CN103452868A - 立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，包括：可变频运行的立式屏蔽电泵、间隙流动循环管路、间隙流动换热管路、测量屏蔽电泵间隙流动的仪表、测试屏蔽电泵转子振动的仪表，立式屏蔽电泵包括可更换的偏心轴承座；间隙流动循环管路与立式屏蔽电泵的冷却水接口相连；间隙流动换热管路通过换热器与间隙流动循环管路相连；测量屏蔽电泵间隙流动的仪表装配在间隙流动循环管路上；测试屏蔽电泵转子振动的仪表装配在立式屏蔽电泵内部；轴承座是屏蔽电泵电机的组成部分。本发明提供的测试立式屏蔽电泵内部冷却水对泵振动特性影响的实验台，是一种多功能、适应多种实验工况的实验平台。

Description

立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台

技术领域

本发明涉及测试实验台,具体涉及一种测试立式屏蔽电泵内部流动的实验台。

背景技术

核电在国家能源安全和国防建设上具有重要地位，目前我国正在发展更安全的新一代核反应堆系统。屏蔽电泵以其无动密封、振动噪声低的优势广泛应用于核反应堆冷却剂循环系统。屏蔽电泵一般由屏蔽电机和叶轮通过电机轴直接相连构成。在屏蔽电机内部转子和定子之间沿轴向具有一个狭长的环形间隙，其中流过冷却水，该冷却水形成一种间隙流动，用于润滑轴承和冷却电机。间隙流动对屏蔽电泵转子动力特性有重要影响，在间隙环流动面的研究，对开发新一代核反应堆所使用的冷却剂泵有至关重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种测试立式屏蔽电泵内部冷却水对泵振动特性影响的实验台，是一种多功能、适应多种实验工况的实验平台。

根据本发明提供的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，包括：可变频运行的立式屏蔽电泵、间隙流动循环管路、间隙流动换热管路、测量屏蔽电泵间隙流动的仪表、测试屏蔽电泵转子振动的仪表，立式屏蔽电泵包括可更换的偏心轴承座；

连接关系为：间隙流动循环管路与立式屏蔽电泵的冷却水接口相连；间隙流动换热管路通过换热器与间隙流动循环管路相连；测量屏蔽电泵间隙流动的仪表装配在间隙流动循环管路上；测试屏蔽电泵转子振动的仪表装配在立式屏蔽电泵内部；轴承座是屏蔽电泵电机的组成部分；

间隙流动循环管路与间隙流动换热管路对接，能够在实验时维持和控制间隙流动流体的平均温度；可更换的偏心轴承座能够使得立式屏蔽电泵的的轴承中心相对于电机定子中心有偏心量。

优选地，立式屏蔽电泵包括：泵、泵吸入口和出口、上飞轮容纳腔、上飞轮、上径向轴承、电机转子和电机定子、下径向轴承、下飞轮、双向止推轴承、电机下盖、电机支架，泵包括泵壳、叶轮、导叶；

连接关系为：上飞轮与电机转子装配并放置在上飞轮容纳腔内，下飞轮与电机转子装配并与双向止推轴承对磨；上飞轮容纳腔、上径向轴承、电机定子、下径向轴承、双向止推轴承和电机下盖依次从上至下装配成电机；泵装配在电机上方，形成屏蔽电泵，电机装配在电机支架上方。

优选地，电机定子和转子铁芯之间具有一定量的定转子间隙，润滑轴承的冷却水从电机下部流入，经过双向止推轴承、下径向轴承、定转子间隙和上径向轴承，进入间隙流动循环管路。

优选地，间隙流动循环管路，包括：进口直管段、出口直管段、流量计直管段、水箱、过滤器、换热器、流动方向控制阀门、辅助循环泵、调节阀、换热循环泵、室外空气冷却器；

连接关系为：

换热器一次侧，即热侧，的连接关系如下：从辅助循环泵出口开始通过依次连接的换热器一次侧、调节阀、流量计、流动方向控制阀门、进口直管段、立式屏蔽电泵的电机、出口直管段、水箱、过滤器，连通至辅助泵循环入口；

