CN103277334B - 一种核电用离心式余热排出泵轴向力平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电用离心式余热排出泵轴向力平衡装置，包括叶轮（1）、导叶（2）、泵盖（3）、轴套（4）、花键轴（5）、止动垫片（6）和叶轮螺母（7）。径向回流方式可以提高泵的效率，降低泵的临界汽蚀余量，并有效改善叶轮出口处的压力脉动情况。叶轮轮毂的“齿轮槽”设计能大大减少液流的泄漏，提高泵的效率。花键轴的强度大，叶轮的对中性好，从而有效控制泵的振动。特殊的止动垫片设计可以有效地消除叶轮螺母松动现象，并可以通过改变平衡孔的面积和数量，达到调节轴向力至最小的目的。

Description

一种核电用离心式余热排出泵轴向力平衡装置

技术领域

本发明是一种叶轮与轴的配合结构装置，适用于水力机械离心式叶轮的轴向力平衡，特指核电用离心式余热排出泵的一种径向回流方式轴向力平衡装置。

背景技术

百万千瓦级核电用余热排出泵属于核二级泵，是核电站一回路的余热排出系统RRA的重要组成部分。其是排除反应堆余热，是最关键的核动力设备之一。由于余热占电站总热功率的2％～3％，余热排出泵的水力部件设计开发，已成为业内公认的制约其国产化的最大难题。传统的余热排出泵的结构形式为卧式、单级、单吸、后开门式离心泵，中心线支承。泵采用水平吸入、垂直向上吐出结构，转子为悬臂结构。叶轮外设置径向导叶，使液体均匀进入环形压出室，以消除平衡径向力。设置叶轮前后口环，并在叶轮上开设平衡孔来调整轴向力的大小，使泵轴平常处于较小的受拉冲状态。

由于核电用泵要求较高，相关文件规定此型泵在最小流量到最大流量范围内均稳定运行而不受流量变化的影响，且在规定的任何工况下均不发生汽蚀。如图4所示，采用传统的泵轴向力平衡装置，即在叶轮上开设平衡孔时，通过叶轮平衡孔液体的回流方向与叶轮来流方向相反，破坏了正常的流动状态，造成叶轮进口处液流紊乱，可能会导致泵的效率和抗空化性能下降，并形成异常振动与噪声。因此，研究新型的适合核电用余热排出泵的轴向力平衡装置是实现此种泵国产化所必须解决的问题。

经检索，关于平衡离心式余热排出泵轴向力时，本发明所采用的齿状叶轮轮毂——径向回流平衡轴向力及提高效率装置没有相关报道。

发明内容

本发明的目的是为核电用离心式余热排出泵提供一种新型轴向力平衡装置，解决采用泵的传统平衡孔回流装置时存在的降低效率、降低空化性能及产生振动噪声等问题，从而完成余热排出泵的安全稳定及高效运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括叶轮、导叶、泵盖、轴套、花键轴、止动垫片、叶轮螺母。叶轮与泵盖形成前、后泵腔，叶轮轮毂与花键轴花键连接，轴套和叶轮螺母对叶轮轮毂进行轴向定位，叶轮轮毂键槽深度大于花键轴键的高度，在叶轮轮毂中形成轴向回流通道，止动垫片上开有径向回流孔。轴套的导流孔、轴向回流通道、花键轴与轴套之间的通道以及止动垫片上的径向回流孔形成径向回流，平衡泵的轴向力。

在叶轮出口的液流进入前、后泵腔，进入前泵腔内的液流通过前口环回归叶轮流道，进入后泵腔内的液流通过后口环，并由径向回流孔流回叶轮内部，回流方向与叶轮来流方向一致。前后泵腔产成压差，从而形成一种轴向力平衡方式，并达到提高泵效率、降低装置汽蚀余量和减小振动噪声的目的。

叶轮轮毂的边缘位置加工成齿形槽状，且叶轮轮毂的“齿轮槽”一起均匀分布在叶轮轮毂的圆周上，在叶轮旋转时，”齿轮槽”会对液流做功，通过泵盖上的孔把液流重新输送至泵盖与叶轮之间的后泵腔内，能大大减少液流的泄漏，从而提高泵的效率。叶轮与花键轴之间通过花键连接达到周向定位的目的，并形成轴向回流通道，轴套与叶轮螺母一起对叶轮进行轴向定位，叶轮螺母和叶轮之间通过止动垫片防止泵反转时可能造成的螺母松动。

本发明所包含部件的布局为：叶轮与泵盖之间形成后泵腔，泵盖上开设有导流孔可以将进入后泵腔的液流输送到“齿轮槽”的容腔。叶轮通过花键连接周向固定在花键轴上，轴向靠轴承一侧通过轴套固定，另一侧通过叶轮螺母和止动垫片来固定，叶轮螺母的外表面形成与叶轮后盖板平滑过渡的流面，止动垫片设置在叶轮螺母和叶轮之间来防止叶轮螺母松动，并通过开设径向回流孔来调节轴向力的大小。

