核電站電動主給水前置泵密封面失效分析及結構優化

呂延光

摘 要：核電站系統中的裝置可以對其獲取的核能進行轉變，將其轉化成電能，分擔社會用電壓力。現代核電站主要是通過核反應現象來實現能量轉變需要，其不需要使用鍋爐也能夠完成電能生產活動，核燃料在核反應堆系統中會形成燃燒的情況，進而形成極多的熱量，核能也能夠有效轉變，同樣也可形成蒸汽。核電站中的給水泵存在的問題會降低核能發電安全性，本文就起密封面存在的問題與優化措施加以研究。

關鍵詞：核電站；給水前置泵；密封面；失效問題；結構優化

核電站在我國的電能生產活動中占有重要地位，核電站的電力回路系統構造復雜，在其二次回路系統中，很多設備都比較容易出現安全應用問題，大部分設備都具有極多的應用要求，其中給水泵是比較關鍵的設備看，其會給蒸汽機裝置以及汽輪機等帶來影響，為了使給水泵可以滿足相應的負荷以及供水應用需求，技術人員需要及時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，并給出結構優化工作建議。

1 密封面失效問題分析

供應商對劃傷的評價及處理方式，共分為兩大類，三個等級。第一類：劃痕深度在75μm以內且寬度不超過1.5mm。該類劃痕對密封無影響，利用密封圈自身的彈性變形可達到密封目的，無需處理。第二類A級：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后不影響密封。第二類B級：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，必須進行焊補，為防止熱變形，焊補前必須對整個泵殼進行熱處理。

經對所有前置泵密封面劃傷的情況進行分析后確認，密封面劃傷不是由于泵殼內存在雜質的偶然原因引起的，很可能是泵在結構設計方面存在缺陷以及裝拆方式不當造成的，密封面劃傷屬于共模故障，并且劃傷的嚴重程度是隨機而不可控的，如果不將此問題在泵出廠前予以解決，在以后的現場檢修過程中，一旦出現第二類B級的劃傷情況，由于現場缺乏對泵殼進行整體熱處理的條件，密封面劃痕將無法進行焊補修復，導致電動主給水泵不可用。

密封面存在的問題主要是劃痕問題，一旦這種問題形成，核電站將承擔多個方面的嚴重后果，其內部系統會形成嚴重的滲漏現象，當泵殼與芯包出現受損情況，密封面會被嚴重沖刷，即使進行高強度的維修處理工作，泵殼、芯包與密封面也難以恢復原狀，同時泵組給核電站帶來的經濟效益也會降低，密封面出現的滲流情況會增加泵組系統的實際耗電量；該處裝置系統也會出現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間比較長，核電站難以正常運營。

2 結構優化建議

2.1 常規改進思路

在芯包端蓋部位增加導入角，幫助芯包順利地進入泵殼。芯包導入部位外徑與泵殼徑向密封部位內徑相差很小。當芯包插入泵殼時，首先是芯包導入部位進入泵殼非驅動端側并依次經過泵殼密封面和泵殼驅動端側，由于間隙較小，對中時稍有偏差，芯包導入部位極易劃傷泵殼密封面。如果在芯包端蓋部位適當增加導入角，則可以降低對中精度要求，提高對中的可控程度。改進后，增加了四處導入角，只需在原有的芯包端蓋部位簡單加工即可，操作簡單易行，該改進能確保芯包從非驅動端到驅動端順利插入泵殼，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計值為0.06～0.19mm；二者通過BUSAK和SHAMBAN雙層疊加的密封圈進行密封。通過分析密封材料特性發現，密封面間隙在0.5mm以內時，密封件可以承受20MPa的壓差；間隙在0.3mm以內，可以承受40MPa的壓差。因此，對于揚程為268m的前置泵來說，0.06～0.19mm的設計間隙值，過于保守，完全可以放寬到0.25～0.35mm。基于以上分析，在工廠內對芯包外徑進行了車削加工，使密封間隙增加到了0.25～0.35mm范圍內。

重新設計芯包拆裝專用工具，確保芯包裝入泵殼時能準確對中并處于可控狀態。原專用工具設計方案中，芯包在裝拆時，非驅動端端蓋通過帶滾輪的支架在導軌上移動，另一端通過行車吊住加長軸引導芯包插入泵殼內。因導軌及行車移動的精確度很差，裝拆過程中密封面劃傷幾乎是不可避免的。為提高對中精度，對專用工具進行了重新設計：將原來的平面導軌改成了三角形導軌，提高了芯包插入過程的穩定性；摒棄了行車配合穿插的做法，改由在非驅動端增加帶手輪的絲桿推動芯包進入泵殼，大大改善了芯包對中的精確度、可控性和可調性。

2.2 其他改進思路

除了前文解析的相對復雜化的改進手段之后，工作人員還可以通過比較簡單的方法來解決前置泵存在的問題，根據給水泵調整工作進度，技術人員可以對相應的材料進行更換，借此來應用具有更高質量的密封面。

在對芯包與泵殼進行處理時，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度數值均比較高，如果在處理泵殼與芯包時，技術人員選用了同樣的材料，就會導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，當泵殼與芯包出現沖撞的情況后，硬度較高的泵殼并不會因受損而出現明顯的刮痕，其使用正常的使用功能不會受到影響。

在對前置泵部位的管道進行選擇的時候，可以選用特殊的法蘭材料對其加以連接，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比較低，在進出口兩處管道位置使用法蘭連接手段不會出現不能滿足承壓需求的情況，之所以提出應用法蘭的建議主要是因為，當泵殼出現被劃傷的情況時，維修人員不需要對管道進行切割，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，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 改進效果分析

在對給水泵及其密封面進行改進之后，密封面的使用情況逐漸轉化，在將前置泵輸送到核電站之前，生產方對芯包進行了改進，增加了倒角設計，同時也要密封間隙加大，密封面不會被頻繁劃傷，垂直式的安裝方法也提升了給水泵的實際質量，技術人員利用工具對該泵裝置進行了反復測試，其通用性也通過了考驗，即使多次對該種裝置進行多次改裝與拆卸，密封面均沒有受到影響。

3 結束語

本文結合實際的核電站生產單位就起使用的具有自動運行優勢的給水泵進行了剖析，重點解析了密封面問題，在深度解析了密封面出現失效情況的基本原因之后，探討了結構改進工作，強調了保護密封面的重要性，本文根據核電站的具體情況提出了幾種可參照的改進思路，技術人員需要以核電站的改進工作成本為參照，應用最佳改進思路，切實提升密封面的質量與強度，在改進時要注意減少改進資源的使用量，充分提升新報的質量，總之在經營管理核電站時，必須對相應設備及其細節性應用問題加以重視。

參考文獻

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