核主泵用机械密封摩擦学性能研究进展

核主泵是核电厂的核心元件,核主泵机械密封在其中起到防止介质泄漏的作用。当前,我国核主泵密封装置相关技术和产品受到国外垄断限制,核主泵摩擦副在运行状态下泄漏严重破坏核电系统的稳定运行和长周期服役,其摩擦学性能直接影响核主泵的运行性能。对于动压式核主泵机械密封,若没有处于完全液膜润滑状态,密封装置会出现异常磨损和泄漏率增大导致核主泵故障。针对核主泵摩擦副的液膜特性,从数学模型计算和软件仿真两方面分析。对温度场、速度场和应力场等进行分析,总结了密封环及副密封材料、端面热变形对摩擦学性能的影响,概述了端面形状的动压润滑机理及波度面、槽型结构和加工方法等因素对摩擦磨损的影响,为核主泵密封性能的提高和可靠运行提供理论基础。

盾构机主驱动单唇形密封圈密封性能研究

以典型工况下盾构机主驱动单唇形密封圈为研究对象,利用单轴拉伸试验得到密封圈丁腈橡胶材料的应力-应变曲线,确定Yeoh三阶模型的材料参数;建立单唇形密封圈的二维轴对称有限元模型,研究介质压力、压差、摩擦因数和温度对其密封性能的影响规律。研究表明:介质压力主要影响最大接触应力,随着介质压力的增加,最大接触应力呈线性增加;介质压差主要影响最大接触应力和接触长度,随着介质压差的增加,最大接触应力先线性增加然后基本保持不变,而接触长度呈非线性增加;温度变化对密封性能的影响可以忽略;在考虑的工况条件下,单唇形密封圈唇口与旋转轴接触处产生的最大接触应力始终大于介质压力,密封性能良好。

核主泵机械密封可靠性Bayes分析的适应性

机械密封的可靠性对核主泵的安全稳定运行具有重要影响。为解决无失效数据情形下核主泵机械密封的可靠度评估问题,分析大亚湾核主泵机械密封的运行数据,确定其可靠度分布,建立结合Bayes理论的可靠性分析模型,利用Monte Carlo法从确定的可靠度分布中仿真出无失效数据,探讨无失效数据场合下,先验分布为Beta分布时,分组数c的取值对E-Bayes估计与多层Bayes估计精度的影响。研究表明:分组数c<8时,优先选择多层Bayes估计;c>8,优先选择E-Bayes估计,c=8时,2种方法的平均相对误差均达到较低水平且多层Bayes估计更低一些。研究成果对无失效数据场合下基于Bayes理论的核主泵机械密封可靠性分析具有指导意义。

高坝洲电厂机组主轴密封设备改造可行性研究

高坝洲电厂3台机组主轴密封结构改造为聚四氟乙烯填料式后,存在漏水量不可控、检修维护工作量大、运行成本高等问题。根据国内径向自调节式主轴密封设备的使用情况分析,将高坝洲电厂机组主轴密封更新为径向自调节式是可行的;在更新的同时对主轴衬套进行更换,对检修密封进行优化,可进一步为密封良好运行创造有利条件。新主轴密封可有效减少漏水量,降低潜水泵启动频率,减少设备维护与检修工作量,节约发电成本,消除设备存在的潜在安全隐患,有效提高了设备运行可靠性。

我国大直径盾构关键技术及智能建造发展趋势

为阐明大直径盾构智能化建造方向,解决建造过程中出现的技术难题,以大直径盾构关键技术特点及智能建造发展为出发点,结合我国近年来大直径盾构智能化建造的发展历程及现状,立足大直径盾构存在的典型关键技术问题,从主驱动轴承损坏因素、刀具磨损状况、刀盘结泥饼原因、管片上浮问题等方面,探析大直径盾构建造过程的关键技术难点。基于智能建造技术的发展特征,从隧道装备机器人研发、感知系统研制、智能化掘进系统开发、智能化运维技术开发等多个角度,分析大直径盾构智能化建造的发展方向与趋势,阐述隧道智能建造关键技术的建设方案,为智能建造技术在大直径盾构隧道工程中的深度应用,推动隧道建设“智能化、精细化、协同化、高效化”发展提供参考。

