CN103062609A - 一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，用于对核电高温气冷堆氦气压缩机的滑动轴承提供润滑油；系统主要由供油线路、过滤与冷却线路和滑动轴承润滑线路组成，采用对润滑油流量、压力和温度进行综合测量、通过计算机监控压力和流量来使润滑油供油量和温度达到工作要求，保证各个滑动轴承正常工作。系统在使用尽可能少的传感器条件下获取最大的信息量、并通过冗余配置来满足核电系统高可靠性的要求，具有控制精度高、设备运行可靠、安全、系统简单等特点。

Description

一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统

技术领域

本发明涉及一种核电用滑动轴承润滑供油系统，具体涉及一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统。

背景技术

高温气冷堆是第四代核反应堆的一种，主氦风机是高温气冷堆的“心脏”部件，是保障核电运转安全，控制冷却介质循环的关键部件。高温气冷堆主氦风机由蜗壳、叶轮、驱动电机、支撑系统、干气密封系统和风机壳体组成。其中叶轮轴由于其体积大、旋转速度高、需要由滑动轴承来支撑，每个轴承由8块轴瓦组成，通过轴和瓦块之间喷射润滑油进行润滑。高温气冷堆主氦风机压缩机一共有6个滑动轴承，具体为驱动电机推力轴承一个，一对径向轴承，风机的双向推力轴承一个以及一对径向轴承。滑动轴承的最高线速度接近100m/s，其发热量大，采用粘性泵的搅油润滑方式，消耗的能量大，按照初步计算，如果采用粘性泵对瓦块进行润滑，主推力轴承（主氦风机的推力轴承）发热功率在400千瓦以上，采用润滑油的外循环方式，一是可以降低搅油的功率损失，同时，能够将滑动轴承的发热及时带走。这对润滑系统提出了严格的要求，对于高温气冷堆主氦风机的滑动轴承，如果润滑和冷却不能满足要求很容易导致轴瓦烧坏，这将导致由于轴承引起整个高温气冷堆的非正常停机。

高温气冷堆检修成本很高、对安全和可靠性要求非常高，所以也要求主风机润滑供油系统具有功能全面、稳定、安全可靠等特点。为此我们提出了基于流量、压力、温度综合测量的核电用滑动轴承润滑供油系统，在正常工作时，根据不同的工作条件调整供油量来适应工作要求，当出现问题时自动警报并且通过冗余配置来保证系统工作稳定性，在不影响正常工作的情况下对故障部件进行维修或者更换，提高高温气冷堆主氦风机的工作可靠性。减低由于轴承润滑造成的非计划停机概率的发生。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，系统采用对润滑油流量、压力和温度进行综合测量、通过计算机监控压力、流量和温度来保证各个滑动轴承正常工作。系统采用尽可能少的传感器获取最大的信息量、并通过冗余配置来满足高温气冷堆系统高可靠性的要求，具有控制精度高、设备运行可靠、安全、系统简单等特点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，包括：

由主供油线路、第一冗余供油线路和第二冗余供油线路并行组成的供油模块；

由两路精过滤-冷却线路并行组成的接供油模块输出的过滤-冷却模块，其中每路精过滤-冷却线路上均设置有一个精滤油器以及一个接所述精滤油器输出的冷却器，两个精滤油器的输出端之间通过一个主电磁截止阀相接形成H形桥式线路；

由六路流量控制线路并行组成的接过滤-冷却线路模块输出的分流模块，每一路测量-控制线路上均设置一个电液比例流量阀以及一个位于所述电液比例流量阀输出端的流量传感器；

由轴承、均布于所述轴承外部的八个轴瓦、位于所述轴瓦上的温度传感器以及设置于轴瓦与分流模块连接线路上的润滑油油压传感器和可调节流阀组成的滑动轴承润滑模块；

以及，

根据接收的所述流量传感器采集的流量信号控制各路电液比例流量阀启闭、根据接收的所述润滑油油压传感器采集的润滑油油压信号和温度传感器采集的轴瓦温度信号控制控制各路可调节流阀启闭的测量控制模块。

所述主供油线路输入端接油箱1，输出端接过滤-冷却模块，自输入端到输出端线路上依次设置主粗过滤器2、主变频润滑泵3和主单向阀5，其中主变频润滑泵3和主单向阀5之间设置主油压表4，观察与检测润滑泵的输出压力；

所述第一冗余供油线路输入端接油箱1，输出端接过滤-冷却模块，自输入端到输出端线路上依次设置第一冗余粗过滤器2′、第一冗余变频润滑泵3′和第一冗余单向阀5′，其中第一冗余变频润滑泵3′和第一冗余单向阀5′之间设置第一冗余油压表4′，观察与检测润滑泵的输出压力；

