核主泵静压轴封极限工况下运行可靠性研究

核电厂一回路主泵静压轴封现场运行期间,多次出现超出厂家运行技术要求的工况,由于缺乏主泵静压轴封运行参数影响机理研究,严重制约着轴封极限运行工况下的可靠性分析和评价。依托CPR1000核电机组100型核主泵双锥角静压轴封,提出一种流固耦合分析数值模型,系统阐述了极低压差、极限温度、内外锥角等关键因素对密封泄漏特性的影响机理。通过对极限工况运行可靠性进行研究,提出极限运行工况建议值,即压差不低于0.6 MPa,极限注入温度不高于100℃。可以为现场核主泵静压轴封极限工况下运行可靠性评价提供量化参考和指导。

核主泵静压轴封泄漏特性影响因素数值研究

CPR1000核电机组主泵静压轴封运行参数多次超出厂家最低压差要求,需要针对静压轴封极低压差运行特性和影响因素参数敏感性进行研究。本文针对100型核主泵双锥角静压轴封,提出一种简化的流固热耦合分析数值模型并通过试验数据验证,系统阐述了极低压差、O形圈位置、转速等因素对密封泄漏特性(泄漏量、温升、锥角变化、液膜厚度)影响的机理。根据研究,低压差运行时锥角在温差的作用下呈增大现象,与高压差作用下锥角减小的现象相反,现场低压差运行限值可以考虑适当降低至1 MPa,而不会导致液膜厚度显著下降。动、静环密封板背部O形圈槽内高压区比例与泄漏量呈相反变化规律,高压区比例自0.2增加至1,泄漏量变化率可达47%。本研究可以为主泵静压轴封极低压差运行策略制定和现场运行期间影响因素变化对泄漏特性的研究提供参考和指导。

核主泵流体静压轴封组件一级密封流场的数值分析

为了分析一回路压力、轴封注入水温度和泵轴转速对密封性能的影响,采用简化雷诺方程对1号密封性能进行数值模拟以获得摩擦副端面的压力分布,然后求取不同压力、不同温度、不同转速下密封液膜厚度、泄漏量等性能参数。数值模拟分析中未考虑由于介质温度导致的摩擦副变形,但对全厂断电工况下高温介质对密封性能的影响进行了分析。数值模拟计算中考虑了离心力对密封性能的影响。分析结果表明:1号密封泄漏量随压力增加而增大,并且在低压区更敏感。介质温度低于100℃时,1号密封泄漏量随温度呈线性变化;介质温度高于100℃时,1号密封泄漏量随温度增加而显著增大。由于静压轴封组件为高压大直径密封,其离心力对密封性能有较大影响,当泵轴转速增大时,1号密封泄漏量减小。在不同介质压力下,介质压力低时,密封泄漏量的数值模拟计算结果与试验结果一致;介质压力高时,1号密封泄漏量计算结果与试验结果偏差较大。与试验结果相比,采用简化雷诺方程计算的结果无法反映出密封的真实性能,但计算结果与试验结果的趋势一致。采用简化雷诺方程可用于指导静压轴封1号密封设计,但密封的设计应以试验结果为依据。

核主泵流体静压轴封组件运行寿命试验研究

为了获取静压轴封组件可实现的运行寿命,分析静压轴封组件1号、2号、3号密封的失效机理,基于密封的失效机理分析压力、温度、转速、启停、老化对密封失效的影响,同时提出静压轴封组件运行寿命试验方法及试验条件。分析结果表明:一回路压力波动导致插入件磨损失效而影响1号密封的运行寿命;主泵的启停导致2号密封和3号密封摩擦副磨损而影响运行寿命;辐照老化和热老化导致O型圈老化而影响密封的运行寿命。通过模拟静压轴封组件设计寿命内承受的一回路压力波动、主泵启停的加速试验可获取密封的运行寿命。对经过热老化和辐照老化后的O型圈进行单独密封试验,可获取O型圈的运行寿命。

核主泵流体静压轴封插入件和静环座碰磨原因分析

试验研究静压轴封密封性能时,运转过程中插入件和静环座发生异常碰磨现象。为研究产生碰磨异常现象的原因,基于静压轴封1号密封、副密封的工作原理,从设计、制造、安装、运行的角度提出了碰磨异常现象产生的可能原因。可能原因包括:导向销与销孔距离轴线距离过大、副密封圆周方向不均匀变形、静环座的不均匀受力、热膨胀导致插入件和静环座接触、静环和动环相对偏移过大、静环和动环相对偏转过大、动环端面跳动过大。

核主泵轴封二级密封摩擦状态判定的试验研究

核主泵静压轴封二级密封石墨静环的磨损是其失效的重要原因之一,采用变转速和变压力针对流体静压效应、流体动压效应对静压轴封二级密封泄漏量的影响进行试验验证,在试验的基础上利用已有数值模拟结果和在役电站的运行数据对二级密封的摩擦状态进行了研究。结果表明:核主泵静压轴封二级密封在正常工况下为全液膜流体润滑的非接触式密封,而非混合摩擦的端面摩擦密封。液膜主要由介质压力产生的收敛角约为4×10^(-3)rad的流体静压效应产生,流体动压效应对密封性能影响较小,可忽略不计。正常工况下,核主泵二级密封的石墨静环应无肉眼可见划痕。