某核电厂主泵轴密封分析.pdf

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1、某核电厂主泵轴密封分析福建福清核电有限公司(福州350318)黄峰安峰杨全超文学【摘要l核电厂主冷却剂泵的轴封至关重要。对一种首次在我国应用的核主泵用动压密封的结构组成、密封机理、工作流程和试验表现进行了介绍分析，为该主泵后续的运行维护和同类型机封在国内的应用提供参考。【关键词】压水堆反应堆冷却剂泵机械密封全流量试验一、前言压水堆是一种技术成熟、有着丰富安全运行历史的堆型，目前世界-卜核电站大部分使用的是压水堆，压水堆也是我国核电站的主流堆型。反应堆冷却剂泵(简称主泵)是该类型核电站的核心部件，其作用是使一回路的冷却剂循环流动，将堆芯冷却，避免堆芯熔毁，

2、同时将堆芯产生的热能通过蒸汽发生器传给二回路。压水堆主泵一般都设计有机械密封式的轴封，以控制～回路中的高温、高压、强放射性冷却剂的泄漏。主泵轴封面临着高压、高转速的工况，还需要具有低的泄漏量和长期运行的稳定性，其性能的好坏关系到整个核电站的安全可靠运行，是主泵乃至一回路中最重要的部件之一。二、机械密封分类在民用核技术的发展过程中，产生了不同风格的主泵。与主泵相配套的机械密封也形成了各自的特点。根据机械密封动静环密封面之问液膜的形成机理，可以将机械密封分为流体动压密封和流体静压密封两类。1．流体静压密封流体静压密封的原理是在密封动静环中的一面或66然黧然：

3、叭㈣期者两面上加工各种形状的径向凹槽式台阶、径向圆锥面等，使两个密封面之间形成径向收敛的斜面。这种径向收敛的锥度会使其中的液体产生流体静压效应使动静环分开，在动静环之间形成一层完整的液膜，从而对动静环进行润滑和冷却，并实现节流降压的作用。不论动环是否转动，这种静压效应都可以起作用。这种类型的密封可以单级承受较大压力，但是也具有较大的泄漏量。流体静压型机械密封是核电站主泵比较常用的机械密封类型，一个典型的流体静压型核主泵机械密封组是由三级机械密封串联而成。第一级是流体静压型机械密封，第二、三级为接触式机械密封。在15．5MPa的工作压力下，第一级基本承受全

4、部压力(15．3MPa)，起主要作用，其动静环间的液膜厚度为10—20um，泄漏率500—700L／h。第二级密封只承担0．17MPa的压力，泄漏率也较低。在第一级密封失效的情况下，第二级密封组件在高压下会发生变形，动环端面发生偏转，从而形成具有收敛面形式的非接触式密封。变形后的第二级密封可在较短时间内(约30min)替代第一级密封的功能，承担全部压差。2．流体动压密封流体动压型机械密封是以雷诺方程为理论基础，利用在密封面上加工各种形状的流体动压槽或波形来产生流体动压力。由于这些流体动压槽或波形的存在，在动静环发生相对运动的方向上构成了楔形间隙。当动环转

5、动时，液体会黏附在摩擦副的表面随之运动，进入到两摩擦面之间。液体向楔形间隙较窄的方向运动时流动的收敛性使其压力升高，即产生了一定的流体动压力，把动静环两个面分开，形成一层约几微米厚的液膜，辨祝屁Ⅲ通m力：．帆鬯肌然保持两摩擦表面非接触，大大降低了摩擦阻力和表面磨损，减少了泄漏，提高了使用寿命。流体动压型机械密封适用于高温、高压、高转速的工况，也是核电站主泵常用机械密封类型。在核主泵中这种密封也是三级串联，而且每一级结构基本相同，每一级承受的压差也相同或着相近，在事故工况下每一级都可以承但全系统的压力。根据密封面的形状，流体动压型机械密封有很多种类。下文介

6、绍某核电厂主泵使用的一种波纹面式动压密封，这是该类型的动压密封首次在我国应用。三、某核电厂主泵轴封宅力通用祝械GMl，；fj，础／“mf}jIII。f§1．轴封的结构和工作机理该核电厂主泵用的流体动压式轴封是由三级机械密封串联而成，如图l所示，每一级机械密封具有相同的几何结构，可以互换。在正常运行时，三级机械密封通过节流管段均匀分担轴封注入水压力(15．4MPa)，每级机械密封分担约l／3的压差(约5MPa)，在事故工况下，每一级密封都能够承但全系统的压力。图1三级密封示意图每一级机械密封由一对动静环组成，图l中动环材质是石墨，摩擦面为平面。静环的材质是

7、碳化钨加入一些镍元素和铬元素组成的硬质合金。硬质合金常常被用做机械密封中的硬质摩擦副，碳化钨是硬质合金的典型代表。碳化钨具有硬度高、抗弯强度高、耐磨性好、热导率较高和膨胀系数较小等优点，加入的镍、铬两种元素可以提高材料的强度、韧性和高温下耐蚀性，是一种理想的高寿命的摩擦副材料。如图2所示，在静环面的外侧有一圈波纹面式的凹槽，深约几微米，凹槽与密封面相交形成一圈波纹。动静环相配合时，动静环密封面之间形成了如图3所示的沿周向的周期性波纹状收敛间隙和沿径向的收敛间隙。径向的收敛间隙可以产生静压效应，使动静环泄i栖图z静环波纹面不接触，因此，在泵不转的情况下，密

8、封面之间也存在着液膜。主泵停机时低压泄漏流量不为零也证实了液膜的存在。当主泵转动