本發(fā)明涉及雙錐密封泄漏檢測，具體涉及一種基于雙錐環(huán)應(yīng)力測試的核主泵雙錐密封泄漏檢測方法。

背景技術(shù)：

1、雙錐密封作為屏蔽式主泵的核心部件，是保障冷卻劑不發(fā)生泄漏的重要屏障，其密封狀態(tài)將直接影響主泵運(yùn)行安全。作為主泵壓力邊界的重要保障，雙錐密封多處于高溫高壓交變工況中，易出現(xiàn)預(yù)緊力下降、材料蠕變等現(xiàn)象，從而發(fā)生泄漏，造成危害。

2、由于核設(shè)備對于密封性的要求較為嚴(yán)格，雙錐密封結(jié)構(gòu)的泄漏率通常在1×10-2g/s以下，目前已有的泄漏檢測技術(shù)通常用于泄漏率在50ml/min以上的化工等設(shè)備中(公開號:cn114216619a、名稱：一種壓力容器泄漏檢測裝置及其檢測方法)，不適用于具有更低泄漏率要求的核主泵。此外，由于主泵運(yùn)行工況的影響，基于聲發(fā)射、超聲等信號的檢測方式(公開號:cn110044554a、名稱：一種基于聲發(fā)射信號的金屬壓力容器泄漏的在線檢測方法)，其傳感信號受噪聲等干擾嚴(yán)重，對主泵雙錐密封的微泄漏識別難度較大。目前，工業(yè)現(xiàn)場主要是依靠巡檢的方式觀察法蘭面是否有液體滲出以及測量法蘭間距評估密封性能，通常發(fā)現(xiàn)時已出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏，對于核主泵而言，還存在運(yùn)行期間因輻射風(fēng)險導(dǎo)致人員無法巡檢的問題，因此需要探索切實(shí)可行的雙錐密封泄漏檢測新方法，確保核主泵安全可靠運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙錐環(huán)應(yīng)力測試的核主泵雙錐密封泄漏檢測方法，通過對雙錐環(huán)應(yīng)力信號的采集，獲得對雙錐密封泄漏率的定量評估結(jié)果，既滿足雙錐密封微泄漏檢測的需求，又具有測量方式簡單、硬件成本低、安裝方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種基于雙錐環(huán)應(yīng)力測試的核主泵雙錐密封泄漏檢測方法，包括以下步驟：

4、步驟1：在雙錐環(huán)外側(cè)面粘貼電阻式應(yīng)變片，測量雙錐環(huán)的應(yīng)力值σf；

5、步驟2：將測量的雙錐環(huán)的應(yīng)力值σf，代入雙錐環(huán)應(yīng)力與墊片密封比壓的映射函數(shù)關(guān)系式，得到墊片密封面的接觸壓力計(jì)算結(jié)果pf；

6、步驟3：將步驟2中墊片密封面的接觸壓力計(jì)算結(jié)果pf和介質(zhì)壓力的工況參數(shù)作為輸入，代入基于分形理論的金屬墊片連接結(jié)構(gòu)的泄漏率計(jì)算公式，得到雙錐密封泄漏率計(jì)算結(jié)果lv；

7、步驟4：將步驟3中的雙錐密封泄漏率計(jì)算結(jié)果lv同設(shè)備的最大允許泄漏率進(jìn)行對比，輸出當(dāng)前泄漏狀態(tài)的評價結(jié)果。

8、步驟1對雙錐環(huán)應(yīng)力測量時，在雙錐環(huán)外側(cè)面上分別沿環(huán)向和軸向兩個方向粘貼應(yīng)變片，每個應(yīng)變片再與三個充當(dāng)定值電阻的應(yīng)變片構(gòu)成四分之一橋式電路，橋式電路輸出的電壓信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)理放大后接入數(shù)據(jù)采集卡，分別測量雙錐環(huán)環(huán)向應(yīng)變和軸向應(yīng)變，之后由廣義胡克定律來確定方向上的應(yīng)力。

9、步驟1對雙錐環(huán)應(yīng)力測量時，沿雙錐環(huán)的圓周方向，在每兩個主螺栓之間的位置對稱地設(shè)置應(yīng)變測點(diǎn)，以各個應(yīng)變測點(diǎn)測量結(jié)果的平均值作為對應(yīng)工況下雙錐環(huán)應(yīng)力的最終測量結(jié)果。

10、步驟2中雙錐環(huán)的應(yīng)力值σf與墊片密封面的接觸壓力計(jì)算結(jié)果pf的映射函數(shù)關(guān)系式如下：

11、

12、式中fr為雙錐環(huán)的截面積：

13、

14、dg為雙錐環(huán)的密封平均直徑：

15、

16、b為墊片寬度：

17、

18、其中：α為雙錐密封面的錐角；ρ為密封面的摩擦角；a為雙錐環(huán)高度，單位：mm；b為雙錐環(huán)厚度，單位：mm；c為雙錐環(huán)外側(cè)面高度，單位：mm；p為腔內(nèi)介質(zhì)壓力，單位：mpa。

