制或防止流体在上间隙76中的循环，具
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体为在动态防流体装置67的损失的情况下将从壳体47上升的一次流体。在所例示的示例中，装置97插在上热屏蔽73与延伸部91之间。[0097]在变型例中，装置97在腔88中插在上热屏蔽75与下热屏蔽73之间。装置97具有所有类型：金属叶片、织带、迷宫密封、防流体垫圈、段等。
[0098]装置97在图2和图3所示的示例中紧固到上热屏蔽的下端。在变型例中，它们不同地安装，并且例如压缩在两个屏蔽之间。[0099]如在图3和图4中可视的，上热屏蔽73和下热屏蔽75通常具有相同结构。它们有利地各包括圆柱盒99和彼此平行地设置在盒99内部的多个板101。盒99和板101通常为金属的。板101各具有圆柱形状，并且彼此平行地同心放置。它们例如具有小于0.8mm，通常为0.4mm的厚度。
[0100]板由液体叶片103彼此分离，这些液体叶片有利地具有小于1.5mm的厚度。液体叶片的厚度例如为1mm。各屏蔽包括大量板，优选地为至少三十个板101，更优选地为至少四十个板101。
[0101]具有小厚度的液体叶片和因此具有大量板的选择使得可以限制液体在板之间的对流。
[0102]隔件105使得可以维持板101之间的分离。在图3所示的示例中，隔件105固定到盒的上盖107。
[0103]诸如孔口109之类的孔口使得可以在对泵液压系的维护期间排空上屏蔽。[0104]在正常操作期间，供应55将冷却剂注入到热交换器45中。此外，装置67将屏障流体注入到室66中，屏障流体在防流体垫圈59、61、63中以及沿着循环路径71流动到壳体47中，然后从壳体47流动到循环室17中。因此，该屏障流体填充室47、腔88以及上间隙76和下间隙86。上热屏蔽73和下热屏蔽75也填充有流体，例如，屏障流体。该屏障流体通常为水。[0105]由于屏障流体的注入，一次流体不沿着泵轴9以及密封物59、61、63上升，它们因此保持处于它们的标称温度。[0106]此外，热量从循环室17通过扩散部25一直到密封物59、61、63的传导受用于冷屏障流体的注入装置67、热交换器47以及上和下热屏蔽73和75的存在而得以限制。[0107]在由屏障流体的注入引起的动态防流体装置故障的情况下，不再有沿着泵轴9的屏障流体的任何循环。填充循环室17的加压一次流体然后沿着轴一直上升到壳体47，并且由热交换器45部分冷却。再循环发生在壳体47与热障盖41与下热屏蔽73之间界定的间隙86之间。
[0108]防水头损失或流体装置97限制上间隙76中的再循环。相反，一次流体无法在热障主体39与上热屏蔽73之间循环。由上部中的可能再循环产生的热功率的贡献得以消除。因此，通过热障主体39传导引起的热传递被限制。因此，密封物59以及其它密封物61和63的温升也得到限制。[0109]相反，下间隙86总是与壳体47流体连通的事实使得可以在热障盖41中获得均匀的温度。这随着时间的过去对于该盖的机械强度是有利的。
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