机械密封是核电站反应堆冷却剂泵的关键部件。某核主泵机械密封运行过程中,产生了第三级密封前压力下降和密封泄漏量增加的现象。为分析根本原因,采用有限元软件建立了核主泵流体动压型机械密封辅助密封圈的二维轴对称模型。分析了辅助密封圈在安装状态、正常工作压力及全系统压力下的位移分布、Mises应力分布和接触压力分布,研究了密封介质压力对密封圈变形、应力和接触压力的影响规律。结果表明:现有的辅助密封圈能够在正常工况下起到密封作用;辅助密封圈与插入件直接接触,产生了微动磨损;挡圈与插入件间存在间隙,没有发生磨损的可能;辅助密封圈位移、Mises应力、接触压力和接触宽度随密封介质压力的增加而增大;挡圈避免了辅助密封圈被挤入间隙内而损坏。

以核主泵用流体动压型机械密封第三级辅助O形密封圈为研究对象,利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机测试其在干摩擦和脂润滑下的摩擦学特性,获得不同润滑工况下滑移速度与摩擦因数关系,同时评估了润滑脂的润滑效果。结果表明:干摩擦条件下,当往复位移固定不变时,频率对摩擦因数影响较小,当往复频率固定不变时,摩擦因数随往复位移增大而增大;当往复位移较小时,润滑脂减摩效果一般,当往复位移增大后,润滑脂润滑效果有所增强。为提高O形密封圈的使用寿命,减小插入件的磨损,应尽量减小泵主轴的轴向跳动,使密封圈接触界面处于黏着状态。

为评估核主泵用流体动压型机械密封辅助密封圈的摩擦力,设计了辅助密封圈的微动试验台架,进行了不同频率和不同往复位移幅值下辅助密封圈的摩擦力测量,分析了往复频率和往复位移幅值对辅助密封圈在正常工作条件下的摩擦力影响规律。试验结果表明,辅助密封圈摩擦力随往复位移幅值的增大先增大后减小,在较大往复频率下,往复频率对摩擦力的影响作用不明显,与辅助密封圈接触的金属配副表面承受周期性交变切应力,易导致表面微动疲劳磨损。