19、步驟3中基于分形理論的金屬墊片連接結(jié)構(gòu)的泄漏率計(jì)算公式如下：

20、

21、式中：

22、

23、其中:c1和c2為墊片密封性能系數(shù)；cl為尺度系數(shù)；d為粗糙表面分形維數(shù)；γ為表示輪廓空間頻率的常數(shù)；η為流體動力黏度，單位：kg·(s·m)-1；ψ為泄漏通道尺寸分布域擴(kuò)展系數(shù)；aa為真實(shí)接觸面積，單位：mm2；ar為墊片面積，單位：mm2；p1、p2分別為泄漏通道入口、出口壓力，單位：mpa。

24、上述各系數(shù)通過墊片密封性能試驗(yàn)得到，測量不同壓緊應(yīng)力下的金屬墊片密封表面輪廓曲線，對試驗(yàn)得到的[lg[s(τ)],lg(τ)]數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，獲得直線斜率k及截距bk，之后采用結(jié)構(gòu)函數(shù)法計(jì)算表面輪廓的分形維數(shù)、尺度系數(shù)的參數(shù)，其中：d＝(4-k)/2，

25、和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：由于本發(fā)明采用電阻應(yīng)變片的方法測量雙錐環(huán)的應(yīng)力信號，并通過泄露率計(jì)算模型獲得對雙錐密封泄漏率的定量評估結(jié)果，擺脫了傳統(tǒng)測量方式對泄漏聲發(fā)射信號的依賴，不易受噪聲干擾，具有測量方法簡單，硬件成本低、安裝方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種基于雙錐環(huán)應(yīng)力測試的核主泵雙錐密封泄漏檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟1對雙錐環(huán)應(yīng)力測量時，在雙錐環(huán)外側(cè)面上分別沿環(huán)向和軸向兩個方向粘貼應(yīng)變片，每個應(yīng)變片再與三個充當(dāng)定值電阻的應(yīng)變片構(gòu)成四分之一橋式電路，橋式電路輸出的電壓信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)理放大后接入數(shù)據(jù)采集卡，分別測量雙錐環(huán)環(huán)向應(yīng)變和軸向應(yīng)變，之后由廣義胡克定律來確定方向上的應(yīng)力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟1對雙錐環(huán)應(yīng)力測量時，沿雙錐環(huán)的圓周方向，在每兩個主螺栓之間的位置對稱地設(shè)置應(yīng)變測點(diǎn)，以各個應(yīng)變測點(diǎn)測量結(jié)果的平均值作為對應(yīng)工況下雙錐環(huán)應(yīng)力的最終測量結(jié)果。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟2中雙錐環(huán)的應(yīng)力值σf與墊片密封面的接觸壓力計(jì)算結(jié)果pf的映射函數(shù)關(guān)系式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟3中基于分形理論的金屬墊片連接結(jié)構(gòu)的泄漏率計(jì)算公式如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：各系數(shù)通過墊片密封性能試驗(yàn)得到，測量不同壓緊應(yīng)力下的金屬墊片密封表面輪廓曲線，對試驗(yàn)得到的[lg[s(τ)],lg(τ)]數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，獲得直線斜率k及截距bk，之后采用結(jié)構(gòu)函數(shù)法計(jì)算表面輪廓的分形維數(shù)、尺度系數(shù)的參數(shù)，其中：d＝(4-k)/2，

技術(shù)總結(jié)
一種基于雙錐環(huán)應(yīng)力測試的核主泵雙錐密封泄漏檢測方法，利用雙錐環(huán)應(yīng)力同墊片密封面接觸壓力的映射關(guān)系，通過采集雙錐環(huán)應(yīng)力信號獲得墊片密封面接觸壓力的計(jì)算結(jié)果，之后將墊片接觸壓力計(jì)算結(jié)果和介質(zhì)壓力等工況參數(shù)作為輸入，代入基于分形理論的金屬墊片連接結(jié)構(gòu)的泄漏率計(jì)算公式得到雙錐密封結(jié)構(gòu)的泄漏率，最后將泄露率計(jì)算結(jié)果同設(shè)備的最大允許泄漏率進(jìn)行對比，得到對泄漏狀態(tài)的評價結(jié)果；本發(fā)明既滿足雙錐密封微泄漏檢測的需求，又具有測量方式簡單、硬件成本低、安裝方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：王琇峰,王晗博,王愷,簡一帆,劉嘉豪,陳智
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14