核电厂一回路主泵静压轴封现场运行期间,多次出现超出厂家运行技术要求的工况,由于缺乏主泵静压轴封运行参数影响机理研究,严重制约着轴封极限运行工况下的可靠性分析和评价。依托CPR1000核电机组100型核主泵双锥角静压轴封,提出一种流固耦合分析数值模型,系统阐述了极低压差、极限温度、内外锥角等关键因素对密封泄漏特性的影响机理。通过对极限工况运行可靠性进行研究,提出极限运行工况建议值,即压差不低于0.6 MPa,极限注入温度不高于100℃。

为了获取静压轴封组件可实现的运行寿命,分析静压轴封组件1号、2号、3号密封的失效机理,基于密封的失效机理分析压力、温度、转速、启停、老化对密封失效的影响,同时提出静压轴封组件运行寿命试验方法及试验条件。分析结果表明：一回路压力波动导致插入件磨损失效而影响1号密封的运行寿命;主泵的启停导致2号密封和3号密封摩擦副磨损而影响运行寿命;辐照老化和热老化导致O型圈老化而影响密封的运行寿命。通过模拟静压轴封组件设计寿命内承受的一回路压力波动、主泵启停的加速试验可获取密封的运行寿命。对经过热老化和辐照老化后的O型圈进行单独密封试验,可获取O型圈的运行寿命。

试验研究静压轴封密封性能时,运转过程中插入件和静环座发生异常碰磨现象。为研究产生碰磨异常现象的原因,基于静压轴封1号密封、副密封的工作原理,从设计、制造、安装、运行的角度提出了碰磨异常现象产生的可能原因。可能原因包括导向销与销孔距离轴线距离过大、副密封圆周方向不均匀变形、静环座的不均匀受力、热膨胀导致插入件和静环座接触、静环和动环相对偏移过大、静环和动环相对偏转过大、动环端面跳动过大。