CN103727177A - 具有超速保护功能的核电主泵飞轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有超速保护功能的核电主泵飞轮，包括转轴、轴套和飞轮本体，轴套固定在所述转轴上，所述轴套的侧壁设有环形滚道，所述环形滚道上设有滚动体；所述飞轮本体套设在所述轴套外，且在所述飞轮本体的中心孔内壁设有环形支撑部，所述环形支撑部的端面与所述滚动体贴合，所述飞轮本体的中心孔内壁与所述轴套的外壁过盈配合。本发明具有超速保护功能的核电主泵飞轮，在转速正常时，依靠过盈配合的摩擦力带动旋转；当转速过高时，飞轮本体在离心力的作用下内径变大，使其与轴套脱离，分离后由滚动体托住且在惯性下继续旋转，从而降低飞轮转速，起到超速保护的作用。

Description

具有超速保护功能的核电主泵飞轮
技术领域
本发明涉及一种电主泵飞轮组件的结构，特别涉及一种具有超速保护功能的核电主泵飞轮。
背景技术
核主泵作为核岛唯一不间断动力源，也是反应堆核岛唯一旋转的设备，在超长使役时间内，经受着各种极端工况的考验。核主泵长时间稳定安全的运行对冷却堆芯、防止核电站事故的发生及恶化极为重要。安全运行的前提是制造出适合该工况长时间运行的主泵。目前，我国正处于核主泵的自主研发过程中。在核主泵电机的转轴上安装飞轮，是为了保证主循环泵在反应堆紧急停堆或全厂断电事故下，仍能提供一定的惰转流量，继续驱动冷却剂循环，冷却堆芯，从而为紧急停堆操作提供必要的缓冲时间。飞轮是屏蔽电机主泵中的关键部件之一，飞轮安全、可靠地运行关系到整个电站回路的正常运行。
飞轮和转子一起包容在屏蔽电机主泵内，使其径向尺寸受到极大限值，这对提高转子的转动惯量十分不利。为了最大限度地增大转动惯量，飞轮材料采用重金属。屏蔽电机主泵飞轮结构与其他主泵飞轮结构有所不同，工作环境非常差，要求飞轮在额定转速及设计转速下最大一次应力不超过规定允许限值，即在正常运转过程和事故工况下能够保证飞轮应力满足要求，且不会导致延性断裂。由于主泵运行中存在着事故超速的可能性，因此飞轮很有可能出现破裂事故，如果破裂后的碎片破坏了回路压力边界，后果不堪想象。在地震期间，主泵要求能够正常惰转，一旦出现卡轴事故，堆芯余热无法带出，后果非常严重。因此这些都对飞轮安全、可靠地运行提出了更加苛刻的要求。
飞轮的安全运转，除了与所选材料的抗拉强度有关，还与飞轮的形状、结构有关。因此，对主泵飞轮的结构进行合理的设计和优化显得尤为重要。
发明内容
【1】要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种能在超速旋转时飞轮自动脱离的具有超速保护功能的核电主泵飞轮。
【2】解决问题的技术方案
本发明提供一种具有超速保护功能的核电主泵飞轮，包括：转轴1，所述转轴1用于动力输入；轴套2，所述轴套2固定在所述转轴1上，所述轴套2的侧壁设有环形滚道，所述环形滚道上设有滚动体；飞轮本体3，所述飞轮本体3套设在所述轴套2外，且在所述飞轮本体3的中心孔内壁设有环形支撑部，所述环形支撑部的端面与所述滚动体贴合，所述飞轮本体3的中心孔内壁与所述轴套2的外壁过盈配合。
进一步的，所述环形滚道与所述环形支撑部均为两条。
进一步的，所述轴套2的侧壁为直径依次减小的第一侧壁21、第二侧壁22和第三侧壁23，所述第一侧壁21与所述第二侧壁22的过渡面之间设有第一环形滚道，所述第二侧壁22与所述第三侧壁23的过渡面之间设有第二环形滚道，所述第一环形滚道和第二环形滚道上均设有滚动体。
