CN112525514B - 核主泵轴封的副密封寿命验证试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其包括：振动主机，包括：连接盘、安装在连接盘上的作动器和测力传感器、位于测力传感器上方的双槽静环座，以及安装在作动器的输出轴上的插入件，双槽静环座设有三道环槽，中间环槽连接循环入水管和循环出水管，上、下环槽分别容纳对比试验的两组副密封，副密封包括O圈和O圈撑环，O圈撑环在循环水压作用下与插入件外圆柱面靠紧，插入件在作动器驱动下往复运动并与两个O圈撑环摩擦，测力传感器测出总摩擦力；作动器油源，为作动器往复运动提供液压介质；水加压和循环系统，为双槽静环座持续供应高压去离子水；以及监控系统，用于检测振动相关参数并控制设备正常运行。

Description

核主泵轴封的副密封寿命验证试验机

技术领域

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核主泵轴封的副密封寿命验证试验机。

背景技术

反应堆冷却剂泵(下文简称“主泵”)是核电站一回路系统的关键设备，轴封对反应堆冷却剂泵的可靠性有着至关重要的影响，轴封的可靠性直接影响着主泵和核电站的可运行性。

部分主泵轴封采用静压轴封组件，为一回路压力边界的组成部分，主要作用是在正常运行工况、设计基准事故工况下，防止冷却剂沿泵轴泄漏至反应堆厂房中。主泵轴封为多级串联式非接触式机械密封，主泵的静压轴封组件通常由1号密封、2号密封和3号密封串联而成，其中，1号密封为主密封，承受一回路系统的主要压力。静压轴封的1号密封由密封静环(补偿环)、密封动环(非补偿环)、槽形密封和O形圈组成。主泵静压轴封的静环在运转过程中有随动特点，副密封处将产生微幅往复运动，因此副密封实质上是一种微动密封。副密封的槽形密封在主泵静压轴封1号密封、2号密封和3号密封的副密封中均有使用，副密封的槽形密封材料耐磨性是材料选择判断的重要依据。

主泵静压轴封副密封的槽形密封处于微动摩擦状态，至今没有完整的设计理论，需要通过试验验证槽形密封耐磨性，以判断槽形密封材料的可用性。主泵静压轴封的副密封要满足耐压、耐辐射、耐微动磨损、低摩擦力等性能，其主要包括有良好抗老化、耐辐照、耐高温的三元乙丙橡胶O圈和填充聚四氟乙烯的槽形密封。在核主泵工作时，槽形密封被安装在静环座中，O圈的压缩回弹力作用于槽形密封，槽形密封在水压作用下贴紧插入件。由于加工误差，轴系微倾斜，主轴运转会使槽形密封与插入件之间产生微动摩擦，从而影响使用寿命。

针对槽形密封使用寿命的评估需求，需要开发寿命验证设备。目前，现有的往复摩擦磨损试验机采用凸轮弹簧机构，工作频率不超过10赫兹，缺乏摩擦力状况评估功能，无法满足密封件加速磨损试验要求。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对核主泵槽形副密封寿命验证试验需求，提供一种核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其可以接近真实使用条件对槽形密封的微动磨损情况进行加速磨损试验，通过研究试验后磨损状态，分析槽形密封的寿命情况。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其包括：

振动主机，包括：连接盘、安装在连接盘上的作动器和测力传感器、位于测力传感器上方的双槽静环座，以及安装在作动器的输出轴上的插入件，其中，双槽静环座设有三道环槽，中间环槽连接循环入水管和循环出水管，上、下环槽分别容纳对比试验的两组副密封，副密封均包括O圈和O圈撑环，O圈撑环在循环水压作用下与插入件的外圆柱面靠紧，插入件在作动器的驱动下高频上下往复运动并同时与两个O圈撑环产生摩擦，测力传感器测出总摩擦力；

作动器油源，为作动器的上下往复运动提供液压介质；

水加压和循环系统，为双槽静环座持续供应高压去离子水；以及

监控系统，用于检测振动幅度、工作温度、压力、水泄漏量、摩擦力状态并控制设备正常运行，记录试验数据。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述插入件与O圈撑环摩擦的外圆柱面镀有光滑耐磨镀层。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述双槽静环座上设有位移传感器，用于测量插入件的微小振幅。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述双槽静环座上设有传感器支架，所述位移传感器安装于传感器支架上并位于所述插入件的正上方。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述双槽静环座下部设有挡水盖，所述插入件的下方设有防水帽，挡水盖和防水帽形成迷宫密封结构。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述双槽静环座的侧面设有泄漏出水管。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述连接盘安装于铸铁箱体上。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述铸铁箱体的底部设有空气减震垫。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述所述铸铁箱体的外侧设有防护罩。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述作动器和测力传感器分别通过螺栓连接安装在所述连接盘上。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述插入件通过螺杆和锁紧螺母安装在作动器的输出轴上。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述插入件具有幅板圆套结构。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述插入件和双槽静环座同轴。

