副密封处的摩擦性能与寿命是影响核主泵流体动压轴封寿命的关键因素,为了研究副密封处的长期运行寿命,建立了高频往复试验装置,以模拟副密封处在高压介质条件下的往复运动,获取了副密封处O型橡胶密封圈与对偶金属件在频率提高、位移幅值增加和介质压力提高3种工况下的摩擦力变化数据,结果表明核主泵流体动压轴封副密封在正常运行工况频率为25 Hz、幅值约为30μm及介质压力为5.3 MPa时处于微动弹变状态;基于正常运行工况提高频率,在不超过300 Hz时副密封处的摩擦特性基本不会改变,但超过500 Hz时摩擦特性会明显变化;基于正常运行工况增加幅值和提高介质压力,副密封处的摩擦特性也基本维持不变。可见,在300 Hz以下提高频率对副密封寿命的影响可按线性增加考虑,能有效降低寿命验证时间。

辅助密封是静压型机械密封重要的组成部分,其位置变化会对高压条件机械密封的性能产生重要影响,针对该问题,本文考虑密封组件之间的多体接触关系与O形圈辅助密封的影响,建立了静压型机械密封的热流固耦合计算模型。基于此模型,分析了机械密封性能随辅助密封位置参数变化的规律和机理,对比了不同安装部位O形圈位置参数的敏感性程度。结果表明,不同安装部位O形圈的位置参数对机械密封性能影响程度显著不同,其中密封环背部O形圈对密封性能影响极大,其泄漏率的平均变化率为2.06,因此在设计和制造过程中需特别注意。

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。

为了分析一回路压力、轴封注入水温度和泵轴转速对密封性能的影响，采用简化雷诺方程对1号密封性能进行数值模拟以获得摩擦副端面的压力分布，然后求取不同压力、不同温度、不同转速下密封液膜厚度、泄漏量等性能参数。数值模拟分析中未考虑由于介质温度导致的摩擦副变形，但对全厂断电工况下高温介质对密封性能的影响进行了分析。数值模拟计算中考虑了离心力对密封性能的影响。分析结果表明：1号密封泄漏量随压力增加而增大，并且在低压区更敏感。介质温度低于100℃时，1号密封泄漏量随温度呈线性变化；介质温度高于100℃时，1号密封泄漏量随温度增加而显著增大。由于静压轴封组件为高压大直径密封，其离心力对密封性能有较大影响，当泵轴转速增大时，1号密封泄漏量减小。在不同介质压力下，介质压力低时，密封泄漏量的数值

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。

针对核电主设备用密封垫片国产化研制，获得的试验温度-压力曲线与实际运行过程进行对比，垫片的验证试验是可行的。本文就试验验证装置进行研究，采用模拟实际运行工况条件并将验证密封性能及可靠性，表明该试验方法用于核电主设备用密封。

为研究轴封注入水压力、轴封注入水温度和泵轴转速对密封泄漏量的影响,采用求解雷诺方程、热传导方程和能量方程的流固热耦合的数值计算方法进行分析。分析结果表明：泄漏量随注入水压力增大而增大,由于密封环变形的影响,注入水压力在5～8 MPa时,泄漏量略有下降;密封端面泄漏量受流体动压效应和介质粘度的影响,随泵轴转速的增大而增大;密封端面泄漏量受密封环变形和介质粘度的影响,随介质温度呈线性增大趋势。

介绍了核电厂主泵流体静压轴封组件和流体动压轴封组件的结构特点及工作原理,基于不同类型应急轴封注入水系统的设计方案和运行特性,分析了轴封应急注入水系统设计方案对不同类型轴封组件的适应性。结果表明,内置热交换器应急注入水系统设计方案适用于不同类型的流体动压轴封组件和流体静压轴封组件,外置高压冷却器应急注入水系统设计方案适用于流体动压轴封组件和设置有能动式停车密封的流体静压轴封组件。