核電站主給水泵機(jī)械密封研究

明迪　張明啟　王靜

摘? 要：通過對核電站主給水泵機(jī)械設(shè)備密封的研究中，合理利用熱量計(jì)算方法，對換熱器、泵送環(huán)進(jìn)行準(zhǔn)確的選擇，以達(dá)到水泵流量的最佳程度，提高核電站企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的高速效率。應(yīng)國家政策的號(hào)召，利用新型環(huán)保能源創(chuàng)建可持續(xù)發(fā)展的企業(yè)規(guī)劃，在清楚核電企業(yè)發(fā)展關(guān)鍵核心是機(jī)械設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)后，對核電站主給水泵機(jī)械的高速運(yùn)轉(zhuǎn)提出更高層次的要求，展現(xiàn)出水泵機(jī)械密封完整的必要性并提出了切實(shí)可行的舉措方針為保證水泵機(jī)械密封的正常運(yùn)行，減少其不必要的磨損和老化，大大的延長其使用壽命和年限。保證整套裝置系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，提升企業(yè)的工作效率。

關(guān)鍵詞：水泵機(jī)械密封;流量;熱量;泵送環(huán)

引言：

當(dāng)下時(shí)代對綠色的可持續(xù)發(fā)展的要求日益提高，各大核電站企業(yè)有著很不錯(cuò)的發(fā)展勢頭，但是由于中國核電建設(shè)和規(guī)劃容量巨大，大多核電動(dòng)力設(shè)備需要依靠核電站主給水泵的正常運(yùn)作，來通過為蒸汽發(fā)生器二次側(cè)供給用水，使核電站運(yùn)轉(zhuǎn)更加可靠;而對水泵機(jī)械的正確密封，就是通過流體壓強(qiáng)原理，從動(dòng)靜環(huán)摩擦間形成一定厚度的液膜來保證水泵空腔和泵軸保持相對化對，有效避免液體從其中縫隙流走，強(qiáng)化主給水泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.核電站主給水泵機(jī)械密封正常運(yùn)行的條件

首先，主給水泵機(jī)械處于工作狀態(tài)時(shí)，其所包含的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)會(huì)時(shí)刻發(fā)生摩擦，而為保證減少在摩擦表面之間存在壓力導(dǎo)致材料磨損，需要借助液膜來對動(dòng)靜環(huán)進(jìn)行潤滑，由此可見，液膜潤滑作用是否高效直接決定著主給水泵機(jī)械設(shè)備的密封是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

其次，液膜作用高效表現(xiàn)在其黏度的韌性要強(qiáng)，在對黏度韌性的分析中，溫度起著主導(dǎo)的作用，溫度的提升，一定會(huì)導(dǎo)致黏度降低，進(jìn)而降低液膜的潤滑作用。根據(jù)有關(guān)資料表明，水溫超過80℃時(shí)，會(huì)導(dǎo)致密封端面磨損嚴(yán)重，這也是導(dǎo)致潤滑作用低的罪魁禍?zhǔn)?。因此，想要保證水泵機(jī)械密封能長期有序地運(yùn)轉(zhuǎn)，保持溫度低于60℃的溫度是重要的基礎(chǔ)。

最后，針對核電站主給水泵密封能力差的環(huán)境因素是時(shí)刻有高參數(shù)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)，在工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的高轉(zhuǎn)速和高功率，極大地提升了密封面周圍的溫度變化，導(dǎo)致多余的熱量產(chǎn)生，嚴(yán)重影響機(jī)械密封的質(zhì)量。所以通過合理的散熱方式，改變換熱器和泵送環(huán)的使用方式，對系統(tǒng)管阻正確計(jì)算，來高效提升密封準(zhǔn)確度是極其關(guān)鍵的。

2.核電站主給水泵機(jī)械密封正常運(yùn)行的舉措

2.1沖洗方式的選擇

為創(chuàng)造合適機(jī)械進(jìn)行密封運(yùn)行的環(huán)境，使其安全可靠的運(yùn)行，需要借用機(jī)械密封循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行，對機(jī)械設(shè)備摩擦、壓力、濕度、溫度等各大重要參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行合理控制來配置的標(biāo)準(zhǔn)、切實(shí)可行的選擇。

例如API 682機(jī)械的處理中，API Plan 23沖洗方案就是通過使用高溫?zé)崴M(jìn)行的配置方案。 通過泵送環(huán)的泵送作用，高溫沖洗液會(huì)將密封腔內(nèi)的液體根據(jù)端面摩擦熱和水泵送達(dá)流體的傳導(dǎo)熱量完全帶走，留下溫度低于60℃的合適溫度。利用該沖洗方案，能有效提高換熱功率和效率，減小核電機(jī)械設(shè)備自身的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，延長設(shè)備使用年限，利用熱交換而介質(zhì)間的互相轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到?jīng)_洗方案的確立。

