采用结合三维有限元分析与基于经典摩擦理论的密封液膜流场分析相结合的方法,针对某新型核反应堆冷却剂泵(简称核主泵)机械密封的6种密封面方案进行分析研究,对比各方案的液膜厚度、接触载荷、名义磨损率、低压泄漏率等关键参数。计算结果表明,6 mm槽宽的设计方案是一组性能较为平衡的设计,其密封面的性能输出特征与某进口成熟机械密封类似且略优于进口型号;带有低压补偿的直线槽方案能够大幅延长密封面寿命,但同时带来了更高的低压泄漏率。

“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面平面度检测高精度要求的同时,进一步反映了机械密封面的整体平面轮廓形貌,且数据存储方便,为“华龙一号”核主泵机械密封的高精度制造和高可靠性运行提供了新的检测方法和数据分析依据。

深槽型流体动压机械密封是德国KSB公司的主泵机械密封结构型式,具有结构简单、磨损寿命长、低压泄漏率低等技术特征。本文提出了一种跨计算平台的协同分析方法,对国产化深槽型主泵机械密封进行计算分析,基于ANSYS平台对机械密封的热变形进行分析,采用有限差分法求解带JFO汽蚀边界条件的雷诺方程,利用浮动环的轴向平衡条件迭代求解获得平衡状态下的液膜厚度,继而计算获得稳态下液膜流场、压力分布以及机械密封的低压泄漏率。同时,搭建机械密封全流量试验台进行工况的全流量试验,测得了国产化深槽型主泵机械密封在稳态工况下的低压泄漏特征。研究表明,全流量试验测得的低压泄漏结果与计算结果相近,具有较好的匹配度。