所述第二冗余供油线路输入端接油箱1，输出端接过滤-冷却模块，自输入端到输出端线路上依次设置第二冗余粗过滤器2〞、第二冗余变频润滑泵3〞和第二冗余单向阀5〞，其中第二冗余变频润滑泵3〞和第二冗余单向阀5〞之间设置第二冗余油压表4〞，观察与检测润滑泵的输出压力。

第一路精过滤-冷却线路上设置有一个接主单向阀5、第一冗余单向阀5′和第二冗余单向阀5〞输出的第一电磁截止阀6，第一电磁截止阀6的输出端与第一精滤油器7的输入端连接，第一精滤油器7的输出端与第二电磁截止阀8的输入端连接，第二电磁截止阀8的输出端与第三电磁截止阀9的输入端连接，第三电磁截止阀9的输出端与第一冷却器10的输入端连接，第一冷却器10的输出端与第一单向阀11的输入端连接，第一单向阀11的输出端接入分流模块；

第二路精过滤-冷却线路上设置有一个接主单向阀5、第一冗余单向阀5′和第二冗余单向阀5〞输出的第四电磁截止阀6′，第四电磁截止阀6′的输出端与第二精滤油器7′的输入端相连接，第二精滤油器7′的输出端与第五电磁截止阀8′的输入端连接，第五电磁截止阀8′的输出端与第六电磁截止阀9′的输入端连接，第六电磁截止阀9′的输出端与第二冷却器10′的输入端连接，第二冷却器10′的输出端与第二单向阀11′的输入端连接，第二单向阀11′的输出端接入分流模块。

所述第二电磁截止阀8的输出端与第五电磁截止阀8′的输出端之间设置主电磁截止阀12。

所述每个电液比例流量阀13的输入端均接第一单向阀11和第二单向阀11′的输出端，每个电液比例流量阀13的输出端分别接至一个滑动轴承润滑模块且输出线路上分别设置有一个流量传感器14。

所述八个轴瓦17的输入端分别连接一个可调节流阀16，出电液比例流量阀13的润滑油分为两路，第一路上设置有第一润滑油油压传感器15，第二路上设置有第二润滑油油压传感器15′，第一路接入四个轴瓦17且该四个轴瓦17中的任一个上安装有第一温度传感器19，第二路接入另外的四个轴瓦17且该四个轴瓦17中的任一个上安装有第二温度传感器19′。

所述测量控制模块包括接各个流量传感器14输出端、第一润滑油油压传感器15输出端、第二润滑油油压传感器15′输出端、第一温度传感器19输出端以及第二温度传感器19′输出端的数据采集单元，数据采集单元的输出接计算比较控制器的数据输入端，计算比较控制器执行P₁₁·T₁₁、P₁₂·T₁₂，并将二者的结果进行比较，如果P₁₁·T₁₁≠P₁₂·T₁₂，则根据二者相等所要满足的流量信号大小输出控制信号控制相应电液比例流量阀13的启闭程度，以满足P₁₁·T₁₁＝P₁₂·T₁₂，其中P₁₁、P₁₂分别指第一润滑油油压传感器15和第二润滑油油压传感器15′输出的压力值，T₁₁、T₁₂分别指第一温度传感器19和第二温度传感器19′输出的温度值。

所述计算比较控制器接有警报模块，当P₁₁·T₁₁≠P₁₂·T₁₂，则同时输出告警信号进行告警提示。

与现有技术相比，本发明的优点是系统安全性和可靠性高、供油线路和过滤与冷却线路都有冗余配置、能够提高系统可靠性，即便系统出现故障时依然能够在核电站正常工作条件下对故障进行维修或对故障部件进行更换。

系统依照尽量最少的传感器来获取最大的信息量的原则，使系统结构简单，控制方便。仅通过两个油压传感器能够对轴承8块轴瓦的油压进行检测，并和温度进行综合分析，判断系统工作的安全性。

附图说明

图1为本发明供油系统的总图。

图2为本发明滑动轴承润滑模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，包括：由主供油线路、第一冗余供油线路和第二冗余供油线路并行组成的供油模块；由两路精过滤-冷却线路并行组成的接供油模块输出的过滤-冷却模块；由六路流量控制线路并行组成的接过滤-冷却线路模块输出的分流模块；由轴承、均布于所述轴承外部的八个轴瓦、位于所述轴瓦上的温度传感器以及设置于轴瓦与分流模块连接线路上的润滑油油压传感器和可调节流阀组成的滑动轴承润滑模块；以及测量控制模块。

