核主泵用流体动压型机械密封温度场的数值研究

考虑流体粘温效应,建立了典型核主泵用流体动压型机械密封三维稳态传热有限元模型。建立了由流体域及密封环组成的二维轴对称共轭传热有限元模型,计算了对流换热系数。在此基础上,采用有限元软件求解三维模型密封温度,分析了流体入口流速以及转速对密封端面温度的影响。结果表明:深槽结构导致开槽静环密封端面温度分布不均匀;流体入口速度几乎不影响温度分布;增大转速,密封端面温度显著升高。     

流体静压型核电主泵轴密封的研制

针对核主泵轴密封具有承受高压、高PV值、高可靠性的特点,尤其是第一级流体静压密封承受大部分的压差(15.5MPa),是整个主泵轴密封中难度最高和技术最复杂的关键性瓶颈,为此首先以第一级密封为突破口作了较深入的研究。完成了第一级密封试验样机、试验台及系统的研制与试验,第二、三级密封试验样机的研制,整套主泵密封的试验。已完成的试验项目指标基本达到设计技术指标,为今后进一步深入研究打下了很好的基础。     

核主泵用流体静压型机械密封耦合模型与性能分析

采用商业有限元软件建立了核主冷泵用流体静压型机械密封动、静环组件的非线性二维轴对称有限元模型,通过对接触状态的分析给出了合理的动、静环简化边界约束条件,基于此建立了热弹耦合数值模型,对雷诺方程、能量方程、热传导方程进行耦合求解,证明了所建立模型的正确性,并对静环端面尺寸参数进行了优化设计。为保证良好的稳态密封性能,计算结果推荐静环端面的锥角在300～350μrad范围内选择,台阶半径Rm在0.120～0.125m范围内取值。     

动压型机械密封技术的应用和发展

介绍了干气密封、上游泵送机械密封、热流体动压机械密封和激光加工多孔端面机械密封等动压型机械密封的基本原理、发展概况及应用场合,指出其发展趋势,提出我国开展动压型机械密封研究和开发的方法和前景。     

螺旋槽机械密封液膜流场的动静压对比分析

以外侧开槽的螺旋槽动静环密封端面与不带槽的动静环密封端面间的液膜为研究对象,建立其三维的有限元周期模型,运用计算流体力学(CFD)软件Fluent对液膜流场特性进行数值模拟,得到了液膜的压力和承载力分布规律。通过两者对比,分析了操作参数(转速、压差)对密封性能的影响,结果表明开槽的密封端面液膜具有明显的动压效应,液膜的承载力也大;并继续探讨了螺旋槽的参数(螺旋角、槽深)对螺旋槽机械密封的最大动压和承载力等密封性能的影响,研究结果为螺旋槽的设计提供了有益的参考。     

核主泵用流体静压型机械密封流固热耦合变形分析

核主泵泄漏量的大小受密封间隙影响,密封间隙形状与密封压力分布、热变形紧密相关。基于流体力学和传热学的基本原理,建立核主泵机械密封流固热耦合变形分析模型;通过分析接触状态,确定动、静环的边界约束条件。利用ANSYS软件对机械密封副的端面流场、流固热耦合热变形进行模拟分析。仿真结果表明：密封环内径与转折半径间的压力近似呈线性分布,而转折处与液膜外径之间的压力呈抛物线分布;动、静环应力分呈环形分布,最大应力处于静环上端面外径处;最高温度都出现在密封环靠近内径处,且动环温度高于静环。     

波度端面机械密封温度场的有限元分析

考虑波度密封端面的粘性生热和润滑液膜与密封环之间的热作用,建立了包括密封环和液膜在内的流固热耦合模型,采用流线迎风有限单元法求解了雷诺方程、热传导方程和能量方程,研究了液膜膜厚、波数、波幅、坝宽比、转速及密封压力等参数对密封环温度场和液膜温度场的分布规律的影响。结果表明:波度对密封端面起到了冷却作用;密封环和液膜温度随着膜厚、波幅增大而降低,随转速、坝宽比增大而升高,波数和密封压力对温度的影响不大。     

