張明啟 李冰 明迪
摘? 要:在此次研究過程當(dāng)中,針對某一核電廠的海水升壓泵在實際解體檢查過程當(dāng)中所發(fā)現(xiàn)的機械密封彈簧斷裂問題進(jìn)行詳細(xì)的分析,對于其實際所具有的外觀、成分以及實際的硬度等諸多情況進(jìn)行分析,相應(yīng)的結(jié)果可以表明,彈簧設(shè)計過程當(dāng)中存在一定程度的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。彈簧在構(gòu)建過程當(dāng)中出現(xiàn)的荷載偏心的實際情況,在偏心荷載的實際作用之下,致使相應(yīng)的彈簧存在斷裂問題,以下對核電廠的海水泵機械密封彈簧斷裂的相關(guān)問題進(jìn)行綜合性的分析。
關(guān)鍵詞:核電廠;機械密封;彈簧斷裂
引言
在此次研究過程中選取某核電站再進(jìn)行海水升壓泵機械密封更換工作過程中所發(fā)現(xiàn)的機封上兩條彈簧斷裂情況作為研究的實際內(nèi)容,其機械密封構(gòu)建擁有兩個,分別會在實際的海水升壓洞的兩端予以構(gòu)建,其機械密封在實際構(gòu)建過程當(dāng)中會由洞以及補償彈簧予以構(gòu)件。而每個機械密封在構(gòu)建過程當(dāng)中會擁有6個彈簧,同時會擁有O型圈徑環(huán)以及實際的緊定螺釘予以構(gòu)成。
1試驗
1.1對宏觀檢查進(jìn)行分析
與并未斷裂的彈簧進(jìn)行比較,可以發(fā)現(xiàn)兩個斷裂的彈簧在其第二環(huán)的位置存在著斷裂問題,其鍛煉位置向下至3~4圈的范圍之內(nèi),側(cè)邊會擁有相應(yīng)的磨損情況。
1.2對體式顯微檢測進(jìn)行分析
通過體式顯微鏡對彈簧進(jìn)行進(jìn)一步的觀察,可以發(fā)現(xiàn)在彈簧斷口所具有的正下方,其實際的彈簧圈中存在一定程度的表面缺陷,懷疑彈簧在實際斷裂后產(chǎn)生的碰傷。
1.3對金相進(jìn)行檢測
在研究過程中,對彈簧進(jìn)行金相檢測,檢測過程當(dāng)中其金相為典型的不銹鋼彈簧絲,金相組織形貌在構(gòu)建過程當(dāng)中由于不銹鋼絲在構(gòu)建過程當(dāng)中為冷拉加工,在實際構(gòu)建過程當(dāng)中已經(jīng)無法對奧氏體晶界予以觀察。
1.4對應(yīng)用測試進(jìn)行分析
在研究過程當(dāng)中,通過對彈簧金相試樣的表面進(jìn)行顯微維氏硬度的檢測工作。失效彈簧其實際的直徑為1.2毫米。而相應(yīng)的失效彈簧絲心目所具有的抗拉強度達(dá)到1834MPa,超過實際標(biāo)準(zhǔn)的具體要求。
1.5對斷口進(jìn)行微觀分析
兩個彈簧在實際構(gòu)建過程中,其端口具有的相似性主要為脆性端口。2號彈簧斷口在實際的微觀情況觀察中可發(fā)現(xiàn),其結(jié)構(gòu)內(nèi)存在過程啟裂區(qū),會在彈簧圈內(nèi)部會存在著裂紋拓展區(qū),以及中斷區(qū)。同時會存在著疲勞條帶,相應(yīng)的情況可由圖1顯示。
2綜合分析
2.1對材料進(jìn)行分析
不銹鋼彈簧絲在具體生產(chǎn)過程當(dāng)中,一般而言會以冷拉工藝為主,由此在實際的進(jìn)項組織構(gòu)建過程中,已經(jīng)無法對奧氏體晶界予以有效的分辨。組織上主要為實際的典型奧氏體不銹鋼冷拉后組織結(jié)構(gòu),由實際的顯微硬度結(jié)果推斷失效彈簧及抗拉強度在構(gòu)建過程中能夠達(dá)到1844MPA,已經(jīng)超過所規(guī)定的實際范圍之內(nèi)。失效彈簧在構(gòu)建過程中,其抗拉強度相對較高,由此也使得彈簧在構(gòu)建過程當(dāng)中容易存在脆性斷裂的情況。奧氏體不銹鋼在實際的冷加工過程中,為了消除實際的加工硬化,在實際的固定過程中,需要進(jìn)行中間退火或者進(jìn)行有效的固溶處理,后者在實際構(gòu)建過程當(dāng)中會將剛加熱至1000-1100度進(jìn)行快速冷卻,由此獲得較為均勻的奧氏體組織奧氏體不銹鋼絲,在繞成彈簧之后需要進(jìn)行相應(yīng)的低溫退火工作,以此消除冷卷黃時所形成的內(nèi)用力,失效彈簧鎖具有的抗拉強度相對較高,可能與實際材料加工冷加工過程當(dāng)中,所具有的后續(xù)熱處理具有了一定的關(guān)聯(lián)性,使得整體彈簧抗拉強度無法達(dá)到較為合理的范圍之內(nèi)。
