二次滤网主轴包静密封失效分析及设计改进.pdf
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1、WEI Bang-huaHydraulics Pneumatics&Seals/No.3.2024doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2024.03.021二次滤网主轴包静密封失效分析及设计改进魏邦华(福建福清核电有限公司,福建福清3 50 3 18)摘要:为了解决某核电机组二次滤网主轴包静密封漏水故障,采用性能测试、力学及有限元分析方法寻找二次滤网主轴包静密封失效原因。研究结果表明,主轴包静密封失效的根本原因是该处密封设计不合理,使得该密封圈运行时承受周期性外力作用,导致密封圈的疲劳老化,最终造成静密封失效。对此,提出了针对性的设计改进,提高了二次滤网主轴包静密封的密封
2、可靠性。关键词:二次滤网设备;静密封;失效分析;设计改进中图分类号:TB42Failure Analysis and Design Improvement of Static Seal for Chief Axis(Fujian Fuqing Nuclear Power Co.,Ltd.,Fuqing 350318,China)Abstract:In order to solve water leakage malfunction of the twice filter equipment for some nuclear power plant unit,making use of thep
3、erformance testing and finite-element analysis method to find the malfunction reason of the static seal for chief axis package of the twice filterequipment.The result show that the malfunction root reason is that the static seal for chief axis package design unreasonably,the static seal forchief axi
4、s package of the twice filter equipment was standing external force when the twice filter equipment was operating,and leaded to the sealring fatigue,finally caused the seal malfunction.Thus,put forward Well-directed design improvement,enhanced the static seal reliability forchief axis package of the
5、 twice filter equipment.Key words:twice filter equipment;static seal;failure analysis;design improvement0引言核电机组中二次滤网设备的功能是过滤循环水中的杂质,保证符合要求的循环水进入凝汽器传热管水侧,冷却汽轮机的排汽,二次滤网故障,将影响机组的冷源安全,将会导致机组降功率或停机。目前百万千瓦核电机组配套的某厂家二次滤网设备经常出现主轴包静密封漏水故障,函需研究漏水根本原因并进行改进,提高二次滤网主轴包静密封的密封可靠性。1二次滤网工作原理百万千瓦核电机组配套的二次滤网设备工作原理如图1所示
6、,这种结构的二次滤网采用网片固定、排污斗旋转的方式设计。当滤网压差高时自动进行反冲收稿日期:2 0 2 3-0 4-17作者简介:魏邦华(19 7 3-),男,安徽定远人,高级工程师,学士,从事设备维修管理工作。文献标志码:A文章编号:10 0 8-0 8 13(2 0 2 4)0 3-0 119-0 5Package of Twice Filter Equipment洗,此时驱动电机运行,通过传动轴带动伞形减速器工作,伞形减速器通过联轴器驱动主轴包运行,主轴包带动排污斗依次间隔转动,当排污斗转至某一隔仓定位停止时,此隔仓区域内的水在压差的作用下改变方向,从滤网内反向流入排污斗内,冲洗排污区域