工作过程为：核电用离心式余热排出泵的叶轮旋转产生扬程将液体输送至高处，大部分叶轮出口处的液流通过导叶进入蜗壳被收集起来送至泵的出口，一小部分液体进入泵腔，形成回流来平衡轴向力。本发明液流的工作过程也是如此：叶轮出口处液流进入后泵腔，然后通过泵盖和轴套上导流孔进入“齿轮槽”容腔。此后，一部分“齿轮槽”容腔内的液体被齿轮槽做功后，被重新输送至泵盖与叶轮之间的后泵腔，另一部分液体进入叶轮轮毂和花键轴形成回流通道，最终经过止动垫片上的径向回流孔进入叶轮。这样液体的泄露大大减小，并且回流出流方向与叶轮内流动方向一致，可以提高效率。轴向力的大小可以通过止动垫片上的径向回流孔面积的大小进行调整平衡。

本发明的优点在于：径向回流方式可以提高泵的效率，降低泵的临界汽蚀余量，并有效改善叶轮出口处的压力脉动情况。叶轮轮毂的“齿轮槽”设计能大大减少液流的泄漏，提高泵的效率。花键轴的强度大，叶轮的对中性好，从而有效控制泵的振动。特殊的止动垫片设计可以有效地消除叶轮螺母松动现象，并可以通过改变平衡孔的面积和数量，达到调节轴向力至最小的目的。

附图说明

图1：本发明采用的径向回流方式轴向力平衡装置。

图2：轴与叶轮轮毂间的花键连接示意图。

图3：采用本发明设计的余热排出泵轴向力平衡回流方式。

图4：传统的余热排出泵轴向力平衡回流方式。

图中：1.叶轮，2.导叶，3.泵盖，4.轴套，5.花键轴，6.止动垫片，7.叶轮螺母，8.叶轮轮毂，9.轴，10.轴向回流通道，11.叶轮轮毂”齿轮槽”。

具体实施方式

结合图1，采用本发明设计的径向回流孔轴向力平衡装置，轴套4开设导流孔，花键轴5与叶轮1通过花键连接并形成轴向回流通道10，液流通过止动垫片6上开设的径向回流孔进入叶轮，形成径向回流方式来调节轴向力。叶轮1轮毂边缘位置加工成齿形槽状，构成齿轮槽11，一部分“齿轮槽”容腔内的液体被齿轮槽做功后，被重新输送至泵盖3与叶轮1之间的后泵腔，另一部分液体进入叶轮轮毂8和花键轴5形成的回流通道10，最终经过止动垫片6上的径向回流孔进入叶轮1。

结合图2，采用本发明设计的轴与叶轮轮毂间采用花键连接，叶轮1的轮毂上花键槽的深度比传统花键要深3～4mm，叶轮轮毂8键槽深度大于花键轴5的键的长度，在叶轮轮毂8中形成轴向回流通道10，以保留液流轴向流动的通道。

结合图4，图4中黑色箭头代表了液流的流动方向，传统的核电用离心式余热排出泵在叶轮1上直接开设平衡孔，液流直接由后泵腔轴向进入叶轮，与叶轮内来流方向相反，造成叶轮进口流动紊乱，降低效率。

结合图3，图3中黑色箭头代表了液流的流动方向，采用本发明设计的径向回流孔轴向力平衡装置，液流从叶轮1出口进入后泵腔，通过泵盖3和轴套4上的导流孔进入“齿轮槽”容腔,然后经过花键轴5与叶轮轮毂8形成的通道，最终经过止动垫片6上的径向回流孔进入叶轮。

Claims (3)

1.一种核电用离心式余热排出泵轴向力平衡装置，包括叶轮（1）、导叶（2）、泵盖（3）、轴套（4）、花键轴（5）、止动垫片（6）和叶轮螺母（7），其特征在于，叶轮（1）与泵盖（3）形成前、后泵腔；花键轴（5）与叶轮轮毂（8）之间形成轴向回流通道（10）；所示止动垫片（6）设有径向回流孔；轴套（4）设有导流孔；后泵腔、轴套（4）的导流孔、轴向回流通道（10）以及止动垫片（6）上的径向回流孔形成径向回流通道，平衡泵的轴向力；所述叶轮轮毂（8）的边缘为齿形槽状，齿轮槽（11）周向均匀分布在叶轮轮毂（8）的圆周上。

2.根据权利要求1所述的一种核电用离心式余热排出泵轴向力平衡装置，其特征在于，所述叶轮轮毂（8）和花键轴（5）花键连接，且叶轮（1）轮毂键槽深度大于花键轴（5）的键的长度，形成轴向回流通道（10）。

3.根据权利要求1所述的一种核电用离心式余热排出泵轴向力平衡装置，其特征在于，所的止动垫片（6）设置在叶轮螺母（7）与叶轮（1）之间。