机械端面密封技术研究现状及发展趋势

从摩擦、结构、材料和设计等几个方面阐述了机械密封的研究现状、存在问题和发展趋势。     

华龙一号核主泵机械密封平面度的检测方法及分析

华龙一号反应堆冷却剂泵的机械密封是防止反应堆冷却剂泄漏的关键部件,平面度是密封性能的关键参数,采用圆度圆柱度仪对核主泵机械密封动环、静环密封面的平面度进行了检测.对密封面不同位置的二维和三维平面度检测结果进行分析,结果表明:采用圆度圆柱度仪检测得到不同位置的二维平面度、三维单平面和多平面平面度,在满足核主泵机械密封...     

波度和锥度对机械密封稳态特性影响研究

基于质量守恒控制方程,建立考虑周向波度和径向锥度的机械密封几何模型,采用有限差分法对控制方程进行离散,并通过高斯-赛德尔法进行迭代,得到端面间压力分布,并分析周向波度和径向锥度对泄漏量、开启力等密封性能参数的影响。结果表明：端面波数的变化对开启力、泄漏量及摩擦扭矩的影响较小;端面波幅值的增加使得端面的开启力、泄漏量和摩擦扭矩同时增大;锥度的增大导致开启力和泄漏量的增加,且锥度正向增加有利于改善液膜的承载能力。     

Parametric Study on a Wavy-Tilt-Dam Mechanical Face Seal in Reactor Coolant Pumps

The reliability of mechanical seals in reactor coolant pumps is essential for the safety of pressurized water nuclear power plants. A wavy-tilt-dam (WTD) mechanical face seal, characterized by a circumferential wave with a radial taper and seal dam on one of the seal faces, has proved to be effective in practice. A theoretical model is developed to study the mechanism of the WTD seal in this article. Then, the structural parameters such as wave amplitude, taper, dam radius, and the number of waves are studied for the WTD seal under different rotation speeds and seal pressures. The results show that the mechanism of the WTD seal is the combination of hydrodynamic and hydrostatic effects, which do not work simultaneously. During the period of start-up and shutdown, when the film thickness and the pressure differential are both small, the seal works as a hydrodynamic seal, whereas it is a nearly hydrostatic seal at the stable working condition. The waves on the seal face will obviously impair the hydrostatic effect before cavitation occurs in the fluid film. The optimal values of the structure are obtained by analyzing the numerical results under certain working conditions. In addition, the performance varies obviously with rotation speed and seal pressure.     

核主泵备用机械密封材料的摩擦性能研究

采用Falex-1506摩擦磨损试验机,研究了水润滑、室温条件下,载荷和速度对核主泵用机械密封材料:无压烧结碳化硅(WNV2)和碳化硅加碳(CHV1)、反应烧结碳化硅(R)和碳化硅加碳(R2)、石墨(MSMG)在不同配副条件下摩擦学特性的影响规律。使用扫描电镜(SEM),对磨损表面进行了观察和分析。研究结果表明,碳化硅和石墨材料自身的孔隙,在高载荷下容纳了更多的润滑流体,因此,不同配副条件下的摩擦系数均随载荷的增加而减小。另外,滑动速度引起的温度改变通过影响表面层性质影响摩擦力,而碳化硅和石墨在很宽的温度范围内机械性质保持不变,所以摩擦系数随速度的增加基本不变。     

百万千瓦级核电厂主泵轴封技术现状及发展趋势

介绍百万千瓦级核电厂主泵流体静压型轴封和流体动压型轴封的工作原理、性能及结构特点,并分析了其中的关键技术,得到了百万千瓦级主泵轴封的技术现状,并对轴封技术的发展趋势作了近期展望。     

流体静压式核电站主泵二级密封由接触式到非接触式转变的密封性能分析

利用ANSYS对流体静压式核电站主泵密封的第二级密封动环组件建模,计算得到密封环在高压下的变形情况,通过Fluent对核电站主泵第二级密封在高压情况下端面流场建模,得到密封端面流场的压力分布、速度场及密封的开启力和泄漏量.计算模拟了机械密封环的端面变形及机械密封由接触式机械密封转变为非接触式机械密封过程.结果表明,核电站主泵的第二级密封的动环组件在第一级密封失效的情况下会通过变形形成收敛面非接触型机械密封,并能在工况要求的情况下正常工作.     

