陳志高

（中核檢修有限公司海鹽分公司，浙江海鹽 314300）

0 引言

國(guó)內(nèi)某重水堆核電站為2臺(tái)728 MW加拿大引進(jìn)CANDU6型重水堆機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)有4臺(tái)主泵，于2003年7月全部建成投產(chǎn)。主泵是由加拿大蘇爾壽泵廠(chǎng)（SPCAN）生產(chǎn)，型號(hào)為（16×16）×20×36 RV的立式、單級(jí)、雙蝸殼、葉片式離心泵，設(shè)計(jì)額定參數(shù)為：流量為2227.59 L/s，揚(yáng)程215 m，轉(zhuǎn)速1500 r/min，介質(zhì)為重水，電機(jī)銘牌功率為9000 HP（6619.488 kW），電壓等級(jí)11 000 V。該主泵葉片數(shù)為5，設(shè)計(jì)有1組水潤(rùn)滑導(dǎo)軸承、1個(gè)垂直入口管及2個(gè)側(cè)向出口管。主泵電機(jī)由日本日立公司生產(chǎn)，上、下部軸承均采用油浴潤(rùn)滑式滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)。其中，上部軸承由1組雙向推力軸承及1組導(dǎo)軸承組成，下部軸承由1組導(dǎo)軸承組成。電機(jī)與泵通過(guò)一段可拆短軸剛性連接。

主泵所配置的軸密封是由Sulzer Bingham公司設(shè)計(jì)并生產(chǎn)的型號(hào)為RV850的機(jī)械密封。該型號(hào)機(jī)械密封的設(shè)計(jì)形式為三級(jí)機(jī)械密封帶后備密封，并配置有軸封注入系統(tǒng)（向機(jī)械密封及泵導(dǎo)軸承提供低溫、干凈的軸封注入流，對(duì)其進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑）。該機(jī)械密封在極端工況下，每一級(jí)均設(shè)計(jì)為可承受系統(tǒng)全壓。機(jī)組正常功率運(yùn)行工況下，機(jī)械密封的三級(jí)機(jī)械密封平均分擔(dān)系統(tǒng)壓力，各級(jí)密封壓降約為3.2 MPa（密封單級(jí)壓縮量不可調(diào)，各級(jí)密封壓降存在一些差異）。三級(jí)機(jī)械密封上部設(shè)計(jì)有一組備用密封，由上下2層的剖分式石墨環(huán)組成。備用密封不承壓，僅當(dāng)?shù)谌?jí)機(jī)械密封失效時(shí)發(fā)揮作用。備用密封起效時(shí)，可使通過(guò)第三級(jí)密封泄露重水通過(guò)密封引漏管線(xiàn)流至重水收集系統(tǒng)[1]，防止重水大量噴濺至泵體外。

2014年6月15日，該重水堆1#機(jī)組3#主泵機(jī)械密封第三級(jí)密封發(fā)生失效故障，機(jī)組被迫進(jìn)入非計(jì)劃停堆小修，經(jīng)更換機(jī)械密封后重新投入運(yùn)行。為了提高主泵機(jī)械密封運(yùn)行的可靠性，需要對(duì)密封失效原因進(jìn)行查找分析，并提出提高密封運(yùn)行可靠性的解決方案。

