核电用高温高压机械密封件服役状态评估方法与流程

本发明涉及核电机械密封件服役状态评估，具体的说是核电用高温高压机械密封件服役状态评估方法。

背景技术：

1、现有技术中核电用高温高压机械密封件通常处于高温、高压、强冲刷及复杂介质共同作用的服役环境中，动环与静环密封端面的磨损、腐蚀、剥离或局部偏磨会改变端面配合状态，并进一步引起泄漏量升高。机械密封作为核电设备压力边界及介质隔离的重要部件，其状态评估不仅关系到密封件自身寿命判断，还关系到主泵、阀门及相关转动设备的安全稳定运行。公开号cn116201722a的中国专利公开了核电站主泵机械密封泄漏量高故障缓解方法，其通过设置在主泵机械密封位置的设备监测初始机械密封泄漏量，并在泄漏量达到阈值后实施在线顶轴，再根据缓解后泄漏量判断故障缓解是否成功。该类技术能够围绕泄漏量异常进行运行干预，但其判断对象主要是泄漏结果，难以直接反映密封端面材料层位、磨损深度及临界磨损状态。

2、现有技术还提出了基于多源检测信号对机械密封性能进行综合分析的方案。例如，公开号cn116989937a的中国专利公开了一种机械密封件的检测方法及装置，其通过润滑膜多次测试形成润滑膜厚度矩阵，结合声发射信号集、振动信号集以及相应检测标准构建密封性能参数矩阵，以获得机械密封件的密封性能检测结果。该方案有利于提高检测维度和判断可靠性，但仍主要依赖外部传感信号或运行参数变化进行间接评估；对于密封端面内部不同磨损层级是否已经暴露、是否接近允许磨损厚度临界位置，以及损伤是由机械磨损、腐蚀或相界剥离导致等问题，仍缺少能够与材料实际消耗过程相对应的识别依据。

3、因此，在核电用高温高压机械密封件长期服役过程中，单纯依据泄漏量、振动、声发射或润滑膜状态进行判断，容易受到工况波动、传感器安装位置、信号噪声及故障机理耦合的影响，难以及时、准确地区分正常工作层服役、承载层暴露和边界层临界暴露等状态。尤其在不便拆检或拆检成本较高的核电应用场景下，亟需一种能够随密封端面磨损进程释放可检测标识信息，并通过泄漏介质、冲洗介质或过滤沉积物即可反推出密封件服役层位和状态等级的方法，以提高在役评估的可操作性、及时性和安全裕度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供核电用高温高压机械密封件服役状态评估方法，从而解决背景技术中所指出的部分弊端和不足。

2、本发明解决其上述的技术问题所采用以下的技术方案：

3、在机械密封件的动环或静环密封端面设置自标识合金层，所述自标识合金层沿由密封端面工作表面朝向基体内部的预定磨损方向依次包括工作合金层、承载合金层和边界合金层，所述边界合金层位于预定允许磨损厚度对应的临界位置；

4、在所述工作合金层、承载合金层和边界合金层中分别设置互不相同的第一识别元素组、第二识别元素组和第三识别元素组，并在机械密封件服役过程中，采集泄漏介质、冲洗介质或过滤沉积物中由所述自标识合金层释放形成的释放物，检测释放物中识别元素组的存在与否、释放形态和出现时间顺序；

5、当检测到所述第一识别元素组时判定为工作合金层服役状态，当检测到所述第二识别元素组时判定为承载合金层服役状态，当检测到所述第三识别元素组时判定为边界合金层服役状态；当同一采样周期内检测到多个识别元素组时，以对应磨损深度较大的识别元素组确定机械密封件的服役状态等级。

6、进一步地，所述第三识别元素组以封闭识别相设置于边界合金层中，所述封闭识别相由含第三识别元素组的芯部和包覆芯部的阻隔合金壳部组成；当释放物中在同一采样周期内检测到第三识别元素组和阻隔合金壳部中的壳部元素时，判定边界合金层发生机械磨损暴露。