2.2對結(jié)構(gòu)因素對于實際彈簧失效的影響進(jìn)行分析
海水升壓泵在實際構(gòu)建過程中,其機械密封彈簧組裝方式在構(gòu)建過程中主要為壓縮螺旋彈簧的組裝結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)構(gòu)建過程中會存在風(fēng)險,相應(yīng)的彈簧與彈簧座在構(gòu)建過程當(dāng)中屬于摩擦副,在彈簧反復(fù)運動過程中,彈簧的一端也會產(chǎn)生一定程度的摩擦,甚至將孔底刨成坑狀,由此彈簧在構(gòu)建過程中會處于相對歪曲的狀態(tài),無法平穩(wěn)的進(jìn)行上下工作。由此,將致使彈簧存在過早斷裂失效的情況。在對失效彈簧所存在的動環(huán)做彈簧內(nèi)進(jìn)行檢查的過程當(dāng)中,可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用較為明顯的劃痕。而之前的檢測也發(fā)現(xiàn)補償彈簧側(cè)邊會存在一定程度的磨損,其磨損的實際范圍與實際的彈簧孔交界位置相符,當(dāng)減薄超過彈簧有效直徑時,便會使實際的彈簧在應(yīng)用過程當(dāng)中存在著斷裂的風(fēng)險。
2.3受力分析
彈簧失效就一般而言會在受力最大且結(jié)構(gòu)斷面最薄的部位予以發(fā)生,在靜載荷之下相應(yīng)的彈簧就一般而言并不會存在著斷裂失效的問題,而在動載荷以及高應(yīng)力以及實際的應(yīng)力幅度相對較大與實際沖擊作用之下,相應(yīng)彈簧在一定程度上會導(dǎo)致過早斷裂失效的問題。首先,對于沖擊載荷而言,依照相應(yīng)的實踐可以表明壓縮彈簧承受的沖擊載荷時,往往會致使彈簧的第二、三個有效圈處存在斷裂,其主要的原因在于1~3個彈簧圈會首先對載荷予以承載,不能迅速且有效的將相應(yīng)的載荷傳遞給其他的彈簧圈,斷裂的兩個彈簧在實際構(gòu)建過程當(dāng)中均會發(fā)生在第2個彈簧圈左右,與實際的文獻(xiàn)記錄相符,在實際構(gòu)建過程當(dāng)中擁有相對較大的震動時,有可能會使得實際補償環(huán)所具有彈簧產(chǎn)生相對較大的沖擊載荷,并且使彈簧所具有的抗拉強度過高,由此也致使整體彈簧在構(gòu)建過程當(dāng)中存在脆性斷裂。
第二,對偏心載荷的影響進(jìn)行分析,偏離中心時,其偏心載荷將使得整體應(yīng)力大幅度的增加,可以造成整體彈簧過早失效的問題,在上述的研究過程中分析,表面彈簧以及實際彈簧座間會存在一定程度的摩擦,由此也說明彈簧在構(gòu)建過程當(dāng)中會存在一定程度的偏心問題,當(dāng)偏離實際中心時,將會使彈簧存在失效風(fēng)險。
結(jié)語
海水泵機械密封補償彈簧材料在構(gòu)建過程中所具有的成分與標(biāo)準(zhǔn)要求相符,組織上并未發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的異常,其硬度與標(biāo)準(zhǔn)相比相對較高。泵機械密封補償彈簧材料在構(gòu)建過程中所具有的硬度偏高加之其自身結(jié)構(gòu)所存在的特點,在運行過程當(dāng)中偏心載荷的共同作用之下,會致使相應(yīng)的彈簧存在脆性斷裂的情況,在實際的斷裂過程中,并沒有發(fā)生斷裂的機械密封補償彈簧在3-6圈會存在磨損,個別彈簧中相應(yīng)的情況較為嚴(yán)重,存在著失效的風(fēng)險。
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