1 主泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

1.1 主泵密封結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)API682《離心泵和轉(zhuǎn)子泵密封系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》中的統(tǒng)一分類(lèi)，該主泵機(jī)械密封為A型推環(huán)式[2]。密封為三級(jí)、內(nèi)置、旋轉(zhuǎn)、平衡、接觸式推環(huán)機(jī)械密封：密封撓性元件為旋轉(zhuǎn)式，密封副為硬質(zhì)合金碳化鎢（WC）動(dòng)環(huán)對(duì)優(yōu)質(zhì)抗皰疤石墨（C）靜環(huán)，輔助密封為三元乙丙橡膠（Ethylene Propylene Diene Monomer，EPDM）O形圈，彈性元件為每級(jí)圓周均勻分布20個(gè)圓柱形ASTM-A313彈簧，軸套、隔套、環(huán)座和其他金屬零件用316L不銹鋼制成。密封組裝時(shí)，三級(jí)密封在組裝工作臺(tái)上組裝成一個(gè)整體密封組件后裝入泵密封腔室。密封靜環(huán)固定于靜環(huán)座內(nèi)，在主泵運(yùn)行期間保持靜止?fàn)顟B(tài)。密封動(dòng)環(huán)則通過(guò)動(dòng)環(huán)座、密封彈簧與動(dòng)環(huán)彈簧座固定在密封軸套上，并在主泵運(yùn)行期間隨著密封軸套一起高速旋轉(zhuǎn)。

1.2 流體動(dòng)壓密封工作原理

機(jī)械密封又稱(chēng)端面密封，是一種依靠彈性元件對(duì)動(dòng)、靜環(huán)端面密封副的頂緊和介質(zhì)壓力與彈性元件壓力的壓緊而達(dá)到密封的軸向端面密封裝置[3]。自1885年英國(guó)第一個(gè)端面密封的專(zhuān)利出現(xiàn)以來(lái)，機(jī)械密封技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新，各種高參數(shù)（如高壓、高速、高溫、大直徑等）、高性能（如干運(yùn)轉(zhuǎn)、零泄漏）和高水平（如高Pv值、大型剖分式）的機(jī)械密封大量研制。不種型式的機(jī)械密封工作原理大不相同。

該主泵機(jī)械密封是密封面微凸體接觸的機(jī)械密封，其成膜理論是熱流體動(dòng)力楔理論[4]。根據(jù)俄羅斯學(xué)者格魯別也夫的研究，這種機(jī)械密封摩擦副由1對(duì)金屬環(huán)和石墨環(huán)組成。在金屬環(huán)密封面上具有深達(dá)幾微米的刮痕網(wǎng)絡(luò)，這是在磨削加工時(shí)形成的，可以認(rèn)為石墨密封面是平滑的，因?yàn)樗S著金屬環(huán)磨合。假設(shè)這2個(gè)環(huán)的密封端面是由厚度為零點(diǎn)幾微米到一微米的液膜隔開(kāi)，而刮痕間距為零點(diǎn)幾毫米。摩擦副的上面為金屬環(huán)，下面為石墨環(huán)，在壓差PS作用下，流體沿刮痕高速流過(guò)間隙，由于摩擦，高速流液體被加熱，同時(shí)加熱金屬表面，使之受熱膨脹。流體和金屬環(huán)表面的溫度沿運(yùn)動(dòng)方向逐漸升高，從而使金屬膨脹不均勻。由于受熱不均，在刮痕間的金屬表面具有傾斜度，即變形收斂性縫隙。此時(shí)，在金屬環(huán)表面產(chǎn)生流體動(dòng)壓作用力。

2 密封故障失效過(guò)程及運(yùn)維歷史

2.1 密封故障失效過(guò)程

2014年6月14日21時(shí)至24時(shí)，該電站1#機(jī)組3#主泵機(jī)械密封回流水溫度出現(xiàn)波動(dòng)，從正常的60℃左右上升到最高79℃（報(bào)警80℃，停泵93℃），同時(shí)該泵機(jī)械密封的三級(jí)密封壓差也出現(xiàn)異常波動(dòng)，幅度約0.3 MPa，且現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)該泵機(jī)械密封引漏管線(xiàn)內(nèi)的泄漏流量增大。2014年6月15日0時(shí)，該泵的第三級(jí)機(jī)械密封壓差突然從3.3 MPa降低至約1.0 MPa，據(jù)此確認(rèn)該泵第三級(jí)機(jī)械密封失效（圖1）。隨后根據(jù)運(yùn)行規(guī)程執(zhí)行停堆、停泵操作，機(jī)組進(jìn)入小修更換出現(xiàn)缺陷的主泵機(jī)械密封。