作为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的一种改进，所述副密封装入环槽后与环槽两侧贴合。

相对于现有技术，本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机中，双槽静环座中同时嵌入两组对比试验的副密封，定制的插入件安装在作动器的输出轴上，副密封在高压循环水的作用下与插入件紧密贴合，在进行寿命试验时副密封的O圈撑环不动，插入件高频上下小幅往复运动，与O圈撑环之间产生摩擦运动。在试验过程中，摩擦区域持续喷水冷却和润滑，以保证高频摩擦试验正常进行。通过实时监测工作频率、摩擦力大小和往复运动幅值等，保证设备工作在正常状态，从而实现槽形密封加速摩擦磨损，达到评估寿命的目的。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式，对本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机及其技术效果进行详细说明，其中：

图1为本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的结构示意图。

图2为图1所示的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机中振动主机的局部放大示意图。

图3为图1所示的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机的主机轴封槽型密封的结构示意图。

图中：

1--铸铁箱体；2--作动器；3--连接盘；4--测力传感器；5--循环入水管；6--O圈；7--O圈撑环；8--插入件；9--螺杆；10--位移传感器；11--传感器安装架；12--锁紧螺母；13--防水帽；14--挡水盖；15--双槽静环座；16--循环出水管；17--泄漏出水管；20--监控系统；21--作动器油源；22--空气减震垫；23--振动主机；24--防护罩；25--水加压及循环系统。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参照图1至图3所示，本发明提供了一种核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其包括：

振动主机23，其包括：连接盘3、安装在连接盘3上的作动器2和测力传感器4、位于测力传感器4上方的双槽静环座15，以及安装在作动器2的输出轴上的插入件8，其中，双槽静环座15设有三道环槽，中间环槽连接循环入水管5和循环出水管16，上、下环槽分别容纳对比试验的两组副密封，副密封均包括O圈6和O圈撑环7，O圈撑环7在循环水压作用下与插入件8的外圆柱面靠紧，插入件8在作动器2的驱动下高频上下往复运动并同时与两个O圈撑环7产生摩擦，测力传感器4测出总摩擦力；

作动器油源21，为作动器2的上下往复运动提供液压介质；

水加压和循环系统25，为双槽静环座15持续供应高压去离子水；以及

监控系统20，用于检测振动幅度、工作温度、压力、水泄漏量、摩擦力状态并控制设备正常运行，记录试验数据。

本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机是利用高频往复运动，在特制的双槽静环座15中同时嵌入两组对比试验的副密封，定制的插入件8安装在作动器2的输出轴上，高频上下往复运动，O圈撑环7在高压循环水的作用下与插入件8紧密贴合，从而使插入件8与O圈撑环7之间产生摩擦运动，在试验过程中，摩擦区域持续水润滑和冷却，以保证高频摩擦试验正常进行。

请特别参照图2所示，振动主机23包括安装在铸铁箱体1上的连接盘3，在连接盘3上通过螺栓连接分别安装作动器2和测力传感器4，测力传感器4用于检测试验过程中两个O圈撑环7与插入件8之间的总摩擦力。在测力传感器4上方安装双槽静环座15，插入件8按紧配合通过螺杆9和锁紧螺母12安装在作动器2的输出轴上。在图示实施方式中，插入件8采用重量较轻的幅板圆套结构，其中心安装孔与外圆柱面满足同轴度要求，插入件8参与摩擦的外圆柱面镀有光滑耐磨镀层。可以理解的是，以上个零部件装配后，需要保证插入件8与双槽静环座15之间满足必要的同轴度和规定的间隙。

请特别参照图3所示，双槽静环座15提供被试验O圈撑环7的工作位置和工作压力，双槽静环座15设有三道环槽，上下对称分布的环槽可分别容纳对比试验的两组副密封，中间环槽与循环入水管5和循环出水管16连通，用于提供试验水压；包括O圈6及O圈撑环7(槽形密封)装入后与环槽两侧贴合，副密封中的O圈撑环7在高压循环水压作用下向内收缩，与插入件8外圆柱面靠紧，当插入件8上下运动时同时与两个O圈撑环7产生摩擦，总摩擦力用测力传感器4测出，高压循环水的流入和排出既提供充足的工作压力又能带走部分摩擦生热。