基于正交试验的掘进机主驱动密封结构优化研究

针对掘进机主驱动密封系统中唇形密封结构与服役工况适配性不明确的问题,分别建立TBM和盾构2种工况下的密封结构有限元仿真模型开展研究。采用正交试验方法,选取密封结构的腰部厚度、前唇角度、轴向压缩量、径向压缩量作为研究因素,以唇封的单位径向力和接触宽度作为响应指标,运用极差和方差分析,得出TBM和盾构工况下各因素对指标的影响程度。根据灵敏度分析结果,分别优化出TBM和盾构工况下唇形密封的最优结构参数,并以隔环是否带楔形突起、是否承压来验证优化后的密封结构。结果表明:1)TBM工况下最优密封结构在隔环无论有无楔形突起,在0 MPa压力下,接触宽度均有一定的下降,单位径向力有明显提升。2)盾构工况下最优密封结构在隔环带楔形突起、承压工况下,单位径向力、接触宽度相比优化前均有所降低;在隔环无楔形突起、承压工况下,单位径向力、接触宽度与优化前基本持平。

盾构机/TBM主驱动密封用耐高温低压缩永久变形丁腈橡胶胶料的研究

研究生胶体系、补强体系、硫化体系对盾构机/全断面隧道掘进机(TBM)主驱动密封用丁腈橡胶(NBR)胶料性能的影响。结果表明:硫黄/促进剂ZBEC/促进剂TETD体系、硫黄/促进剂CBS/促进剂TETD体系和硫黄/过氧化物DCP/促进剂EZ/促进剂MBTS体系胶料的工艺性能较好,可以满足无痕分段硫化工艺要求;NBR3350硫化胶和NBR N31/NBR N32并用硫化胶的拉伸性能较好;NBR N31/NBR N32并用硫化胶的抗撕裂性能优于NBR3350硫化胶;随着硫黄用量的增大,硫化胶的硬度增大,回弹值减小,抗撕裂性能、耐老化性能和耐磨性能下降,高温压缩永久变形先减小后增大,压缩生热降低,耐油性能呈提高趋势;促进剂ZBEC用量增大,硫化胶的拉伸性能提高,抗撕裂性能、耐老化性能和耐磨性能下降,高温压缩永久变形减小,生热降低,耐油性能略有降低;将白炭黑替换成炭黑N774后,硫化胶的拉伸性能有所提升,高温压缩永久变形减小,耐磨性能变化不大。

HNBR盒式油封的开发与应用

采用盒式油封结构,以氢化丁腈橡胶作基胶,研究了白炭黑和硫化剂用量对HNBR胶料硬度、100%定伸应力、油封径向力、干磨擦性能和工作寿命的影响,确定了最佳胶料硬度和硫化体系用量。结果表明,当胶料Shore A硬度为72,硫化体系用量为11份时,盒式油封经5000 h工作寿命试验后未发生漏油,其主要尺寸和径向力变化均较小。

土压平衡式盾构用主驱动密封气动压力控制系统及其控制方法

传统土压平衡式盾构机主驱动密封压力控制采用一种油气混合压力控制装置,该装置承压能力不超过0.6 MPa。在操作过程中需要技术人员实时调节,对人员操作要求较高,存在误操作等安全风险,严重时会导致掌子面塌陷、主驱动密封失效、主轴承损坏等严重后果。为解决这一问题,设计了一种土压平衡式盾构用主驱动密封气动压力控制系统及其控制方法。该系统根据土压平衡式盾构机土仓压力的变化自动调节主驱动密封腔压力,并将主驱动密封的最大承压能力提高至0.8 MPa,显著降低人员操作安全风险。该系统对需高承压盾构施工的设备制造及操作有较强的指导意义。