2.2 機(jī)械密封維修歷史和運(yùn)行狀況調(diào)查

3#主泵歷次大修期間的維修記錄顯示，2011年12月30日至2011年12月31日（該機(jī)組停堆大修期間），根據(jù)主泵預(yù)維大綱的要求，檢修人員對(duì)3#主泵機(jī)械密封進(jìn)行了預(yù)防性維修，對(duì)其零部件中密封環(huán)、密封彈簧以及O形圈等易損件均進(jìn)行了更換，并將密封組件順利安裝就位。在2012年1月9日機(jī)組大修后啟動(dòng)期間，3#主泵密封水回流溫度出現(xiàn)了隨系統(tǒng)壓力的上升（主系統(tǒng)壓力由7.0 MPa升至9.6 MPa的過(guò)程中）而快速升高的異常工況，其峰值曾一度到達(dá)97℃（圖2）。主泵運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)要求的主泵密封水回流溫度的停泵值為93℃，遂停止主泵運(yùn)行。

停泵并系統(tǒng)卸壓后，檢修人員對(duì)3#主泵機(jī)械密封彈簧壓縮量進(jìn)行了調(diào)整，將密封軸套位置下調(diào)了約0.8 mm，后再次啟動(dòng)3#主泵，將其投入運(yùn)行。3#主泵各級(jí)壓差的數(shù)據(jù)記錄如下圖3所示，泵的各級(jí)密封壓差在泵啟動(dòng)后的初始階段有40 h的持續(xù)波動(dòng)，而后趨于穩(wěn)定狀態(tài)，直至下一次機(jī)組大修，未發(fā)現(xiàn)其他異常。

2.3 106大修啟動(dòng)期間4 d內(nèi)的各級(jí)密封壓差

機(jī)械密封壓縮量調(diào)整方法：通過(guò)調(diào)整密封調(diào)節(jié)螺帽來(lái)調(diào)整密封軸套的提升高度，從而改變彈簧壓縮量。機(jī)械密封軸套調(diào)節(jié)螺帽與泵側(cè)靠背輪通過(guò)4顆螺栓聯(lián)接。在密封組裝工作臺(tái)上通過(guò)專(zhuān)用工具調(diào)整好密封壓縮量后，測(cè)量密封上軸套上凹槽下邊沿至后備密封壓蓋上表面之的的距離并記錄為Xd值；在密封組件整體裝入泵體后，通過(guò)調(diào)節(jié)螺母調(diào)整軸套的位置，并測(cè)定上述同樣位置的距離得到Xp值，并使得Xd和Xp盡可能接近，允許偏差不大于0.3 mm。

對(duì)機(jī)械密封檢修產(chǎn)生的組裝記錄進(jìn)行調(diào)查，并詢(xún)問(wèn)機(jī)械密封更換的工作負(fù)責(zé)人，了解到為了避免密封泄漏量偏大，機(jī)械密封組裝時(shí)設(shè)將密封彈簧壓縮量調(diào)整到偏上限值（要求5.08～6.10 mm），也就是說(shuō)密封彈簧壓縮量調(diào)節(jié)過(guò)緊。同時(shí)，主系統(tǒng)升溫升壓過(guò)程中，系統(tǒng)壓力產(chǎn)生的上推力使主泵轉(zhuǎn)子部件整體上浮的位移量（約1 mm）將也加載到密封彈簧上，這都導(dǎo)致機(jī)械密封壓縮量進(jìn)一步增大。過(guò)大的機(jī)械密封壓縮量使得機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)密封面壓力增大，摩擦力增加，摩擦副表面產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)被密封水帶走，最終導(dǎo)致軸封回流溫度的不斷升高。