换热器二次侧，即冷侧的连接关系如下：从换热循环泵出口开始通过依次连接的换热器二次侧、流量计、室外空气冷却器，连通至换热循环泵的入口；

所有流量计的进口和出口都连接有流量计直管段用于提高流量测量精度。

优选地，电机间隙流动测试仪表，包括：流量计、压差变送器、温度传感器；

连接关系为：流量计装配于所述的换热器一次侧管路中，压差变送器的两个测点分别装配在所述的进口直管段和出口直管段，温度传感器同样装配在所述的进口直管段和出口直管段；

压差变送器用于测量电机间隙流动的压降，温度传感器用于测量电机间隙流动流体的温度差。

优选地，在立式屏蔽电泵的上径向轴承的轴承座、下径向轴承的轴承座上，均装配有电涡流位移传感器，电涡流位移传感器共6个，其中2个相互垂直地装配于上径向轴承的轴承座，2个相互垂直地装配于下径向轴承的轴承座，1个装配与下径向轴承的轴承座并测试转子键相，最后一个装配于双向止推轴承的下止推轴承轴瓦附近，用于测试转子轴向窜动。

优选地，立式屏蔽电机内部流动采用辅助管路系统驱动，并通过辅助管路系统的调节阀门控制流量。

优选地，在间隙流动循环管路中设置有多个阀门，这些阀门用于调整电机间隙流动流体的流动方向。

优选地，使用相同偏心量和偏心方向的上下径向轴承座，装配后的电机转子相对于电机定子沿轴向产生均匀的位置偏心。

优选地，使用不同偏心量或者不同偏心方向的上下径向轴承座，装配后的电机转子相对于电机定子沿轴向产生非均匀的位置偏心。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明是立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，配合所针对的实验内容，国内外尚无此种实验台；

（2）本发明中，屏蔽电泵的间隙流动可以根据实验控制流体的流量、温度和流动方向；

（3）本发明中，可以通过装配具有位置偏心的轴承座，以使屏蔽电泵转子相对于定子产生位置偏心；

（4）本发明中，可以通过装配具有不同位置偏心的轴承座，以使屏蔽电机转子相对于定子沿轴向产生不均匀的位置偏心；

（5）本发明可利用装配在上下径向轴承座上的电涡流位移传感器测量屏蔽电泵转子的实时轴心轨迹；

（6）本发明可以利用装配在止推轴承瓦附近的传感器测量屏蔽电泵转子沿轴向的窜动；

（7）本发明可利用装配在间隙流动流体进出口的仪表测试屏蔽电泵间隙流动在不同转子转速、转子位置偏心时的压降。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明具体实施示例中立式屏蔽电泵的结构示意图；

图2为本发明具体实施示例中实验管路系统的原理图；

图3为本发明中具有位置偏心的轴承座示意图；

图4、图5、图6、图7为本发明中具各种轴承座的组合的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的技术方案如下：

一种立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，包括：可变频运行的立式屏蔽电泵、可更换的偏心轴承座、立式屏蔽电泵支架、间隙流动循环管路、间隙流动换热管路、测量屏蔽电泵间隙流动的仪表和测试屏蔽电泵转子振动的仪表；