其中，主供油线路输入端接油箱1，输出端接过滤-冷却模块，自输入端到输出端线路上依次设置主粗过滤器2、主变频润滑泵3和主单向阀5，其中主变频润滑泵3和主单向阀5之间设置主油压表4，观察与检测润滑泵的输出压力；第一冗余供油线路输入端接油箱1，输出端接过滤-冷却模块，自输入端到输出端线路上依次设置第一冗余粗过滤器2′、第一冗余变频润滑泵3′和第一冗余单向阀5′，其中第一冗余变频润滑泵3′和第一冗余单向阀5′之间设置第一冗余油压表4′，观察与检测润滑泵的输出压力；第二冗余供油线路输入端接油箱1，输出端接过滤-冷却模块，自输入端到输出端线路上依次设置第二冗余粗过滤器2〞、第二冗余变频润滑泵3〞和第二冗余单向阀5〞，其中第二冗余变频润滑泵3〞和第二冗余单向阀5〞之间设置第二冗余油压表4〞，观察与检测润滑泵的输出压力，其中主粗过滤器2、第一冗余粗过滤器2′和第二冗余粗过滤器2〞的过滤精度为10微米。

冗余供油线路有两个功能，一个是作为主供油线路的补充，即当主供油线路单独工作时供油量达不到工作要求时启动第一冗余供油线路II和主供油线路共同工作来提供足够的供油量；如果还是达不到要求则启动第二冗余供油线路III和其他线路一起工作来提供足够的供油量。二是作为临时供油线路，即当主供油线路出现故障时可以用冗余供油线路来代替主供油线路，这样可以保证核电站保持工作条件下对供油线路进行维修。

第一路精过滤-冷却线路上设置有一个接主单向阀5、第一冗余单向阀5′和第二冗余单向阀5〞输出的第一电磁截止阀6，第一电磁截止阀6的输出端与第一精滤油器7的输入端连接，第一精滤油器7的输出端与第二电磁截止阀8的输入端连接，第二电磁截止阀8的输出端与第三电磁截止阀9的输入端连接，第三电磁截止阀9的输出端与第一冷却器10的输入端连接，第一冷却器10的输出端与第一单向阀11的输入端连接，第一单向阀11的输出端接入分流模块；

第二路精过滤-冷却线路上设置有一个接主单向阀5、第一冗余单向阀5′和第二冗余单向阀5〞输出的第四电磁截止阀6′，第四电磁截止阀6′的输出端与第二精滤油器7′的输入端相连接，第二精滤油器7′的输出端与第五电磁截止阀8′的输入端连接，第五电磁截止阀8′的输出端与第六电磁截止阀9′的输入端连接，第六电磁截止阀9′的输出端与第二冷却器10′的输入端连接，第二冷却器10′的输出端与第二单向阀11′的输入。其中第一精滤油器7和第二精滤油器7′中的过滤精度为2微米。

第二电磁截止阀8的输出端与第五电磁截止阀8′的输出端之间设置主电磁截止阀12。

在正常工作条件下只有主供油线路和第一路精过滤-冷却线路工作。即润滑油在主变频润滑泵3的作用下先经过主粗滤油器2、再经过主变频润滑泵4、再经过主单向阀5。正常工作条件下电磁截止阀6、8、9处于开通状态，电磁截止阀6′、8′，9′和12处于关闭状态。因此由主单向阀5输出端流出的油进入第一精滤油器7，再经过电磁截止阀8、9、第一冷却器10、第一单向阀11，进入滑动轴承润滑线路的流量控制模块。

一般情况下可以根据轴承的工作条件来调节主变频润滑泵3的转速来提供所需要的供油量。如果在主变频润滑泵3最大输出的情况下检测到润滑油压低于正常工作所需要的压力，则要逐步启动冗余供油线路II和III进行补充。如果主供油线路出现故障也应启动冗余供油线路来代替主供油线路，这时可以对原来的主供油线路进行维修或对故障部件进行更换。

当过滤与冷却线路出现故障时也可以用冗余线路来保持正常工作。若第一精滤油器7出现故障，则关闭电磁截止阀6，开通电磁截止阀6′、8′和9′，这样润滑油从主单向阀5出来，经过电磁截止阀6′、第二精滤油器7′、电磁截止阀9′、第二冷却器10′和第二单向阀11′，进入分流模块；也可以关闭电磁截止阀6、8和9′，开通电磁截止阀6′和8′，12和9，这样润滑油从单向阀5出来，经过电磁截止阀6′、精滤油器7′、电磁截止阀12、电磁截止阀9、冷却器10和单向阀11，进入流量控制模块。若在正常工作条件下第一冷却器10出现故障，可以关闭电磁截止阀9和8′，开通电磁截止阀9′和12，这样从电磁截止阀8流出的润滑油可以经过电磁截止阀12、电磁截止阀9′、第二冷却器10′和第二单向阀11′，进入流量控制模块。