大修后對(duì)3#主泵密封的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一年多的跟蹤監(jiān)督，確認(rèn)該泵包括機(jī)械密封在內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)均長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，沒(méi)有特別異常，因此未安排在2014年3月至5月期間的107大修（密封整體更換工作）。

在3#主泵第三級(jí)密封失效前，該泵的各個(gè)參數(shù)均保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)異常情況。3#主泵第三級(jí)密封從出現(xiàn)壓差波動(dòng)到失效僅經(jīng)歷了2 h左右，缺陷發(fā)展迅速（圖1）。

3 失效機(jī)械密封解體檢查分析

圖1 機(jī)械密封失效過(guò)程中運(yùn)行參數(shù)的變化

圖2 106大修后啟動(dòng)期間軸封回流溫度波動(dòng)

圖3 3#主泵各級(jí)壓差的數(shù)據(jù)

通常失效原因最直觀(guān)、最重要的標(biāo)志從目測(cè)檢查開(kāi)始，一旦原因明確，有效解決辦法就明確了。如果征兆或跡象在拆卸時(shí)丟失，就無(wú)法追溯。為避免關(guān)鍵信息丟失，按照外部征兆檢查、拆卸前檢查、拆卸后檢查模式進(jìn)行。

3.1 外部征兆檢查分析

該主泵機(jī)械密封失效前出現(xiàn)3種征兆：

（1）回流水溫度出現(xiàn)波動(dòng)，從60℃上升到79℃（其他3臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)正常）。說(shuō)明軸封冷卻水注入系統(tǒng)正常，密封端面出現(xiàn)異常溫度升高。

（2）三級(jí)密封壓差出現(xiàn)異常波動(dòng)，幅度在0.3 MPa左右。說(shuō)明密封端面接觸壓力和流體膜承載力處于異常狀態(tài)，很可能因?yàn)楦邷囟挂耗らW蒸或汽化，瞬時(shí)失去液膜，而新的低溫冷卻水又補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，重新形成液膜，使密封壓力處于跳躍中，這是密封副失效的早期征兆。

（3）泄漏量增大。無(wú)論是摩擦副打開(kāi)、流體膜喪失或密封環(huán)損壞都能造成大量泄漏，此泄漏量可以排除O形圈失效影響。

3.2 拆卸前檢查分析

3#主泵機(jī)械密封失效期間，其余3臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)正常，系統(tǒng)壓力、溫度無(wú)異常變化，因此可以排除系統(tǒng)因素影響；主熱傳輸系統(tǒng)水質(zhì)有嚴(yán)格控制，主熱傳輸凈化系統(tǒng)備有5 μm的過(guò)濾器，去除系統(tǒng)雜質(zhì)，在此基礎(chǔ)上，主泵的軸封系統(tǒng)還單獨(dú)配備了2 μm的過(guò)濾器，用于除去主泵軸封供水系統(tǒng)中的雜質(zhì)，充分保證了主泵機(jī)械密封長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，3#主泵機(jī)械密封失效前后，軸封過(guò)濾器壓差無(wú)波動(dòng)，因此可以排除軸封過(guò)濾器失效導(dǎo)致外部雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)封的可能性。

主泵軸向振動(dòng)高、軸位偏移大，帶動(dòng)機(jī)械密封軸套上下微動(dòng)，影響機(jī)械密封摩擦副瞬時(shí)液膜剛度。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，3#主泵機(jī)械密封失效前電機(jī)軸向振動(dòng)、軸位移無(wú)異常升高，排除此影響。

3.3 拆卸后檢查

（1）密封面檢查。拆卸后，將三級(jí)密封副動(dòng)、靜環(huán)集中放置，逐一檢查，發(fā)現(xiàn)第三級(jí)密封環(huán)存在損傷，其中動(dòng)環(huán)表面明顯龜裂，靜環(huán)有嚴(yán)重的磨損和凹槽，密封面上有“唱片”條紋般的同心圓紋理（圖4）。