立式屏蔽电泵采用泵在上侧，电机在下侧的结构，泵的叶轮直接装配在屏蔽电机转子轴上，泵输运介质和电机冷却、轴承润滑介质均为水；屏蔽电泵从上至下主要结构包括：

泵壳、泵吸入口和出口、叶轮、导叶、上飞轮容纳腔、上飞轮、上径向轴承、电机转子和电机定子、下径向轴承、下飞轮、双向止推轴承、电机下盖和电机支架；

屏蔽电机定子和转子之间具有一定量的间隙，一般地，润滑轴承的冷却水从电机下部流入，经过止推轴承、下径向轴承、定转子间隙和上径向轴承，此后进入间隙流动循环管路；

间隙流动循环管路以及电机间隙流动测试仪表进一步包括：

进口直管段、出口直管段、流量计直管段、水箱、过滤器、换热器一次侧、流动方向控制阀门、辅助循环泵、调节阀、流量计、压差变送器和温度传感器；

间隙流动换热管路进一步包括：

换热器二次侧、管道、阀门、换热循环泵、室外空气冷却器；

在立式屏蔽电泵的上径向轴承座、下径向轴承座上均装配有电涡流位移传感器，电涡流位移传感器共6个，其中2个相互垂直地装配于上径向轴承座，2个相互垂直地装配于下径向轴承座，1个转配与下径向轴承座并测试转子键相，最后一个装配与下止推轴承轴瓦附近，用于测试转子轴向窜动；

立式屏蔽电泵最终转配在电机支架上，整套实验设备固定与地面并与相关管路相连。

较佳地，屏蔽电机内部流动采用辅助管路系统驱动，并通过辅助管路系统的调节阀门控制流量；

较佳地，在间隙流动循环管路中可根据实验控制多个阀门，从而调整电机间隙流动流体的流动方向；

较佳地，间隙流动循环管路与内循环换热管路对接，能够在实验时维持和控制间隙流动流体的平均温度；

较佳地，在屏蔽电机间隙流动的进口和出口的直管段上，装配有压差测量仪表，用于测量电机间隙流动的压降，装有温度测量仪表，用于测量电机间隙流动流体的温度差；

较佳地，屏蔽电泵的上下径向滑动轴承均为水润滑动压滑动轴承，其轴承座的设计使得轴承中心相对于电机定子中心有偏心量，偏心量和偏心相对于电机定子的方向设计有多种组合，并根据实验要求相互搭配；

较佳地，使用相同偏心量和偏心方向的上下径向轴承座，装配后的电机转子相对于电机定子沿轴向产生均匀的位置偏心；使用不同偏心量或者不同偏心方向的上下径向轴承座，装配后的电机转子相对于电机定子沿轴向产生非均匀的位置偏心；

较佳地，可利用装配在上下径向轴承座上的电涡流位移传感器测试屏蔽电机转子实时轴心轨迹和转子键相，通过计算机软件实时显示转子上径向轴承轴颈和下径向轴承轴颈的轴心轨迹图线、键相信号波形和实时转速；

较佳地，可利用转配在止推轴承瓦块附近的电涡流位移传感器实时测量屏蔽电机转子在正常运行时润滑剂产生的液膜厚度，并可测量立式屏蔽电泵在启动和停车过程中止推轴承润滑液膜厚度的变化；

较佳地，在多种转子的位置偏心情况下，调整屏蔽电机间隙流动的流量、流向和转子转速，实时测量电机转子的横向振动轴心轨迹和转子的轴向窜动。

较佳地，在多种实验工况下，可通过测量屏蔽电泵间隙流动流体的进出口压差来获得间隙流动流体在不同转子位置偏心、不同转速和不同流量情况下的流动阻力。

本实验台可进行的测试内容包括：

（1）不同间隙流动方向、不同间隙流动流量和不同流体温度情况下，立式屏蔽电泵转子横向振动的轴心轨迹；

（2）在立式屏蔽电机转子相对于定子沿轴向产生均匀位置偏心时，在间隙流动形成的环流影响下转子的振动轴心轨迹；

（3）在立式屏蔽电机转子相对于定子沿轴向产生非均匀的位置偏心时，在间隙流动形成的环流影响下转子的振动轴心轨迹；

（4）立式屏蔽电泵在转子有无位置偏心等各种工况条件下转子的轴向窜动。

如图1，在本发明提供的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台中，立式屏蔽电泵的主要组成零部件为：