弹性变形对泵用高速波度端面机械密封液体泄漏特性的影响

高参工况下密封环的弹性变形在一定程度上会影响密封性能。以波度端面机械密封为研究对象,考虑空化效应和弹性变形,对高速波度端面机械密封液体泄漏特性开展理论研究。采用有限差分方法数值求解密封的压力分布、开启力和泄漏量,重点分析密封端面波度几何参数以及密封工况参数对开启力和泄漏率的影响规律。结果表明：高速工况下波度密封端面空化加剧以及端面变形,使得密封端面承载力减小;当表面波度幅值较小时,考虑弹性变形时的密封开启力大于不考虑弹性变形时的密封开启力,而表面波度幅值大于0.2μm之后,两者呈现相反的结果;考虑弹性变形时的密封泄漏率则均大于不考虑弹性变形时的密封泄漏率;在弹性变形影响下,波度端面机械密封的密封性能主要受密封压力和密封间隙的影响;随着密封压力的增加,密封泄漏率增加;随着密封间隙的增加,考虑弹性变形前后的泄漏率差值逐渐减小。在文中计算条件下,弹性变形使得密封泄漏率增加可达50%以上。     

田湾核电站主泵诊断系统

田湾核电站主泵诊断系统由就地传感器、振动监视装置和信号存储分析计算机等组成,完成主泵振动、转速和轴位移的测量、存储、显示和信号分析等功能,并将热力工程和振动参数协同处理,向操作人员和维修人员提供主泵运行状态的诊断信息,提供消除主泵运行偏差和故障处理的方法和建议。     

停车密封在大亚湾核电站反应堆冷却剂泵的应用可行性探讨

介绍了大亚湾900MW压水堆核电站反应堆冷却剂泵的机械密封结构,针对福岛事故后,为了提高反应堆冷却剂泵的应对事故能力,重点介绍了目前国外应用比较广泛的两种停车密封结构形式,以及探讨其在国内核电站主泵应用的可行性.     

核反应堆立式主泵泵轴涡动特性研究

针对国内多个核电厂反应堆主泵存在泵轴不稳定涡动导致振动报警的问题,对涡动特性进行了深入研究。首先,对主泵轴进行了转子动力学分析;其次,对主泵振动包括涡动频率、涡动幅值等进行了测试,研究了泵轴涡动的原因及涡动源位置。结果表明：立式主泵轴系半频涡动频率略低于0.5倍频,在0.43~0.49倍频范围内变化;涡动幅值时高时低,但并不呈发散趋势,总体处于动态平衡;主泵轴振动波动的幅度主要由半频涡动的波动幅度决定;主泵轴系的半频涡动为泵轴下部轴承水膜涡动引起,非电机轴油膜涡动引起。为降低轴系涡动的影响,提出了泵轴下部轴承的优化建议。     

核电站反应堆冷却剂泵的模态分析

以某核电站反应堆冷却剂泵（以下简称核泵）为研究对象,对核泵结构进行适当简化后,建立有限元模型,并在有连杆和无连杆两种工况下,计算核泵的固有频率,得出了其前12阶固有频率和振型,并结合核泵具体结构对其固有频率和振型进行了简要说明,计算了阻尼器、拉杆和立柱刚度对核泵固有频率的影响。分析结果可以为下一步进行核泵的地震响应分析提供理论依据。     

核主泵流体静压式二级密封的压力变形数值研究

采用ANSYS软件和FLUENT软件数值分析了在核主泵一级密封失效时,流体静压式二级密封在密封压力下由接触式转变为非接触式机械密封的机理、密封端面的压力变形规律、密封液膜的流体动力学特性、以及密封端面变形对密封性能的影响规律。