由于作动器2自带的位移传感器不能满足小位移测量的精度要求，需要安装微米级精度的位移传感器。为此，在双槽静环座15的上面设置两个螺纹孔来安装位移传感器支架11，位移传感器布置在插入件8的正上方

请继续参照图2所示，为了防止试验时高频振动引起的水雾溅到作动器2和测力传感器4上，在双槽静环座15下部安装一个挡水盖14，挡水盖14与双槽静环座15之间装有密封以防渗水。在插入件8的下方固定一个防水帽13，挡水盖14和防水帽13形成迷宫密封结构，能有效隔离振动时溅起的水雾对作动器2和测力传感器4的侵蚀。此外，在双槽静环座15侧面还安装一个泄漏出水管17，便于排出渗漏水和润滑水。

需要说明的是，在进行磨损试验过程中，插入件8通常以上百赫兹高频往复运动，因此会带来较大的振动。为了减小高频往复运动引起机身的振动，底座采用质量较大的铸铁箱体1，并且在铸铁箱体1的底部安装四个空气减震垫22，并加装防护框架，以大幅减小振动产生的不良影响。此外，为了防止磨损试验区受外界灰尘等影响，铸铁箱体1的外侧还安装有防护罩24。

结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明核主泵轴封的副密封寿命验证试验机中，双槽静环座15中同时嵌入两组对比试验的副密封，插入件8安装在作动器2的输出轴上，副密封在高压循环水的作用下与插入件8紧密贴合，在进行寿命试验时副密封的O圈撑环7不动，插入件8高频上下小幅往复运动，与O圈撑环7之间产生摩擦运动。在试验过程中，摩擦区域持续喷水冷却和润滑，以保证高频摩擦试验正常进行。通过实时监测工作频率、摩擦力大小和往复运动幅值等，能保证设备工作在正常状态，实现槽形密封加速摩擦磨损，达到评估寿命的目的。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (14)

1.一种核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，包括：

振动主机，包括：连接盘、安装在连接盘上的作动器和测力传感器、位于测力传感器上方的双槽静环座，以及安装在作动器的输出轴上的插入件，其中，双槽静环座设有三道环槽，中间环槽连接循环入水管和循环出水管，上、下环槽分别容纳对比试验的两组副密封，副密封包括O圈和O圈撑环，O圈撑环在循环水压作用下与插入件的外圆柱面靠紧，插入件在作动器的驱动下高频上下往复运动并同时与两个O圈撑环产生摩擦，测力传感器测出总摩擦力；

作动器油源，为作动器的上下往复运动提供液压介质；

水加压和循环系统，为双槽静环座持续供应高压去离子水；以及

监控系统，用于检测振动幅度、工作温度、压力、水泄漏量、摩擦力状态并控制设备正常运行。

2.根据权利要求1所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述插入件与O圈撑环摩擦的外圆柱面镀有光滑耐磨镀层。

3.根据权利要求1所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述双槽静环座上设有位移传感器，用于测量插入件的微小振幅。

4.根据权利要求3所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述双槽静环座上设有传感器支架，所述位移传感器安装于传感器支架上并位于所述插入件的正上方。

5.根据权利要求1所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述双槽静环座下部设有挡水盖，所述插入件的下方设有防水帽，挡水盖和防水帽形成迷宫密封结构。

6.根据权利要求1所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述双槽静环座的侧面设有泄漏出水管。

7.根据权利要求1所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述连接盘安装于铸铁箱体上。

8.根据权利要求7所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述铸铁箱体的底部设有空气减震垫。

9.根据权利要求7所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述铸铁箱体的外侧设有防护罩。

10.根据权利要求1所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述作动器和测力传感器分别通过螺栓连接安装在所述连接盘上。

11.根据权利要求1所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述插入件通过螺杆和锁紧螺母安装在作动器的输出轴上。

12.根据权利要求1所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述插入件具有幅板圆套结构。

13.根据权利要求1所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述插入件和双槽静环座同轴。

14.根据权利要求1所述的核主泵轴封的副密封寿命验证试验机，其特征在于，所述副密封装入环槽后与环槽两侧贴合。

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