中国盾构隧道工程关键技术的新进展综述

从研究背景与思路、机制/原理、材料/装备、技术论证、试验研究、工程应用等方面介绍中国大直径盾构掘进主轴承事故分析及国产主轴承的自主研发、盾构隧道工程安全高效掘进渣土适配性改良技术及配套材料、盾尾安全保障核心材料研发、盾构隧道新型管片连接技术、城市隧道三模掘进机关键技术等5个方面关键技术的最新进展情况。认为:1)自主研制的超大型盾构机用直径8.01 m主轴承大型套圈纯净度、大型滚子纯净度、大型套圈疲劳性能、大型滚子硬度均匀性、套圈材料淬透性和淬硬层深度、保持架焊缝疲劳寿命和拉断力均优于进口水平;构建了真实对数曲线大型滚子设计方法,突破了高精度大型滚子加工技术,处于国际先进水平,高精度加工和装配保证了零件尺寸精度及形位公差均满足设计要求;通过产品验收、装机应用论证和工程应用,表明应用该大直径主轴承不会产生接触疲劳强度不足和微动引起的疲劳磨损,可用于超大直径盾构隧道工程建设。2)针对黏性、富水砂性和硬岩等复杂地层,以改善岩土环境为核心,研发出了高配向密度的聚合型泡沫剂、高分子抗黏剂、喷涌防止剂和耐磨抑尘剂等环保型系列渣土改良剂,形成了盾构泥饼、喷涌和磨损原位改良主动防控技术,建立了通用地层适配性盾构渣土动态改良技术体系,保障了盾构安全高效掘进。3)针对盾构掘进过程中的盾尾密封失效难题,研发了“黏-稠-流”有机统一的新型盾尾密封油脂,温度敏感性低(黏温系数0.4)、抗水压能力强(最高抗水压3.5 MPa),整体性能提高1.3倍,为盾尾安全提供了有力保障;针对盾构同步注浆浆液泌水、离析和地层沉降难题,研发出了同步注浆充填剂,优化了惰性充填浆液配比,30 min零泌水,实现了壁后惰性充填,保障了管片壁后注浆质量和地层沉降精细化控制。4)新型管片连接技术采用环缝插入+纵缝滑入的连接形式,可以高标准地控制隧道接缝张开量和错台量,管片制作及拼装精度高,可降低接缝防水难度,提升成型隧道的质量,无需设置手孔,无需人工紧固作业,自动化程度高,施工效率高,可节约施工成本及改善洞内拼装作业环境。5)研制出的土压+泥水+TBM三模掘进机能够满足复杂多变、软硬不均复合地层等几乎所有地层的掘进施工,且可在不停机、不拆装设备的前提下实现掘进模式的快速转换,在TBM掘进模式下螺旋输送机+泥浆管道可协同排渣,解决了富水硬岩地层掘进排渣难的问题,机械化和智能化程度高,安全可靠,施工效率高,可改善工人作业环境,节省工期和成本。中国盾构隧道建设取得的巨大成就,推动了中国乃至世界盾构隧道技术的发展和进步,但仍时有安全事故发生,需从装备、材料、技术、管理等方面进一步研究和突破。在今后较长的时间内,中国盾构隧道(尤其是大直径盾构隧道)仍将处于高速建设发展期,面临的建设条件将越来越复杂,技术难度和挑战也将越来越大。要实现盾构隧道建设的快速、安全、健康,需处理好盾构隧道技术领域的关键问题,实现盾构隧道关键核心技术的突破。上述关键技术仍需不断完善并加强推广和应用,以促进中国盾构隧道建设向高适应性、高智能、高可靠性、高效益、高质量、高安全性和低能耗方向发展,形成适合于中国“土壤”的盾构隧道新技术。