（2）輔助密封元件檢查。未發(fā)現(xiàn)O形圈老化、龜裂、變硬和失去彈性等現(xiàn)象。

（3）彈性元件檢查。主泵機(jī)械密封每級(jí)圓周均勻分布著20個(gè)小彈簧，解體后將60個(gè)小彈簧逐一檢查，未發(fā)現(xiàn)變形、失彈等現(xiàn)象。

（4）驅(qū)動(dòng)件等金屬零件檢查。主泵機(jī)械密封驅(qū)動(dòng)件、緊固件等金屬零件均為重復(fù)使用備件，此次拆卸中，未發(fā)現(xiàn)粘合、磨損、變形現(xiàn)象。此外，在環(huán)座、彈簧等處未發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)沉積，判斷動(dòng)環(huán)在軸套上的浮動(dòng)性良好。

4 密封環(huán)的深入檢查分析及結(jié)論

為查明密封環(huán)開(kāi)裂的原因，對(duì)密封環(huán)進(jìn)行了進(jìn)一步的失效分析，主要包括失效樣品的外觀(guān)檢驗(yàn)、宏觀(guān)尺寸測(cè)量、表面殘余應(yīng)力分析、金相微觀(guān)組織觀(guān)察、斷口分析、掃描電鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）觀(guān)察、能譜儀（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）分析、顯微硬度測(cè)量、化學(xué)成分分析、模擬實(shí)驗(yàn)等。根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，破損動(dòng)環(huán)樣品均未發(fā)現(xiàn)異常，說(shuō)明動(dòng)環(huán)樣品在加工工藝上不存在明顯問(wèn)題[4]。

4.1 密封失效機(jī)理分析

4.1.1 動(dòng)、靜環(huán)磨損圖像分析

密封面的失效模式通常有以下類(lèi)型：①密封面開(kāi)啟失效；②密封副早期磨損；③密封干運(yùn)轉(zhuǎn)；④密封面熱裂；⑤密封環(huán)皰痕；⑥液膜失穩(wěn)；⑦液膜破裂；⑧汽化等。每一種失效模式均可在密封面上留下獨(dú)特的磨損圖像，通過(guò)分析磨損圖像可以判斷失效模式[5]。檢查密封動(dòng)環(huán)面呈現(xiàn)360°表面龜裂，這是典型的密封面熱裂；靜環(huán)嚴(yán)重磨損和凹槽，密封面上有“唱片”條紋般的同心圓紋理，這也是典型的過(guò)熱癥狀，并且存在干摩擦和磨料磨損存在。因此，初步判斷此次密封面失效是因高溫引起的密封面熱裂和劇烈磨損。

4.1.2 動(dòng)環(huán)熱裂原理

通常機(jī)械密封密封面由于流體作用力增大，間隙減小，會(huì)使密封副因密封面微凸體開(kāi)始接觸而溫度升高或其他原因而開(kāi)始發(fā)生干摩擦。此外，大多數(shù)密封在開(kāi)、停車(chē)時(shí)短暫地發(fā)生半開(kāi)摩擦或干摩擦，此時(shí)會(huì)使摩擦系數(shù)增大，磨損加劇，導(dǎo)致熱裂[6]。

由于溫度高，在環(huán)表面集中的接觸帶附近，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力所造成的殘余應(yīng)力。金屬材料在極高的殘余應(yīng)力作用下形成熱裂。盡管熱應(yīng)力是壓縮應(yīng)力，但由于接觸運(yùn)動(dòng)而使熱應(yīng)力釋放，就在表面形成殘余拉應(yīng)力，出現(xiàn)較淺表面裂紋。