进一步的，所述飞轮本体3的中心孔为阶梯孔，包括直径依次增大的第一内壁31、第二内壁32和第三内壁33，所述第一内壁31与所述第二内壁的过渡面之间设有第一环形支撑部，所述第二内壁与所述第三内壁的过渡面之间设有第二环形支撑部，所述第一环形支撑部与所述第一环形滚道上的滚动体贴合，所述第二环形支撑部与所述第二环形滚道上的滚动体贴合。
进一步的，所述第一侧壁21与所述第一内壁31之间间隙配合，所述第二侧壁22与所述第二内壁32之间过盈配合，所述第三侧壁23与所述第三内壁33之间间隙配合。
进一步的，所述环形支撑部与所述环形滚道上均设有圆弧形凹槽。
进一步的，所述滚动体与环形滚道的接触点为第一触点，所述滚动体与所述环形支撑部的接触点为第二触点，所述第一触点与所述第二触点的连线倾斜于所述转轴1的轴线。
进一步的，所述第一触点与所述第二触点的连线倾斜于所述转轴1的轴线，所述倾斜角大于或等于20度且小于或等于45度。
进一步的，所述倾斜角为30度。
进一步的，所述滚动体之间设有保持架。
【3】有益效果
本发明具有超速保护功能的核电主泵飞轮，在转速正常时，依靠过盈配合的摩擦力带动旋转；当转速过高时，飞轮本体在离心力的作用下内径变大，使其与轴套脱离，分离后由滚动体托住且在惯性下继续旋转，从而降低飞轮转速，起到超速保护的作用。
附图说明
图1为本发明具有超速保护功能的核电主泵飞轮的结构示意图；
图2为本发明具有超速保护功能的核电主泵飞轮的立体图；
图3为图1中A部放大图。
具体实施方式
下面结合附图，详细介绍本发明实施例。
参阅图1至图3，本发明提供一种具有超速保护功能的核电主泵飞轮，包括转轴1、轴套2和飞轮本体3，转轴1用于动力输入；轴套2通过键固定在转轴1上，且端部通过压板轴向固定，在轴套2的侧壁设有环形滚道，环形滚道上设有滚动体；设有中心孔的飞轮本体3套设在轴套2外，且在飞轮本体3的中心孔内壁设有环形支撑部，该环形支撑部的端面与滚动体贴合，飞轮本体3的中心孔内壁与轴套2的外壁过盈配合；为了提高运行的稳定性，本实施例中环形滚道与环形支撑部均为两条。以下进行和飞轮本体的结构的详细说明：轴套2为阶梯轴，其侧壁为直径依次减小的第一侧壁21、第二侧壁22和第三侧壁23，第一侧壁21与第二侧壁22的过渡面（即轴肩）之间设有第一环形滚道，第二侧壁22与第三侧壁23的过渡面（即轴肩）之间设有第二环形滚道，第一环形滚道和第二环形滚道上均设有滚动体，该滚动体采用氮化硅瓷球，耐高温，使用寿命长；飞轮本体3的中心孔为阶梯孔，其包括直径依次增大的第一内壁31、第二内壁32和第三内壁33，第一内壁31与第二内壁的过渡面之间设有第一环形支撑部，第二内壁与第三内壁的过渡面之间设有第二环形支撑部，第一环形支撑部与第一环形滚道上的滚动体贴合，第二环形支撑部与第二环形滚道上的滚动体贴合；本实施例中，第一侧壁21与第一内壁31之间间隙配合，第二侧壁22与第二内壁32之间过盈配合，其过盈量由飞轮本体的直径和整体质量决定，通常的过盈量为0.05mm至0.5mm，第三侧壁23与第三内壁33之间间隙配合；为了防止滚动体滑移，在环形支撑部与环形滚道上均设有圆弧形凹槽，为了控制离心力，防止滚动体向外滑移，滚动体与环形滚道的接触点为第一触点，滚动体与环形支撑部的接触点为第二触点，第一触点与第二触点的连线倾斜于转轴1的轴线，其倾斜角a大于或等于20度且小于或等于45度，优选地，该倾斜角为30度；本实施例中，在滚动体之间设有保持架，为了使其具有自润滑效果，该保持架采用PEEK材料制成。