7、进一步地，所述第一识别元素组、第二识别元素组和第三识别元素组中的至少一组具有基体识别元素和相界识别元素，所述基体识别元素固溶于对应合金层的金属基体中，所述相界识别元素偏聚于对应合金层的晶界、相界或硬质相界面处；当相界识别元素在连续采样周期中早于基体识别元素出现时，判定对应合金层发生沿晶腐蚀或相界剥离。

8、进一步地，所述第三识别元素组包括多个第三子识别元素组，所述边界合金层沿密封端面的周向划分为至少两个边界识别区，不同边界识别区内设置彼此不同的第三子识别元素组；当释放物中在单个采样周期内检测到一个第三子识别元素组时，判定边界合金层发生周向局部暴露，并根据第三子识别元素组所属边界识别区确定机械密封件的偏磨方向。

9、进一步地，所述相界识别元素在对应合金层中形成相界标识带，所述基体识别元素分布于相界标识带两侧的金属基体中；当释放物中在连续采样周期中先检测到相界识别元素且后检测到基体识别元素时，判定对应合金层由相界损伤发展为基体磨损暴露。

10、进一步地，所述相界识别元素与基体识别元素分别选用在泄漏介质中具有不同迁移形态的元素，所述相界识别元素以可溶性离子形态进入释放物，所述基体识别元素以固体磨屑形态进入释放物；当释放物中出现可溶性离子形态的相界识别元素时，判定对应合金层发生腐蚀损伤，当释放物中出现固体磨屑形态的基体识别元素时，判定对应合金层发生磨损损伤。

11、进一步地，所述相界识别元素在对应合金层的晶界、相界或硬质相界面处形成封闭隔离区，所述封闭隔离区包围含有基体识别元素的金属基体；当释放物中检测到相界识别元素且未检测到基体识别元素时，判定封闭隔离区被破坏且金属基体未暴露，当释放物中在同一采样周期内检测到相界识别元素和基体识别元素时，判定金属基体已暴露。

12、进一步地，所述边界识别区沿密封端面的周向按照非等角间隔设置，使不同第三子识别元素组对应的周向位置具有一一对应的角度编码；当释放物中检测到任一第三子识别元素组时，根据所述角度编码确定边界合金层的暴露方位。

13、进一步地，相邻所述边界识别区之间设置无第三子识别元素组的隔离合金区；当释放物中在连续采样周期中交替检测到两个相邻边界识别区对应的第三子识别元素组时，判定边界合金层在对应周向区间内发生扩展暴露；当释放物中在同一采样周期内检测到两个非相邻边界识别区对应的第三子识别元素组时，判定机械密封件存在多点偏磨。

14、进一步地，所述隔离合金区内设置区别于第三子识别元素组的隔离识别元素组；当释放物中在连续采样周期中依次检测到一个边界识别区对应的第三子识别元素组、隔离识别元素组以及相邻边界识别区对应的第三子识别元素组时，判定边界合金层的暴露由一个边界识别区连续扩展至相邻边界识别区。

15、本发明通过在动环或静环密封端面设置由工作合金层、承载合金层和边界合金层构成的自标识合金层，并使各合金层沿预定磨损方向依次布置，可将密封端面的实际磨损深度与不同识别元素组建立对应关系。由此，在不拆解机械密封件的情况下，通过检测释放物中第一识别元素组、第二识别元素组或第三识别元素组，即可分别判定工作合金层服役状态、承载合金层服役状态或边界合金层服役状态，提高服役状态评估的直观性和准确性。

16、本发明将边界合金层设置于预定允许磨损厚度对应的临界位置，使第三识别元素组的检出能够作为达到或接近临界磨损状态的判据，有利于提前进行维护决策，降低核电设备因密封端面过度磨损导致泄漏失控的风险。同时，通过采集泄漏介质、冲洗介质或过滤沉积物中的释放物进行识别，无需额外破坏密封结构，适于核电高温高压密封件在役连续或周期性评估。

17、本发明在同一采样周期内检测到多个识别元素组时，以对应磨损深度较大的识别元素组确定服役状态等级，能够避免浅层残余释放物对状态判断造成干扰，使评估结果更符合安全保守原则，从而提升核电用机械密封件寿命管理和故障预警的可靠性。