4.1.3 動(dòng)環(huán)熱裂原因分析

密封面高溫會(huì)導(dǎo)致密封面熱裂，而密封面溫度取決于密封副的熱量及其分布。密封副的熱量由3方面組成：①摩擦副端面摩擦生成的摩擦熱；②旋轉(zhuǎn)元件與介質(zhì)、沖洗流體因攪拌生成攪拌熱；③介質(zhì)因工作溫度不同，帶有一定介質(zhì)熱。此次主泵機(jī)械密封失效動(dòng)環(huán)熱裂原因中可以排除攪拌熱和介質(zhì)熱，因相同環(huán)境下其余3臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，所以判定摩擦熱發(fā)生了變化。

由（1）式[6]可見(jiàn)，機(jī)械密封的端面摩擦熱QF主要取決于摩擦系數(shù)f和PCV。在摩擦系數(shù)不變的情況下，密封面載荷或PCV值過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致密封端面溫度過(guò)高而產(chǎn)生密封面熱裂。

目前，機(jī)械密封端面的設(shè)計(jì)計(jì)算有2種方法，即慣用的密封比壓PC或PV值為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法和全面考慮的P-V-T-h系統(tǒng)設(shè)計(jì)法，本文采用前者，基本公式為[6]：

由（2）式可以判定，在密封副面積比B、膜壓系數(shù)Km、系統(tǒng)壓力PS不變情況下，密封面比壓PC由彈簧比壓PSP影響。綜合式（1）和式（2），可知彈簧壓縮量的大小決定PCV值大小，影響密封端面的溫度。

4.1.4 密封失效機(jī)理分析

（1）裂紋萌生期。在大修啟動(dòng)期間，由于機(jī)械密封的密封彈簧壓縮量調(diào)節(jié)過(guò)緊。同時(shí)，由于主泵的第三級(jí)密封擁有最小的允許浮動(dòng)間隙，因此其首先承受了額外的壓力，導(dǎo)致第三級(jí)動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間的摩擦增大，摩擦釋放出來(lái)的熱量造成了密封動(dòng)環(huán)表面的溫度快速升高。同時(shí)，密封環(huán)周邊50℃左右的冷卻水依舊在不斷冷卻之中，這就使得密封動(dòng)環(huán)與靜環(huán)接觸的摩擦面和與冷卻水接觸的外表面之間形成較高的溫度差。由于動(dòng)環(huán)的主要材質(zhì)為WC脆性材料，抗熱沖擊性能較差，故而在這個(gè)過(guò)程中，動(dòng)環(huán)上表面沿徑向形成了大量的原始微裂紋，即形成了前文所述的線(xiàn)裂紋源。

此時(shí)，由于原始微裂紋剛剛形成，沿軸向的開(kāi)裂程度還比較淺，故而動(dòng)環(huán)的整體狀態(tài)并未被破壞，其功能依然保持良好。而靜環(huán)在初始的摩擦過(guò)程中，其整個(gè)表面都與動(dòng)環(huán)表面直接接觸，并未發(fā)生磨料磨損，所以整體狀態(tài)也未被破壞，功能也保持良好。因此該級(jí)密封在密封彈簧壓縮量調(diào)整后，繼續(xù)運(yùn)行期間并未出現(xiàn)長(zhǎng)期的壓差波動(dòng)現(xiàn)象，僅在調(diào)整后的2 d時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了壓差波動(dòng)，而后壓差即逐漸平穩(wěn)。

（2）裂紋擴(kuò)展期。該機(jī)械密封在穩(wěn)定的參數(shù)下繼續(xù)運(yùn)行了約兩年半時(shí)間，動(dòng)環(huán)隨主軸一直高速旋轉(zhuǎn)。由于動(dòng)環(huán)與主軸之間的同軸度始終存在著細(xì)微的差別，即動(dòng)環(huán)始終處于一定交變應(yīng)力的作用下，故而在運(yùn)行期間，原始微裂紋不斷沿著軸向和徑向進(jìn)行著疲勞擴(kuò)展。隨著裂紋的不斷擴(kuò)展，上表面相鄰線(xiàn)裂紋源之間發(fā)生了相互交叉（圖5）。位于交叉位置處的材料與基體之間的連接十分薄弱，隨時(shí)都有脫落的可能。

