變形法加工核主泵密封環(huán)的精度和性能分析.pdf

1、核主泵是核電系統(tǒng)的核心裝備之一。軸封式核主泵密封環(huán)，對于整個核電站的安全、穩(wěn)定、可靠運行十分關(guān)鍵。核主泵密封環(huán)通常是由氧化鋁、碳化硅、碳化鎢等高硬材料制成，以滿足耐磨損、耐高溫、耐腐蝕等要求，同時，核主泵密封環(huán)面形復(fù)雜，表面質(zhì)量與面形精度要求極高，超精密加工極其困難，已經(jīng)成為制約我國核電裝備自主化的最后一道瓶頸。
　　本文針對核主泵密封環(huán)制造的高精度、難加工的特點，基于預(yù)變形平面研磨方法加工核主泵密封環(huán)，設(shè)計預(yù)變形專用夾具。對于此

2、方法中涉及到的變形精度、密封性能、材料去除等問題，開展了相關(guān)研究，主要內(nèi)容如下:
　　(1)建立了預(yù)變形分析模型，設(shè)計了專用預(yù)變形夾具，分析了加載域和預(yù)變形載荷對密封環(huán)端面變形的影響。根據(jù)預(yù)變形分析結(jié)果預(yù)測了理想平面研磨條件下所加工出的密封環(huán)端面，結(jié)果表明:利用預(yù)變形平面研磨加工方法獲得的核主泵密封環(huán)，圓錐面面形精度隨著加力桿數(shù)量的增加明顯提高，當(dāng)加力桿數(shù)量為9個時，面形精度誤差小于0.53μm;通過周期性反向扭矩的作用獲得了滿足

3、要求的波度表面預(yù)變形，當(dāng)拉力桿載荷取10.5 N·m，推力桿載荷取9N·m時，等效錐角為700μrad，波錐比為0.94。
　　(2)建立了密封系統(tǒng)的幾何模型與物理模型，基于雷諾方程對密封環(huán)的開啟力、接觸剛度以及漏率進行了分析，結(jié)果表明:利用預(yù)變形平面研磨加工方法獲得的圓錐面密封環(huán)的密封性能與理想錐度表面密封性能接近，當(dāng)加力桿數(shù)量為9個時，開啟力、漏率和剛度誤差分別小于0.1％，3.5％和7％;利用預(yù)變形平面研磨加工方法獲得周向波

4、度密封環(huán)，隨著推力桿載荷的增大，開啟力、漏率逐漸減小，液膜剛度先增大后減小;隨著拉力桿載荷的增大，開啟力、漏率逐漸增大，液膜剛度逐漸減小。
　　(3)通過平面研磨實驗對硬質(zhì)合金環(huán)的材料去除特性開展了研究。研究發(fā)現(xiàn)，磨粒粒徑、研磨壓力及研磨盤轉(zhuǎn)速對材料去除率和表面粗糙度都有顯著的影響。當(dāng)選用粒度為2μm的金剛石磨粒且研磨盤轉(zhuǎn)速為30 r/min時，材料去除率和表面粗糙度分別可以達到2.27μm/min和21.3 nm。使用預(yù)變形夾具