核电机组主蒸汽安全阀阀瓣密封面堆焊层开裂原因分析及预防措施

某核电厂大修期间对VVP116VV安全阀进行解体检查,发现阀瓣密封表面堆焊层存在20多条裂纹缺陷。通过宏观检查、化学成分分析、金相检验、硬度测试、残余应力分析、扫描电镜断口分析及能谱分析等方法分析阀瓣密封面堆焊层开裂的原因。结果表明:阀瓣密封面堆焊层的Fe含量明显偏高,表明稀释率过大,这与堆焊工艺控制不当(焊接热输入过大、热处理控制不当)有关。焊接热输入过大引起堆焊层残余应力偏高是开裂的主要原因;层间温度控制不当及焊后热处理不充分可能是促成堆焊层开裂的因素。并根据开裂的原因分析结果给出了处理建议,可以为其他机组的同类问题提供参考。

一起主变压器220kV侧套管渗漏油缺陷情况分析

变压器是电力系统实现电压变换的关键设备,变压器的安全稳定运行直接影响着整个电力系统网架结构的安全。文章详细阐述了一起主变压器220 kV侧套管渗油的检查处理情况,对套管进行介损及电容量试验及解体检查分析,最终确定了套管内部密封圈密封失效的设备主因,并提出后续整改建议。

三门核电屏蔽主泵上部C型密封环焊接定位装置及操作工艺

三门核电有限公司屏蔽主泵定子挡板与泵壳之间采用上部C型密封环设计,与传统的压水堆轴封主泵相比具有零泄漏的优点,而屏蔽主泵设计60 a不解体,故上部C型密封环的安装质量是保证零泄漏的关键。文章介绍了三门核电屏蔽主泵上部C型密封环焊接定位装置的要求、设计方案与其可行性分析及操作工艺。

银西铁路银川机场黄河桥主墩钢板围堰内力分析研究

文中采用MIDAS软件和理论计算相结合的方法,对银西铁路银川机场黄河桥主墩钢板围堰内力进行分析研究,考虑了两种工况(吸泥工况、抽水工况)下钢板桩受力情况,并对圈梁、内支撑以及封底混凝土内力进行了分析计算。计算结果表明:圈梁最大正应力为164.1 MPa、最大剪应力60.2 MPa、最大挠度12 mm;内支撑计算结果均小于170 MPa;封底混凝土所受最大拉应力为0.38 MPa;以上计算结果均满足设计要求。可为类似工程结构优化设计和施工控制提供依据和借鉴。

一种微流控芯片进样主通道密封装置

为了满足高密度阵列薄膜微流控芯片在使用过程中,当反应液离心进入微反应腔室后需要进行独立密封的要求,研制了一种机械密封装置。微流控芯片由铝箔盖片、聚丙烯(PP)基片和PP支架组成。通过采用密封装置对微流控芯片进样主通道进行密封来实现微反应腔室的隔绝密封。通过实验发现,机械密封装置刀头的结构与尺寸会对密封结果产生较大影响。通过增加刀头厚度和使用圆刀头,不仅能大大降低对铝箔盖片的破坏,而且可以避免产生空腔现象。实验结果表明,改进刀头后,铝箔通道底端粗糙度平均值降低了38.7%,通道最低处的铝箔厚度破坏量减少了85%。

核反应堆压力容器主密封瞬态性能研究

为研究核反应堆压力容器主密封瞬态力学特性和密封性能,本文建立了主密封结构三维数值模型,分析了主密封组件在典型瞬态条件下的温度和应力分布特性,从法兰和主螺栓变形协调机理角度,研究了主螺栓应力在瞬态条件下的变化规律及内在原因,总结了密封面处法兰轴向分离量变化机制,并对瞬态循环条件下密封面累积塑性变形和法兰分离量演化规律进行了预测研究。研究结果表明,温度滞后效应导致主螺栓在瞬态条件下应力交变幅值大;瞬态温度和压力对密封面处分离量影响很大,急速升压会使得分离量快速增大;在启停堆瞬态循环作用下,密封面处分离量曲线呈现周期性特征,经历若干次循环后分离量曲线达到稳定,密封面局部弹塑性变形达到安定,整体塑性变形分布趋于均匀。

