核電站電動(dòng)主給水前置泵密封面失效分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

呂延光

摘 要：核電站系統(tǒng)中的裝置可以對(duì)其獲取的核能進(jìn)行轉(zhuǎn)變，將其轉(zhuǎn)化成電能，分擔(dān)社會(huì)用電壓力?，F(xiàn)代核電站主要是通過核反應(yīng)現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)變需要，其不需要使用鍋爐也能夠完成電能生產(chǎn)活動(dòng)，核燃料在核反應(yīng)堆系統(tǒng)中會(huì)形成燃燒的情況，進(jìn)而形成極多的熱量，核能也能夠有效轉(zhuǎn)變，同樣也可形成蒸汽。核電站中的給水泵存在的問題會(huì)降低核能發(fā)電安全性，本文就起密封面存在的問題與優(yōu)化措施加以研究。

關(guān)鍵詞：核電站；給水前置泵；密封面；失效問題；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

核電站在我國的電能生產(chǎn)活動(dòng)中占有重要地位，核電站的電力回路系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，在其二次回路系統(tǒng)中，很多設(shè)備都比較容易出現(xiàn)安全應(yīng)用問題，大部分設(shè)備都具有極多的應(yīng)用要求，其中給水泵是比較關(guān)鍵的設(shè)備看，其會(huì)給蒸汽機(jī)裝置以及汽輪機(jī)等帶來影響，為了使給水泵可以滿足相應(yīng)的負(fù)荷以及供水應(yīng)用需求，技術(shù)人員需要及時(shí)處理給水泵存在的問題，給水泵裝置的密封面比較容易出現(xiàn)故障問題，本文就該處部位存在的失效情況展開研究，并給出結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作建議。

1 密封面失效問題分析

供應(yīng)商對(duì)劃傷的評(píng)價(jià)及處理方式，共分為兩大類，三個(gè)等級(jí)。第一類：劃痕深度在75μm以內(nèi)且寬度不超過1.5mm。該類劃痕對(duì)密封無影響，利用密封圈自身的彈性變形可達(dá)到密封目的，無需處理。第二類A級(jí)：劃痕深度大于75μm、小于150μm或者寬度大于1.5mm、小于3mm。該類劃痕通過手工打磨修復(fù)后不影響密封。第二類B級(jí)：劃痕深度大于150μm或者寬度大于3mm。該類劃痕無法通過手工打磨修復(fù)，必須進(jìn)行焊補(bǔ)，為防止熱變形，焊補(bǔ)前必須對(duì)整個(gè)泵殼進(jìn)行熱處理。

經(jīng)對(duì)所有前置泵密封面劃傷的情況進(jìn)行分析后確認(rèn)，密封面劃傷不是由于泵殼內(nèi)存在雜質(zhì)的偶然原因引起的，很可能是泵在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在缺陷以及裝拆方式不當(dāng)造成的，密封面劃傷屬于共模故障，并且劃傷的嚴(yán)重程度是隨機(jī)而不可控的，如果不將此問題在泵出廠前予以解決，在以后的現(xiàn)場(chǎng)檢修過程中，一旦出現(xiàn)第二類B級(jí)的劃傷情況，由于現(xiàn)場(chǎng)缺乏對(duì)泵殼進(jìn)行整體熱處理的條件，密封面劃痕將無法進(jìn)行焊補(bǔ)修復(fù)，導(dǎo)致電動(dòng)主給水泵不可用。

密封面存在的問題主要是劃痕問題，一旦這種問題形成，核電站將承擔(dān)多個(gè)方面的嚴(yán)重后果，其內(nèi)部系統(tǒng)會(huì)形成嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象，當(dāng)泵殼與芯包出現(xiàn)受損情況，密封面會(huì)被嚴(yán)重沖刷，即使進(jìn)行高強(qiáng)度的維修處理工作，泵殼、芯包與密封面也難以恢復(fù)原狀，同時(shí)泵組給核電站帶來的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)降低，密封面出現(xiàn)的滲流情況會(huì)增加泵組系統(tǒng)的實(shí)際耗電量；該處裝置系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)安全水平降低的狀況，前置泵一般比較大，難以開展熱處理工作，更換前置泵需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，核電站難以正常運(yùn)營。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議

2.1 常規(guī)改進(jìn)思路

在芯包端蓋部位增加導(dǎo)入角，幫助芯包順利地進(jìn)入泵殼。芯包導(dǎo)入部位外徑與泵殼徑向密封部位內(nèi)徑相差很小。當(dāng)芯包插入泵殼時(shí)，首先是芯包導(dǎo)入部位進(jìn)入泵殼非驅(qū)動(dòng)端側(cè)并依次經(jīng)過泵殼密封面和泵殼驅(qū)動(dòng)端側(cè)，由于間隙較小，對(duì)中時(shí)稍有偏差，芯包導(dǎo)入部位極易劃傷泵殼密封面。如果在芯包端蓋部位適當(dāng)增加導(dǎo)入角，則可以降低對(duì)中精度要求，提高對(duì)中的可控程度。改進(jìn)后，增加了四處導(dǎo)入角，只需在原有的芯包端蓋部位簡(jiǎn)單加工即可，操作簡(jiǎn)單易行，該改進(jìn)能確保芯包從非驅(qū)動(dòng)端到驅(qū)動(dòng)端順利插入泵殼，避免劃傷密封面。

