核电站电动主给水前置泵密封面失效分析及结构优化

吕延光

摘 要：核电站系统中的装置可以对其获取的核能进行转变，将其转化成电能，分担社会用电压力。现代核电站主要是通过核反应现象来实现能量转变需要，其不需要使用锅炉也能够完成电能生产活动，核燃料在核反应堆系统中会形成燃烧的情况，进而形成极多的热量，核能也能够有效转变，同样也可形成蒸汽。核电站中的给水泵存在的问题会降低核能发电安全性，本文就起密封面存在的问题与优化措施加以研究。

关键词：核电站；给水前置泵；密封面；失效问题；结构优化

核电站在我国的电能生产活动中占有重要地位，核电站的电力回路系统构造复杂，在其二次回路系统中，很多设备都比较容易出现安全应用问题，大部分设备都具有极多的应用要求，其中给水泵是比较关键的设备看，其会给蒸汽机装置以及汽轮机等带来影响，为了使给水泵可以满足相应的负荷以及供水应用需求，技术人员需要及时处理给水泵存在的问题，给水泵装置的密封面比较容易出现故障问题，本文就该处部位存在的失效情况展开研究，并给出结构优化工作建议。

1 密封面失效问题分析

供应商对划伤的评价及处理方式，共分为两大类，三个等级。第一类：划痕深度在75μm以内且宽度不超过1.5mm。该类划痕对密封无影响，利用密封圈自身的弹性变形可达到密封目的，无需处理。第二类A级：划痕深度大于75μm、小于150μm或者宽度大于1.5mm、小于3mm。该类划痕通过手工打磨修复后不影响密封。第二类B级：划痕深度大于150μm或者宽度大于3mm。该类划痕无法通过手工打磨修复，必须进行焊补，为防止热变形，焊补前必须对整个泵壳进行热处理。

经对所有前置泵密封面划伤的情况进行分析后确认，密封面划伤不是由于泵壳内存在杂质的偶然原因引起的，很可能是泵在结构设计方面存在缺陷以及装拆方式不当造成的，密封面划伤属于共模故障，并且划伤的严重程度是随机而不可控的，如果不将此问题在泵出厂前予以解决，在以后的现场检修过程中，一旦出现第二类B级的划伤情况，由于现场缺乏对泵壳进行整体热处理的条件，密封面划痕将无法进行焊补修复，导致电动主给水泵不可用。

密封面存在的问题主要是划痕问题，一旦这种问题形成，核电站将承担多个方面的严重后果，其内部系统会形成严重的渗漏现象，当泵壳与芯包出现受损情况，密封面会被严重冲刷，即使进行高强度的维修处理工作，泵壳、芯包与密封面也难以恢复原状，同时泵组给核电站带来的经济效益也会降低，密封面出现的渗流情况会增加泵组系统的实际耗电量；该处装置系统也会出现安全水平降低的状况，前置泵一般比较大，难以开展热处理工作，更换前置泵需要的时间比较长，核电站难以正常运营。

2 结构优化建议

2.1 常规改进思路

在芯包端盖部位增加导入角，帮助芯包顺利地进入泵壳。芯包导入部位外径与泵壳径向密封部位内径相差很小。当芯包插入泵壳时，首先是芯包导入部位进入泵壳非驱动端侧并依次经过泵壳密封面和泵壳驱动端侧，由于间隙较小，对中时稍有偏差，芯包导入部位极易划伤泵壳密封面。如果在芯包端盖部位适当增加导入角，则可以降低对中精度要求，提高对中的可控程度。改进后，增加了四处导入角，只需在原有的芯包端盖部位简单加工即可，操作简单易行，该改进能确保芯包从非驱动端到驱动端顺利插入泵壳，避免划伤密封面。

在确保密封效果的前提下，适当增大芯包与泵壳的径向间隙。芯包与泵壳之间的密封面间隙原设计值为0.06～0.19mm；二者通过BUSAK和SHAMBAN双层叠加的密封圈进行密封。通过分析密封材料特性发现，密封面间隙在0.5mm以内时，密封件可以承受20MPa的压差；间隙在0.3mm以内，可以承受40MPa的压差。因此，对于扬程为268m的前置泵来说，0.06～0.19mm的设计间隙值，过于保守，完全可以放宽到0.25～0.35mm。基于以上分析，在工厂内对芯包外径进行了车削加工，使密封间隙增加到了0.25～0.35mm范围内。

重新设计芯包拆装专用工具，确保芯包装入泵壳时能准确对中并处于可控状态。原专用工具设计方案中，芯包在装拆时，非驱动端端盖通过带滚轮的支架在导轨上移动，另一端通过行车吊住加长轴引导芯包插入泵壳内。因导轨及行车移动的精确度很差，装拆过程中密封面划伤几乎是不可避免的。为提高对中精度，对专用工具进行了重新设计：將原来的平面导轨改成了三角形导轨，提高了芯包插入过程的稳定性；摒弃了行车配合穿插的做法，改由在非驱动端增加带手轮的丝杆推动芯包进入泵壳，大大改善了芯包对中的精确度、可控性和可调性。

2.2 其他改进思路

除了前文解析的相对复杂化的改进手段之后，工作人员还可以通过比较简单的方法来解决前置泵存在的问题，根据给水泵调整工作进度，技术人员可以对相应的材料进行更换，借此来应用具有更高质量的密封面。

在对芯包与泵壳进行处理时，可以选用硬度不一致的材料，一般核电站使用模拟的芯包材料具有的硬度偏低，泵壳材料的硬度与强度数值均比较高，如果在处理泵壳与芯包时，技术人员选用了同样的材料，就会导致密封面受到不良影响，如果不能使用硬度不一致的材料，技术人员可以在泵壳的外部密封面部位使用具有更高硬度的材料，当泵壳与芯包出现冲撞的情况后，硬度较高的泵壳并不会因受损而出现明显的刮痕，其使用正常的使用功能不会受到影响。

在对前置泵部位的管道进行选择的时候，可以选用特殊的法兰材料对其加以连接，用法兰连接的方法来取代直接焊接的方法前置给水泵出口管道的位置具有的压力相对比较低，在进出口两处管道位置使用法兰连接手段不会出现不能满足承压需求的情况，之所以提出应用法兰的建议主要是因为，当泵壳出现被划伤的情况时，维修人员不需要对管道进行切割，维修泵壳的工作变得更加方便；为了控制划伤的问题，将芯包放入到泵壳里时，可通过垂直化安装的方法来完成安装工作，降低密封面被损坏的可能性。

2.3 改进效果分析

在对给水泵及其密封面进行改进之后，密封面的使用情况逐渐转化，在将前置泵输送到核电站之前，生产方对芯包进行了改进，增加了倒角设计，同时也要密封间隙加大，密封面不会被频繁划伤，垂直式的安装方法也提升了给水泵的实际质量，技术人员利用工具对该泵装置进行了反复测试，其通用性也通过了考验，即使多次对该种装置进行多次改装与拆卸，密封面均没有受到影响。

3 结束语

本文结合实际的核电站生产单位就起使用的具有自动运行优势的给水泵进行了剖析，重点解析了密封面问题，在深度解析了密封面出现失效情况的基本原因之后，探讨了结构改进工作，强调了保护密封面的重要性，本文根据核电站的具体情况提出了几种可参照的改进思路，技术人员需要以核电站的改进工作成本为参照，应用最佳改进思路，切实提升密封面的质量与强度，在改进时要注意减少改进资源的使用量，充分提升新报的质量，总之在经营管理核电站时，必须对相应设备及其细节性应用问题加以重视。

参考文献

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