基于灰色预测理论和最优置信限法的核主泵机械密封可靠性分析

为了解决无失效数据情形下核主泵机械密封的可靠度评估问题,分析了大亚湾核主泵机械密封的运行数据,确定了其可靠度分布;利用MATLAB求取了定时截尾时间,建立了结合灰色预测理论和最优置信限法的可靠度分析模型;预测了无失效数据下核主泵机械密封的可靠度。研究表明:所建模型可以有效评估核主泵机械密封的可靠度,且在同等的置信水平下,形状参数范围已知时计算出的可靠度与真实值之间的相对误差较形状参数未知时降低10%。研究成果对无失效数据下核主泵机械密封的可靠性分析具有指导意义。

基于CFD混流式水轮机上冠转轮泵结构优化研究

为研究中高水头混流式水轮机上冠转轮泵工作特性及优化可行性,以红山嘴一级电站3号水轮机为例,建立现转轮泵及11种结构优化模型,利用CFD商业软件,基于SST湍流模型对不同结构转轮泵在9种流量工况下展开数值模拟。将上冠流道泄漏水流动特性、主轴密封真空度及转轮泵效率作为研究指标,结果表明:上冠流道泄漏水流动特性依赖于转轮泵的结构类型;减小转轮泵“泵盖高度比”或斜置动泵叶对提高主轴密封真空度均有显著效果(最佳结构可提高66.9%),同时须兼顾其工作效率;额定工况下,转轮泵工作效率较低,建议转轮上冠开设合适的泄水孔补给流量提高其效率;该电站可将泵叶斜置45°、泵盖高度比Hp=0.0543的转轮泵作为最佳改进方案。

基于CFD混流式水轮机上冠流道降压结构优化研究

为探究中高水头混流式水轮机转轮不同上冠空腔结构的降压效果及优化可行性。以新疆红山嘴一级电站4号机为例,将3类不同上冠降压结构作为研究对象,基于CFD技术,采用SST湍流模型对7种泄漏流量下的3类上冠降压结构进行稳态数值模拟,计算工况共计21种。研究指标为泄漏水流态特性、泄水孔泄水能力、主轴密封下侧压力。结果表明:不同上冠降压结构内的泄漏水流态存在一定差异,尤其上冠顶部空腔及泄水孔位置最为明显;在中高水头混流式水轮机上采取含转轮泵的联合上冠降压结构,不仅能改善主轴密封工作性能还可在梳齿环出口形成稳定的局部压力,从根本上减少上冠间隙泄漏量;针对该电站主轴密封漏水问题,在机组上冠流道增设转轮泵可使泄水孔泄水能力提高17.12%、主轴密封压力降低15.98%,进一步提高电站的运行效益。该研究对单一型式的降压结构进行改进且实现优化目标,可为中高水头混流式水轮机设计改造及稳定运行提供一定参考依据。

基于深度学习的油封缺陷检测方法研究

在传统的油封缺陷检测中,存在油封表面质量缺陷尺寸小、人工检测效率低、漏检错检率高、成本高等问题,为此,以油封缺陷为研究对象,提出了一种基于深度学习Faster R-CNN框架的多尺度特征融合的改进算法。首先,构建了油封缺陷检测系统,采集了油封缺陷图像,经扩增及标注等预处理后制作了数据集;然后,研究了油封缺陷尺寸较小导致的识别精度低问题,设计了Faster R-CNN网络基于FPN+ResNet50框架进行特征多尺度融合改进的方法;最后,采用了预训练参数送入改进的Faster R-CNN网络模型,并对油封缺陷数据集进行深度训练的方法,进行了油封缺陷的检测实验。研究结果表明:该模型的检测精确度和速度综合性能优于固有的Faster R-CNN网络模型,划痕、毛刺和凹缺的检测精确度分别达到0.96、0.95和0.97,召回率分别达到0.89、0.88和0.91,mAP可达85.5%,高于改进前模型1.4%,识别速度可达16 fps,高于油封生产速度;该检测方法可以满足油封缺陷的检测要求。