7、滤网表面,将杂物冲出滤网,并经排污阀排出,完成一个隔仓的清洗、排污过程,实现滤网自动清洗排污。进水侧41.扇形滤网2.压差测量系统3.驱动电机4.反冲洗排放阀5.排污斗图1二次滤网工作原理图出水侧5119液压气动与密封/2 0 2 4年第3 期2设计二次滤网结构某厂家设计的二次滤网设备结构如图2、图3 所示 ,该型号的二次滤网主轴包静密封已在核电运行中多次出现漏水故障,严重影响二次滤网设备的可靠运行,经停机打压检查发现主轴包静密封处有漏点,其他位置如密封罩密封圈处无漏点,主轴包静密封使用的密封圈规格为30012mm,材质为丁腈橡胶,需对主轴包静密封失效原因进行研究,以便于解决二次滤网主轴包漏水
8、问题。密封罩内部减速机出水侧图3 主主轴包静密封安装位置图3,二次滤网主轴包静密封失效因分析密封圈安装错位、密封质量问题、密封圈老化及设计方面原因均可导致密封失效,初步分析基本可以排除密封圈安装问题,因为每次主轴包及密封罩安装完成后需进行打压试验且打压合格,若密封圈安装错位,则出现渗漏会导致保压不合格,从每次安装后的保压120合格推测密封圈安装位置正确。3.1密封圈性能测试及检查1)物理性能测试将同批次的新密封圈以及拆下来的旧密封圈送专业的检测机构对密封圈的物理性能进行对比测试,测试结果 3 如表1 所示。表1新旧密封圈物理性能测试新密标准物理性能旧密封圈封圈要求 2 硬度(邵尔A70型)HS
9、Dd529拉伸强度(最14网片小)/MPa主轴包静密封主轴包动密封主轴包排污斗2800图2二次滤网结构图0300X12测试方法4570 5样品损坏11GB/T 528-2009无法取样扯断伸长率样品损坏257220CB/T 528-2009进水侧(最小)/%丁橡胶的老化和天然橡胶相似,以分子链断裂为主,故老化后橡胶变软发黏而失去使用性能 4。根据表1密封圈物理性能可知,新密封圈质量没有问题,但旧密封圈硬度严重低于丁睛橡胶的一般标准,说明旧密封圈发生了大规模的分子链降解导致硬度降低,从而证明了该密封圈出现严重老化。2)光谱图检查对失效的密封圈进行了傅里叶红外光谱图检查,发现失效密封圈样品在17
10、2 4cm出现(C=0)信号峰,表明失效密封圈发生了材质老化,存在分子链断裂现象,因此出现了新的特征峰。3)表面检查对拆下的旧密封圈送到专业机构进行宏观表面检查(电子显微镜)及微观表面检查(扫描电镜),检查结果:从电子显微镜下看到旧密封圈表面有大量的裂纹,裂纹表面有大量泥沙;根据扫描电镜分析旧密封圈断面不规则,灰白色,且存在大量的老化颗粒和孔洞,说明旧密封圈发生了严重老化 5,电子显微镜及扫描电镜检查图片如图4、图5所示。图4电子显微镜图片GB/T 531-2008无法取样Hydraulics Pneumatics&Seals/No.3.2024F2=p S=2 50 0 N(2)反冲洗时排污
11、斗所受压差作用力:F,=ApS=50000N式中,p=1000 kg/m;S=0.25m;=3 m/s;式中Api=0.2 MPa;p =0.0 1 M Pa。正常运行时主轴包静密封所受轴向力为:F,+F 2=3625N;图5扫描电镜图片反冲洗时主轴包静密封所受轴向力为:F,+F,=3.2设计原因排查51125 N。主轴包静密封按承受0.3 MPa压力设计(工作压二次滤网运行及反冲洗时除了受流体静压作用力0.2 MPa),密封圈规格31212mm,材质为丁橡外,还受流体动压及排污斗压差的共同作用,也就是说胶,配套密封槽为半圆槽,槽半径为6 mm,设计要求该原设计厂家对该密封设计只按承受静压计算
12、是不合理密封圈的的压缩量为3 4 mm,安装时通过紧固主轴的,这一设计欠缺是导致该密封圈故障的根本原因。包的固定螺栓将密封圈压缩量调到3 4mm,通常对反冲洗时排污斗所受轴向力达到5112 5N,在该力的作应的螺栓力矩约为8 0 9 0 Nm。用下,主轴包静密封将进一步被压缩,使得原先调整好主轴包静密封槽一的密封圈压缩量(3 4 mm)进一步增加,导致密封圈过压,当反冲洗结束后排污斗上所受的力F,消失,密主轴龟动密封封圈将会回弹。当再次反冲洗时密封圈又被过压,反冲洗结束密封圈又将回弹,如此循环往复。周期性机械外力作用可导致密封圈发生疲劳老化 7 。主轴包固定螺栓2)主轴包静密封圈有限元分析排污
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