每个电液比例流量阀13的输入端均接第一单向阀11和第二单向阀11′的输出端，每个电液比例流量阀13的输出端分别接至一个滑动轴承润滑模块且输出线路上分别设置有一个流量传感器14，各个输出线路分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6。

在正常工作条件下进入滑动轴承润滑线路的润滑油通过流量控制模块按各轴承所需供油量进行流量分配，可以通过计算机对电液比例流量阀13进行控制来实现流量的分配。

八个轴瓦17的输入端分别连接一个可调节流阀16，出电液比例流量阀13的润滑油分为两路，第一路上设置有第一润滑油油压传感器15，第二路上设置有第二润滑油油压传感器15′，第一路接入四个轴瓦17且该四个轴瓦17中的任一个上安装有第一温度传感器19，第二路接入另外的四个轴瓦17且该四个轴瓦17中的任一个上安装有第二温度传感器19′。

以Q1为例进行介绍。

从第一个电液比例流量阀13出来的流量Q1通过流量传感器14反馈给计算机系统并显示。每一路流量再分成两小路流量Q11和Q12，每一小路流量经过4个并联节流阀16平均分配成四路，分别给四块轴瓦②、④、⑥、⑧和①、③、⑤、⑦提供润滑油。在流量传感器14输出端分成两路Q11和Q12后分别装有油压传感器15和15′。每一个油压传感器分别测量其对应的4个轴瓦润滑油的平均液压P₁₁和P₁₂并反馈给测量控制模块中的数据采集单元。在每一组4个轴瓦中一个轴瓦（图2中②和⑤）的接近润画面出口处的位置安装的温度传感器19和19′，测量润滑油出口处的温度T11和T12并反馈给测量控制模块中的数据采集单元。数据采集单元的输出接计算比较控制器的数据输入端，计算比较控制器接有警报模块。计算比较控制器执行P₁₁·T₁₁、P₁₂·T₁₂，并将二者的结果进行比较，即对一组轴瓦的润滑油液压和其温度进行相乘、并比较两者大小，由于对称性，两个数据应该相等，如果不相等说明系统某一个参数有所改变或出现故障，立即警报。即如果P₁₁·T₁₁≠P₁₂·T₁₂时发出警报，并根据二者相等所要满足的流量信号大小输出控制信号控制相应电液比例流量阀13的启闭程度，以满足P₁₁·T₁₁＝P₁₂·T₁₂。同时根据所测流量、压力、温度参数的综合测量来控制变频器润滑泵的转速和电液比例流量阀的大小来控制滑动轴承所需的供油量。

Claims (10)

1.一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，包括：

由主供油线路、第一冗余供油线路和第二冗余供油线路并行组成的供油模块；

由两路精过滤-冷却线路并行组成的接供油模块输出的过滤-冷却模块，其中每路精过滤-冷却线路上均设置有一个精滤油器以及一个接所述精滤油器输出的冷却器，两个精滤油器的输出端之间通过一个主电磁截止阀相接形成H形桥式线路；

由六路流量控制线路并行组成的接过滤-冷却线路模块输出的分流模块，每一路测量-控制线路上均设置一个电液比例流量阀以及一个位于所述电液比例流量阀输出端的流量传感器；

由轴承、均布于所述轴承外部的八个轴瓦、位于所述轴瓦上的温度传感器以及设置于轴瓦与分流模块连接线路上的润滑油油压传感器和可调节流阀组成的滑动轴承润滑模块；

根据接收的所述流量传感器采集的流量信号控制各路电液比例流量阀启闭、根据接收的所述润滑油油压传感器采集的润滑油油压信号和温度传感器采集的轴瓦温度信号控制控制各路可调节流阀启闭的测量控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，其特征在于，

所述主供油线路输入端接油箱（1），输出端接过滤-冷却模块，自输入端到输出端线路上依次设置主粗过滤器（2）、主变频润滑泵（3）和主单向阀（5），其中主变频润滑泵（3）和主单向阀（5）之间设置主油压表（4）；

所述第一冗余供油线路输入端接油箱（1），输出端接过滤-冷却模块，自输入端到输出端线路上依次设置第一冗余粗过滤器（2′）、第一冗余变频润滑泵（3′）和第一冗余单向阀（5′），其中第一冗余变频润滑泵（3′）和第一冗余单向阀（5′）之间设置第一冗余油压表（4′）；