在確保密封效果的前提下，適當(dāng)增大芯包與泵殼的徑向間隙。芯包與泵殼之間的密封面間隙原設(shè)計(jì)值為0.06～0.19mm；二者通過BUSAK和SHAMBAN雙層疊加的密封圈進(jìn)行密封。通過分析密封材料特性發(fā)現(xiàn)，密封面間隙在0.5mm以內(nèi)時(shí)，密封件可以承受20MPa的壓差；間隙在0.3mm以內(nèi)，可以承受40MPa的壓差。因此，對(duì)于揚(yáng)程為268m的前置泵來說，0.06～0.19mm的設(shè)計(jì)間隙值，過于保守，完全可以放寬到0.25～0.35mm?；谝陨戏治觯诠S內(nèi)對(duì)芯包外徑進(jìn)行了車削加工，使密封間隙增加到了0.25～0.35mm范圍內(nèi)。

重新設(shè)計(jì)芯包拆裝專用工具，確保芯包裝入泵殼時(shí)能準(zhǔn)確對(duì)中并處于可控狀態(tài)。原專用工具設(shè)計(jì)方案中，芯包在裝拆時(shí)，非驅(qū)動(dòng)端端蓋通過帶滾輪的支架在導(dǎo)軌上移動(dòng)，另一端通過行車吊住加長(zhǎng)軸引導(dǎo)芯包插入泵殼內(nèi)。因?qū)к壖靶熊囈苿?dòng)的精確度很差，裝拆過程中密封面劃傷幾乎是不可避免的。為提高對(duì)中精度，對(duì)專用工具進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)：將原來的平面導(dǎo)軌改成了三角形導(dǎo)軌，提高了芯包插入過程的穩(wěn)定性；摒棄了行車配合穿插的做法，改由在非驅(qū)動(dòng)端增加帶手輪的絲桿推動(dòng)芯包進(jìn)入泵殼，大大改善了芯包對(duì)中的精確度、可控性和可調(diào)性。

2.2 其他改進(jìn)思路

除了前文解析的相對(duì)復(fù)雜化的改進(jìn)手段之后，工作人員還可以通過比較簡(jiǎn)單的方法來解決前置泵存在的問題，根據(jù)給水泵調(diào)整工作進(jìn)度，技術(shù)人員可以對(duì)相應(yīng)的材料進(jìn)行更換，借此來應(yīng)用具有更高質(zhì)量的密封面。

在對(duì)芯包與泵殼進(jìn)行處理時(shí)，可以選用硬度不一致的材料，一般核電站使用模擬的芯包材料具有的硬度偏低，泵殼材料的硬度與強(qiáng)度數(shù)值均比較高，如果在處理泵殼與芯包時(shí)，技術(shù)人員選用了同樣的材料，就會(huì)導(dǎo)致密封面受到不良影響，如果不能使用硬度不一致的材料，技術(shù)人員可以在泵殼的外部密封面部位使用具有更高硬度的材料，當(dāng)泵殼與芯包出現(xiàn)沖撞的情況后，硬度較高的泵殼并不會(huì)因受損而出現(xiàn)明顯的刮痕，其使用正常的使用功能不會(huì)受到影響。

在對(duì)前置泵部位的管道進(jìn)行選擇的時(shí)候，可以選用特殊的法蘭材料對(duì)其加以連接，用法蘭連接的方法來取代直接焊接的方法前置給水泵出口管道的位置具有的壓力相對(duì)比較低，在進(jìn)出口兩處管道位置使用法蘭連接手段不會(huì)出現(xiàn)不能滿足承壓需求的情況，之所以提出應(yīng)用法蘭的建議主要是因?yàn)椋?dāng)泵殼出現(xiàn)被劃傷的情況時(shí)，維修人員不需要對(duì)管道進(jìn)行切割，維修泵殼的工作變得更加方便；為了控制劃傷的問題，將芯包放入到泵殼里時(shí)，可通過垂直化安裝的方法來完成安裝工作，降低密封面被損壞的可能性。

2.3 改進(jìn)效果分析

在對(duì)給水泵及其密封面進(jìn)行改進(jìn)之后，密封面的使用情況逐漸轉(zhuǎn)化，在將前置泵輸送到核電站之前，生產(chǎn)方對(duì)芯包進(jìn)行了改進(jìn)，增加了倒角設(shè)計(jì)，同時(shí)也要密封間隙加大，密封面不會(huì)被頻繁劃傷，垂直式的安裝方法也提升了給水泵的實(shí)際質(zhì)量，技術(shù)人員利用工具對(duì)該泵裝置進(jìn)行了反復(fù)測(cè)試，其通用性也通過了考驗(yàn)，即使多次對(duì)該種裝置進(jìn)行多次改裝與拆卸，密封面均沒有受到影響。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合實(shí)際的核電站生產(chǎn)單位就起使用的具有自動(dòng)運(yùn)行優(yōu)勢(shì)的給水泵進(jìn)行了剖析，重點(diǎn)解析了密封面問題，在深度解析了密封面出現(xiàn)失效情況的基本原因之后，探討了結(jié)構(gòu)改進(jìn)工作，強(qiáng)調(diào)了保護(hù)密封面的重要性，本文根據(jù)核電站的具體情況提出了幾種可參照的改進(jìn)思路，技術(shù)人員需要以核電站的改進(jìn)工作成本為參照，應(yīng)用最佳改進(jìn)思路，切實(shí)提升密封面的質(zhì)量與強(qiáng)度，在改進(jìn)時(shí)要注意減少改進(jìn)資源的使用量，充分提升新報(bào)的質(zhì)量，總之在經(jīng)營管理核電站時(shí)，必須對(duì)相應(yīng)設(shè)備及其細(xì)節(jié)性應(yīng)用問題加以重視。

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