位于下径向轴承附近的第一电涡流位移传感器1，位于上径向轴承附近的第二电涡流位移传感器2，泵壳3，叶轮和导叶4，上飞轮容纳腔5，上飞轮6，上径向轴承7，转子轴和转子铁芯8，定子铁芯9，下径向轴承10，下飞轮11，位于止推轴承瓦附近的第三电涡流位移传感器12，电机支架13。

如图2，所述立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台的系统原理如下：

立式屏蔽电泵201的冷却水出口14、冷却水入口15与容控箱202通过冷却水管路203相连，由一台循环水泵204从容控箱202中抽水并输送到立式屏蔽电泵201，途中经过换热器205。换热器205的二次侧（冷端）通过管路将空冷循环泵206、第二调节阀212和室外的空冷器207相连接。换热器205一次侧（热端）的出口通过管路经过第一调节阀211和流量计210最终与立式屏蔽电泵201的冷却水入口相连。在立式屏蔽电泵201的冷却水进出口端装配有压差传感器208、温度传感器209。在管路系统上布置了用于调剂流动方向的阀门组，分别是第一截止阀221、第二截止阀222、第三截止阀223、第四截止阀224。

在进行实验时，通过第一调节阀211来调节屏蔽电泵的冷却水流量，利用换热器205及其二次侧循环设备来为屏蔽电泵的冷却水降温。通过第二调节阀212来控制换热器205冷端的温度。配合第一调节阀211和第二调节阀212的调节控制立式屏蔽电泵201间隙流动流体的入口水温。

在实验开始前，通过开闭第一截止阀221、第二截止阀222、第三截止阀223、第四截止阀224来控制屏蔽电泵间隙流动的方向。开启第一截止阀221和第二截止阀222，关闭第三截止阀223和第四截止阀224时，间隙流动方向为正方向，冷却水从屏蔽电泵的下侧进入电机内部，从上侧离开电机；相应地，关闭第一截止阀221和第二截止阀222，开启第三截止阀223和四截止阀224时，间隙流动方向为反方向，冷却水从屏蔽电机的上侧进入电机内部，从下侧离开电机。

在图1中，立式屏蔽电泵的上径向轴承7和下径向轴承10有多组可选，通过装配不同的径向轴承，可以改变屏蔽电机定子和转子之间狭缝的尺寸和形态。

如图3所示，上径向轴承7和下径向轴承10的轴承座设计为正常形式和位置偏心形式，其中位置偏心形式的轴承内圆面轴线与轴承座的外圆面轴线具有一定的位置偏离，该位置偏离可根据实验而定制。

如图4所示，当搭配不同径向轴承时，可以形成多种屏蔽电机转子和定子之间的间隙。

实验前需选择需要的径向轴承进行搭配，装配好立式屏蔽电泵并与实验管路系统相连，调节阀门开闭以确定间隙流动的流动方向。实验时在不同泵转速、不同间隙流动流速和不同间隙流动流体入口温度下进行测量，并通过布置在上下径向轴承和止推轴承瓦附近的电涡流位移传感器得到转子的实时轴心轨迹和转子的轴向窜动。

在实验时，利用布置在间隙流动进出口附近的压差传感器、温度传感器测试间隙流动的压降和温升情况，并利用管路中的流量计测量间隙流动的实时流量。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，其特征在于，包括：可变频运行的立式屏蔽电泵、间隙流动循环管路、间隙流动换热管路、测量屏蔽电泵间隙流动的仪表、测试屏蔽电泵转子振动的仪表，立式屏蔽电泵包括可更换的偏心轴承座；

连接关系为：间隙流动循环管路与立式屏蔽电泵的冷却水接口相连；间隙流动换热管路通过换热器与间隙流动循环管路相连；测量屏蔽电泵间隙流动的仪表装配在间隙流动循环管路上；测试屏蔽电泵转子振动的仪表装配在立式屏蔽电泵内部；轴承座是屏蔽电泵电机的组成部分；