2.2泵送環(huán)的選擇

沖洗液整個(gè)循環(huán)體制中最重要的動(dòng)力系統(tǒng)就是泵送環(huán)，選擇正確參數(shù)和形式的泵送環(huán)能最大化程度地提升沖洗液的流量和速率，方便于后續(xù)對換熱器換熱功率的增強(qiáng)。就目前市場來看，企業(yè)所采用的泵送環(huán)大致分為離心式和螺旋式。泵送環(huán)選擇的不同主要是根據(jù)企業(yè)實(shí)操和空間大小結(jié)構(gòu)所決定的。離心式泵送環(huán)通過類似葉片的裝置，使介質(zhì)產(chǎn)生離心率，來進(jìn)行沖洗液的動(dòng)力推動(dòng);而螺旋式泵送環(huán)需要靠較大的軸向尺寸，利用螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力推動(dòng)。由于核電站水泵密封中腔軸向尺寸較大，需要選擇相對匹配的螺旋式泵送環(huán)。

2.3計(jì)算系統(tǒng)管阻以及熱量

循環(huán)系統(tǒng)管路中管阻設(shè)計(jì)不正確，會(huì)導(dǎo)致管阻率增大，進(jìn)而導(dǎo)致通過液體流量減小，影響熱轉(zhuǎn)換效率。因此在設(shè)計(jì)管路系統(tǒng)時(shí)，除了要進(jìn)行必要的整體布局，精密的計(jì)算也是必不可少的，通過對局部管阻系數(shù)的分析，還要聯(lián)系實(shí)際情況。盡量減少接頭、閥門的數(shù)量和管線的長度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室已知介質(zhì)流速和管阻來實(shí)現(xiàn)最大化程度完成輔助系統(tǒng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。

為把多余的熱量通過換熱器帶走，使密封面周圍時(shí)刻處于低溫并長期有效方便于機(jī)器運(yùn)行的條件，熟知熱量大小及來源就需要通過計(jì)算來得出，而熱量來源的密封端的摩擦熱和高溫介質(zhì)傳導(dǎo)的傳導(dǎo)熱，需要相應(yīng)的計(jì)算方式。

通過對摩擦熱和高溫介質(zhì)傳導(dǎo)熱的分析并結(jié)合生活實(shí)際應(yīng)用可發(fā)現(xiàn)，根據(jù)不同工況條件和水泵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，泵送流體的特性、流速以及摩擦系數(shù)都會(huì)引起計(jì)算值與理論值出現(xiàn)相應(yīng)的誤差，再者由于密封端面摩擦系數(shù)非常難確定，受到很多因素的影響，像端面材質(zhì)、加工精度和運(yùn)行狀態(tài)的不同，因此在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，企業(yè)切實(shí)根據(jù)自身生產(chǎn)實(shí)際利用計(jì)算所得數(shù)值來確定相應(yīng)需采取的數(shù)值。

換熱器的作用就是要使密封面周圍達(dá)到穩(wěn)定密封可以長周期有效運(yùn)行的溫度，在冷卻高溫，保證核電主給水泵密封系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作起著非常重要的作用，所以，選擇正確的換熱器就是重中之重。

通常的，在密封系統(tǒng)中比較常用的換熱器結(jié)構(gòu)有三種形式：

（1）沉浸式盤管換熱器。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，做工靈巧簡易;成本低，適合剛起步的企業(yè);也可進(jìn)行拆卸清洗。而缺點(diǎn)是管阻過大，換熱效率低，不利于熱功率較小的核電站使用。

（2）管殼式列管換熱器。它的優(yōu)點(diǎn)同沉浸式盤管換熱器恰好相反，它的換熱功率大，換熱效率也高，管阻小。 但是體積過大，耗費(fèi)時(shí)間精力較多、加工復(fù)雜;成本過于高，只適合于大流量介質(zhì)、換熱功率大的企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）套管式盤管換熱器。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對簡單，體積適中，加工工藝簡單，成本低，換熱器效率高，但是無法清洗，一次性利用，所以只供換熱功率稍大的核電主給水泵這些關(guān)鍵設(shè)備場合使用。

在對換熱器選擇時(shí)必須嚴(yán)格按照企業(yè)需求和實(shí)際情況，選擇正確高效的換熱器。以便達(dá)到面積選擇正常合理，避免造成系統(tǒng)管路太長，管阻增大，換熱器效率降低等問題以及換熱器功率達(dá)不到要求，降溫效果嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)，密封壽命下降。對于換熱系數(shù)的變化以及水溫流量等參數(shù)的影響，需要利用直接驗(yàn)證的方式來進(jìn)行最準(zhǔn)確的換熱器的選擇。

3.結(jié)論

核電主給水泵機(jī)械密封熱量設(shè)計(jì)是密封設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵的部分，因此通過選擇合適水泵送環(huán)以及換熱器，通過精確計(jì)算的理論熱量和管阻數(shù)據(jù)的計(jì)算，來設(shè)計(jì)有效具體的管路系統(tǒng)把系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量有效帶走，使核電站主給水泵機(jī)械密封處一種低溫而穩(wěn)定的工作環(huán)境下。在考慮各步驟之間互相聯(lián)系的程度下，改變密封的實(shí)操和選擇。根據(jù)熱量計(jì)算大小，選取合適的換熱器，提高安全指數(shù)和可循環(huán)利用率;為提升泵送環(huán)工作效率，從多方面改進(jìn)和完善其對應(yīng)的設(shè)備參數(shù)，提高其推動(dòng)流體運(yùn)轉(zhuǎn)的能力和準(zhǔn)確度;沖洗進(jìn)程也要全面完善的進(jìn)行，致使整個(gè)設(shè)備溫度的初始起點(diǎn)溫度處在合理且適宜的范圍中。

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