核电厂海水泵机械密封弹簧断裂原因分析

张明启　李冰　明迪

摘  要：在此次研究过程当中，针对某一核电厂的海水升压泵在实际解体检查过程当中所发现的机械密封弹簧断裂问题进行详细的分析，对于其实际所具有的外观、成分以及实际的硬度等诸多情况进行分析，相应的结果可以表明，弹簧设计过程当中存在一定程度的结构设计问题。弹簧在构建过程当中出现的荷载偏心的实际情况，在偏心荷载的实际作用之下，致使相应的弹簧存在断裂问题，以下对核电厂的海水泵机械密封弹簧断裂的相关问题进行综合性的分析。

关键词：核电厂;机械密封;弹簧断裂

引言

在此次研究过程中选取某核电站再进行海水升压泵机械密封更换工作过程中所发现的机封上两条弹簧断裂情况作为研究的实际内容，其机械密封构建拥有两个，分别会在实际的海水升压洞的两端予以构建，其机械密封在实际构建过程当中会由洞以及补偿弹簧予以构件。而每个机械密封在构建过程当中会拥有6个弹簧，同时会拥有O型圈径环以及实际的紧定螺钉予以构成。

1试验

1.1对宏观检查进行分析

与并未断裂的弹簧进行比较，可以发现两个断裂的弹簧在其第二环的位置存在着断裂问题，其锻炼位置向下至3～4圈的范围之内，侧边会拥有相应的磨损情况。

1.2对体式显微检测进行分析

通过体式显微镜对弹簧进行进一步的观察，可以发现在弹簧断口所具有的正下方，其实际的弹簧圈中存在一定程度的表面缺陷，怀疑弹簧在实际断裂后产生的碰伤。

1.3对金相进行检测

在研究过程中，对弹簧进行金相检测，检测过程当中其金相为典型的不锈钢弹簧丝，金相组织形貌在构建过程当中由于不锈钢丝在构建过程当中为冷拉加工，在实际构建过程当中已经无法对奥氏体晶界予以观察。

1.4对应用测试进行分析

在研究过程当中，通过对弹簧金相试样的表面进行显微维氏硬度的检测工作。失效弹簧其实际的直径为1.2毫米。而相应的失效弹簧丝心目所具有的抗拉强度达到1834MPa，超过实际标准的具体要求。

1.5对断口进行微观分析

两个弹簧在实际构建过程中，其端口具有的相似性主要为脆性端口。2号弹簧断口在实际的微观情况观察中可发现，其结构内存在过程启裂区，会在弹簧圈内部会存在着裂纹拓展区，以及中断区。同时会存在着疲劳条带，相应的情况可由图1显示。

2综合分析

2.1对材料进行分析

不锈钢弹簧丝在具体生产过程当中，一般而言会以冷拉工艺为主，由此在实际的进项组织构建过程中，已经无法对奥氏体晶界予以有效的分辨。组织上主要为实际的典型奥氏体不锈钢冷拉后组织结构，由实际的显微硬度结果推断失效弹簧及抗拉强度在构建过程中能够达到1844MPA，已经超过所规定的实际范围之内。失效弹簧在构建过程中，其抗拉强度相对较高，由此也使得弹簧在构建过程当中容易存在脆性断裂的情况。奥氏体不锈钢在实际的冷加工过程中，为了消除实际的加工硬化，在实际的固定过程中，需要进行中间退火或者进行有效的固溶处理，后者在实际构建过程当中会将刚加热至1000-1100度进行快速冷却，由此获得较为均匀的奥氏体组织奥氏体不锈钢丝，在绕成弹簧之后需要进行相应的低温退火工作，以此消除冷卷黄时所形成的内用力，失效弹簧锁具有的抗拉强度相对较高，可能与实际材料加工冷加工过程当中，所具有的后续热处理具有了一定的关联性，使得整体弹簧抗拉强度无法达到较为合理的范围之内。

2.2对结构因素对于实际弹簧失效的影响进行分析

海水升压泵在实际构建过程中，其机械密封弹簧组装方式在构建过程中主要为压缩螺旋弹簧的组装结构，在结构构建过程中会存在风险，相应的弹簧与弹簧座在构建过程当中属于摩擦副，在弹簧反复运动过程中，弹簧的一端也会产生一定程度的摩擦，甚至将孔底刨成坑状，由此弹簧在构建过程中会处于相对歪曲的状态，无法平稳的进行上下工作。由此，将致使弹簧存在过早断裂失效的情况。在对失效弹簧所存在的动环做弹簧内进行检查的过程当中，可以发现应用较为明显的划痕。而之前的检测也发现补偿弹簧侧边会存在一定程度的磨损，其磨损的实际范围与实际的弹簧孔交界位置相符，当减薄超过弹簧有效直径时，便会使实际的弹簧在应用过程当中存在着断裂的风险。

2.3受力分析

弹簧失效就一般而言会在受力最大且结构断面最薄的部位予以发生，在静载荷之下相应的弹簧就一般而言并不会存在着断裂失效的问题，而在动载荷以及高应力以及实际的应力幅度相对较大与实际冲击作用之下，相应弹簧在一定程度上会导致过早断裂失效的问题。首先，对于冲击载荷而言，依照相应的实践可以表明压缩弹簧承受的冲击载荷时，往往會致使弹簧的第二、三个有效圈处存在断裂，其主要的原因在于1～3个弹簧圈会首先对载荷予以承载，不能迅速且有效的将相应的载荷传递给其他的弹簧圈，断裂的两个弹簧在实际构建过程当中均会发生在第2个弹簧圈左右，与实际的文献记录相符，在实际构建过程当中拥有相对较大的震动时，有可能会使得实际补偿环所具有弹簧产生相对较大的冲击载荷，并且使弹簧所具有的抗拉强度过高，由此也致使整体弹簧在构建过程当中存在脆性断裂。

第二，对偏心载荷的影响进行分析，偏离中心时，其偏心载荷将使得整体应力大幅度的增加，可以造成整体弹簧过早失效的问题，在上述的研究过程中分析，表面弹簧以及实际弹簧座间会存在一定程度的摩擦，由此也说明弹簧在构建过程当中会存在一定程度的偏心问题，当偏离实际中心时，将会使弹簧存在失效风险。

结语

海水泵机械密封补偿弹簧材料在构建过程中所具有的成分与标准要求相符，组织上并未发现相应的异常，其硬度与标准相比相对较高。泵机械密封补偿弹簧材料在构建过程中所具有的硬度偏高加之其自身结构所存在的特点，在运行过程当中偏心载荷的共同作用之下，会致使相应的弹簧存在脆性断裂的情况，在实际的断裂过程中，并没有发生断裂的机械密封补偿弹簧在3-6圈会存在磨损，个别弹簧中相应的情况较为严重，存在着失效的风险。

参考文献

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