间隙流动循环管路与间隙流动换热管路对接，能够在实验时维持和控制间隙流动流体的平均温度；可更换的偏心轴承座能够使得立式屏蔽电泵的的轴承中心相对于电机定子中心有偏心量。

2.根据权利要求1所述的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，其特征在于，立式屏蔽电泵包括：泵、泵吸入口和出口、上飞轮容纳腔、上飞轮、上径向轴承、电机转子和电机定子、下径向轴承、下飞轮、双向止推轴承、电机下盖、电机支架，泵包括泵壳、叶轮、导叶；

连接关系为：上飞轮与电机转子装配并放置在上飞轮容纳腔内，下飞轮与电机转子装配并与双向止推轴承对磨；上飞轮容纳腔、上径向轴承、电机定子、下径向轴承、双向止推轴承和电机下盖依次从上至下装配成电机；泵装配在电机上方，形成屏蔽电泵，电机装配在电机支架上方。

3.根据权利要求2所述的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，其特征在于，电机定子和转子铁芯之间具有一定量的定转子间隙，润滑轴承的冷却水从电机下部流入，经过双向止推轴承、下径向轴承、定转子间隙和上径向轴承，进入间隙流动循环管路。

4.根据权利要求1所述的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，其特征在于，间隙流动循环管路，包括：进口直管段、出口直管段、流量计直管段、水箱、过滤器、换热器、流动方向控制阀门、辅助循环泵、调节阀、换热循环泵、室外空气冷却器；

连接关系为：

换热器一次侧，即热侧，的连接关系如下：从辅助循环泵出口开始通过依次连接的换热器一次侧、调节阀、流量计、流动方向控制阀门、进口直管段、立式屏蔽电泵的电机、出口直管段、水箱、过滤器，连通至辅助泵循环入口；

换热器二次侧，即冷侧的连接关系如下：从换热循环泵出口开始通过依次连接的换热器二次侧、流量计、室外空气冷却器，连通至换热循环泵的入口；

所有流量计的进口和出口都连接有流量计直管段用于提高流量测量精度。

5.根据权利要求4所述的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，其特征在于，电机间隙流动测试仪表，包括：流量计、压差变送器、温度传感器；

连接关系为：流量计装配于所述的换热器一次侧管路中，压差变送器的两个测点分别装配在所述的进口直管段和出口直管段，温度传感器同样装配在所述的进口直管段和出口直管段；

压差变送器用于测量电机间隙流动的压降，温度传感器用于测量电机间隙流动流体的温度差。

6.根据权利要求2所述的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，其特征在于，在立式屏蔽电泵的上径向轴承的轴承座、下径向轴承的轴承座上，均装配有电涡流位移传感器，电涡流位移传感器共6个，其中2个相互垂直地装配于上径向轴承的轴承座，2个相互垂直地装配于下径向轴承的轴承座，1个装配与下径向轴承的轴承座并测试转子键相，最后一个装配于双向止推轴承的下止推轴承轴瓦附近，用于测试转子轴向窜动。

7.根据权利要求1所述的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，其特征在于，立式屏蔽电机内部流动采用辅助管路系统驱动，并通过辅助管路系统的调节阀门控制流量。

8.根据权利要求1所述的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，其特征在于，在间隙流动循环管路中设置有多个阀门，这些阀门用于调整电机间隙流动流体的流动方向。

9.根据权利要求1所述的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，其特征在于，使用相同偏心量和偏心方向的上下径向轴承座，装配后的电机转子相对于电机定子沿轴向产生均匀的位置偏心。

10.根据权利要求1所述的立式屏蔽电泵间隙流动测试实验台，其特征在于，使用不同偏心量或者不同偏心方向的上下径向轴承座，装配后的电机转子相对于电机定子沿轴向产生非均匀的位置偏心。

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