（3）最終失效期。動(dòng)環(huán)密封面上的裂紋不斷擴(kuò)展，裂紋交叉位置處的部分WC在動(dòng)環(huán)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)生了脫落，這些脫落的WC顆粒充當(dāng)磨料，立即引起密封動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間以“磨料磨損”的形式發(fā)生劇烈摩擦。由于靜環(huán)的主要成分為石墨，硬度遠(yuǎn)低于動(dòng)環(huán)材料，所以其表面被迅速地磨削下去，造成靜環(huán)上的半圓形流體動(dòng)壓槽貫通和動(dòng)環(huán)上的流體動(dòng)壓槽消失，大量的重水從其中流過(guò)，最終導(dǎo)致該級(jí)密封失效。

4.2 結(jié)論

（1）動(dòng)環(huán)微裂紋產(chǎn)生原因：動(dòng)環(huán)在摩擦熱和軸封冷卻水的作用下產(chǎn)生了大量微裂紋。

（2）機(jī)械密封失效原因：動(dòng)環(huán)表面的微裂紋作為裂紋源，由于高速轉(zhuǎn)動(dòng)，微裂紋不斷產(chǎn)生疲勞擴(kuò)展，使得動(dòng)環(huán)表面部分材料脫落，脫落顆粒充當(dāng)磨料，迅速磨削靜環(huán)上表面，磨穿靜環(huán)的半圓形槽，致使該機(jī)械密封失效。

（3）破損動(dòng)環(huán)和靜環(huán)加工制造過(guò)程、原始成分、微觀(guān)結(jié)構(gòu)等都不存在明顯問(wèn)題。

（4）在大修機(jī)械密封更換維修過(guò)程中，機(jī)械密封的彈簧壓縮量調(diào)節(jié)過(guò)緊，疊加系統(tǒng)升壓后泵轉(zhuǎn)子上移，使密封端面比壓過(guò)大，密封的PCV超過(guò)極限值，導(dǎo)致合金環(huán)密封工作面產(chǎn)生微裂紋。而此后有檢修窗口的大修又沒(méi)有及時(shí)安排對(duì)受損的密封進(jìn)行檢查更換，最終導(dǎo)致密封在運(yùn)行中突然失效。

圖5 動(dòng)環(huán)上表面裂紋交叉處

5 結(jié)束語(yǔ)

密封壓縮量的調(diào)整是機(jī)械密封檢修中的關(guān)鍵步驟，確保密封的正確裝配與安裝。使機(jī)械密封處于設(shè)計(jì)規(guī)定的使用條件范圍并考慮運(yùn)行工況變化對(duì)密封壓縮量的影響，是保證密封長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的最基本條件。同時(shí)，對(duì)于核電廠(chǎng)重要關(guān)鍵設(shè)備中碳化鎢（WC）合金密封環(huán)，在運(yùn)行過(guò)程中一旦承受過(guò)異常高溫，應(yīng)及時(shí)安排檢查其損傷狀態(tài)，評(píng)估其狀態(tài)或及時(shí)更換，避免狀態(tài)惡化后突然失效造成更大的損失和安全風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)3#主泵機(jī)械密封隨機(jī)故障失效原因查找和分析，梳理機(jī)械密封工作原理、故障檢查、失效模式，并對(duì)失效后的密封環(huán)作深入理化分析，提出密封安裝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及運(yùn)行維護(hù)中的關(guān)注問(wèn)題，對(duì)核電站主泵檢修維護(hù)具有重要的參考價(jià)值。將此次事件及分析處理過(guò)程編制技術(shù)分析報(bào)告，并在重水堆業(yè)主聯(lián)合會(huì)（CANDU OWNERS GROUP，COG）作經(jīng)驗(yàn)反饋專(zhuān)題發(fā)布。