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核主泵的可靠性和安全性在核能发电中占着相当重要的地位。而核主泵的密封成了其所要解决的首要问题,国外已证明周向波度机械密封拥有着优越的密封性能,其深入的研究对我国核电需求以及自主创新具有重要的意义。 本文采用有限元方法,研究了周向波度不等时的密封性能,指出在实际应用中出现周向波度不等的现象将导致开启力和泄漏量发生异常。基于结构力学和材料学,从热应力和压力的角度考虑了静环的结构及约束、材料对周向波度的影响,从而减小周向波度的变形,改善周向波度机械密封的实际密封效果。 应用Fluent对不同的波度不等模型进行了数值模拟,研究了结构参数和操作参数对密封性能的影响,并对比分析了两相对有利的波度不等模型与理想模型的密封效果。结果表明,随着波峰的增加或波谷的减小,开启力和泄漏量均增加;反之,开启力和泄流量均减小。锥角越大,波幅变化对开启力和泄漏量的影响也越小。随压差和转速的增加,三个模型的开启力和泄漏量均增加,且压差越大三者越靠近,而转速越大将导致波峰减小型的密封性能越远离理想模型的。 应用ABAQUS研究了在不同的静环结构及约束、材料下周向波度受热应力和压力的影响情况。结果表明,目前应用的碳石墨静环以压力变形对周向波度的影响为主。接触面积和支撑位置直接影响着周向波度的变形量及其分布,增大波度区接触面积和靠近波度区支撑可减小周向波度的变形;改变约束可利用密封介质压力减小密封面的变形。在核主泵特殊工况下氧化铝和氮化硅以热应力变形为主,碳石墨与氧化铝的变形基本相同,而氮化硅变形偏高,考虑到动静环之间的摩擦磨损,可利用氮化硅代替碳石墨加工存在周向波度的静环。