在正常工作转速情况下，飞轮本体与轴套在接触面处为过盈配合，依靠接触面的摩擦力矩传递扭矩。当出现超速情况时，飞轮本体在离心力的作用下内径变大，飞轮本体与轴套分离，分离后由滚动体托住并与滚动体接触，形成滚动摩擦，将飞轮的动能转化为摩擦热能，这样飞轮本体转速逐渐降低，从而起到超速保护的作用。采用氮化硅陶瓷制成的滚动体、采用PEEK材料制成的保持架，具有自润滑性，而且耐高温，寿命长，因此避免了核主泵中钢球滚动体需要定期加润滑油的麻烦。
本发明具有超速保护功能的核电主泵飞轮，在转速正常时，依靠过盈配合的摩擦力带动旋转；当转速过高时，飞轮本体在离心力的作用下内径变大，使其与轴套脱离，分离后由滚动体托住且在惯性下继续旋转，从而降低飞轮转速，起到超速保护的作用。

Claims (10)

1.一种具有超速保护功能的核电主泵飞轮，其特征在于，包括：
转轴，所述转轴用于动力输入；
轴套，所述轴套固定在所述转轴上，所述轴套的侧壁设有环形滚道，所述环形滚道上设有滚动体；
飞轮本体，所述飞轮本体套设在所述轴套外，且在所述飞轮本体的中心孔内壁设有环形支撑部，所述环形支撑部的端面与所述滚动体贴合，所述飞轮本体的中心孔内壁与所述轴套的外壁过盈配合。
2.如权利要求1所述的具有超速保护功能的核电主泵飞轮，其特征在于：所述环形滚道与所述环形支撑部均为两条。
3.如权利要求2所述的具有超速保护功能的核电主泵飞轮，其特征在于：所述轴套的侧壁为直径依次减小的第一侧壁、第二侧壁和第三侧壁，所述第一侧壁与所述第二侧壁的过渡面之间设有第一环形滚道，所述第二侧壁与所述第三侧壁的过渡面之间设有第二环形滚道，所述第一环形滚道和第二环形滚道上均设有滚动体。
4.如权利要求3所述的具有超速保护功能的核电主泵飞轮，其特征在于：所述飞轮本体的中心孔为阶梯孔，包括直径依次增大的第一内壁、第二内壁和第三内壁，所述第一内壁与所述第二内壁的过渡面之间设有第一环形支撑部，所述第二内壁与所述第三内壁的过渡面之间设有第二环形支撑部，所述第一环形支撑部与所述第一环形滚道上的滚动体贴合，所述第二环形支撑部与所述第二环形滚道上的滚动体贴合。
5.如权利要求4所述的具有超速保护功能的核电主泵飞轮，其特征在于：所述第一侧壁与所述第一内壁之间间隙配合，所述第二侧壁与所述第二内壁之间过盈配合，所述第三侧壁与所述第三内壁之间间隙配合。
6.如权利要求1所述的具有超速保护功能的核电主泵飞轮，其特征在于：所述环形支撑部与所述环形滚道上均设有圆弧形凹槽。
7.如权利要求6所述的具有超速保护功能的核电主泵飞轮，其特征在于：所述滚动体与环形滚道的接触点为第一触点，所述滚动体与所述环形支撑部的接触点为第二触点，所述第一触点与所述第二触点的连线倾斜于所述转轴的轴线。
8.如权利要求7所述的具有超速保护功能的核电主泵飞轮，其特征在于：所述第一触点与所述第二触点的连线倾斜于所述转轴的轴线，所述倾斜角大于或等于20度且小于或等于45度。
9.如权利要求8所述的具有超速保护功能的核电主泵飞轮，其特征在于：所述倾斜角为30度。
10.如权利要求1至9任一项所述的具有超速保护功能的核电主泵飞轮，其特征在于：所述滚动体之间设有保持架。
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