所述第二冗余供油线路输入端接油箱（1），输出端接过滤-冷却模块，自输入端到输出端线路上依次设置第二冗余粗过滤器（2〞）、第二冗余变频润滑泵（3〞）和第二冗余单向阀（5〞），其中第二冗余变频润滑泵（3〞）和第二冗余单向阀（5〞）之间设置第二冗余油压表（4〞）。

3.根据权利要求2所述的一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，其特征在于，所述主粗过滤器（2）、第一冗余粗过滤器（2′）和第二冗余粗过滤器（2〞）的过滤精度为10微米。

4.根据权利要求2所述的一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，其特征在于，

第一路精过滤-冷却线路上设置有一个接主单向阀（5）、第一冗余单向阀（5′）和第二冗余单向阀（5〞）输出的第一电磁截止阀（6），第一电磁截止阀（6）的输出端与第一精滤油器（7）的输入端连接，第一精滤油器（7）的输出端与第二电磁截止阀（8）的输入端连接，第二电磁截止阀（8）的输出端与第三电磁截止阀（9）的输入端连接，第三电磁截止阀（9）的输出端与第一冷却器（10）的输入端连接，第一冷却器（10）的输出端与第一单向阀（11）的输入端连接，第一单向阀（11）的输出端接入分流模块；

第二路精过滤-冷却线路上设置有一个接主单向阀（5）、第一冗余单向阀（5′）和第二冗余单向阀（5〞）输出的第四电磁截止阀（6′），第四电磁截止阀（6′）的输出端与第二精滤油器（7′）的输入端相连接，第二精滤油器（7′）的输出端与第五电磁截止阀（8′）的输入端连接，第五电磁截止阀（8′）的输出端与第六电磁截止阀（9′）的输入端连接，第六电磁截止阀（9′）的输出端与第二冷却器（10′）的输入端连接，第二冷却器（10′）的输出端与第二单向阀（11′）的输入端连接，第二单向阀（11′）的输出端接入分流模块。

5.根据权利要求4所述的一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，其特征在于，所述第二电磁截止阀（8）的输出端与第五电磁截止阀（8′）的输出端之间设置主电磁截止阀（12）。

6.根据权利要求4所述的一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，其特征在于，所述第一精滤油器（7）和第二精滤油器（7′）中的过滤精度为2微米。

7.根据权利要求3、4、5或6所述的一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，其特征在于，所述每个电液比例流量阀（13）的输入端均接第一单向阀（11）和第二单向阀（11′）的输出端，每个电液比例流量阀（13）的输出端分别接至一个滑动轴承润滑模块且输出线路上分别设置有一个流量传感器（14）。

8.根据权利要求7所述的一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，其特征在于，所述八个轴瓦（17）的输入端分别连接一个可调节流阀（16），出电液比例流量阀（13）的润滑油分为两路，第一路上设置有第一润滑油油压传感器（15），第二路上设置有第二润滑油油压传感器（15′），第一路接入四个轴瓦（17）且该四个轴瓦（17）中的任一个上安装有第一温度传感器（19），第二路接入另外的四个轴瓦（17）且该四个轴瓦（17）中的任一个上安装有第二温度传感器（19′）。

9.根据权利要求8所述的一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，其特征在于，所述测量控制模块包括接各个流量传感器（14）输出端、第一润滑油油压传感器（15）输出端、第二润滑油油压传感器（15′）输出端、第一温度传感器（19）输出端以及第二温度传感器（19′）输出端的数据采集单元，数据采集单元的输出接计算比较控制器的数据输入端，计算比较控制器执行P₁₁·T₁₁、P₁₂·T₁₂，并将二者的结果进行比较，如果P₁₁·T₁₁≠P₁₂·T₁₂，则根据二者相等所要满足的流量信号大小输出控制信号控制相应电液比例流量阀（13）的启闭程度，以满足P₁₁·T₁₁＝P₁₂·T₁₂，其中P₁₁、P₁₂分别指第一润滑油油压传感器（15）和第二润滑油油压传感器（15′）输出的压力值，T₁₁、T₁₂分别指第一温度传感器（19）和第二温度传感器（19′）输出的温度值。

10.根据权利要求9所述的一种基于流量压力温度综合测量的核电滑动轴承供油系统，其特征在于，所述计算比较控制器接有警报模块，当P₁₁·T₁₁≠P₁₂·T₁₂，则同时输出告警信号进行告警提示。

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