CN106523392B - 一种泵用的制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种泵用的制动装置的结构设计方法。特别适用于当核主泵发生失水事故时，通过利用当失水事故发生时，核主泵内的压力变化使制动装置自动响应，实现对飞轮的制动。这样就能有效的限制核主泵转速的异常增加，故能有效的减少对由于异常转速对核主泵零件造成的损害。其中根据压力变化来控制制动装置自动响应的控制装置，采用电气控制和机械控制相结合，这样有效的结合两者的优点能稳定的实现控制效果。

Description

一种泵用的制动装置

技术领域

本发明涉及制动领域，尤其是涉及一种泵用的制动装置。

背景技术

随着现代工业的快速发展,越来越多的工况会使离心泵工作在高压、高速、高温的环境中，特别在核泵领域。核主泵,全称是核反应堆冷却剂循环泵,它位于核反应堆与蒸汽发生器之间，其主要作用是在开堆前给一回路系统充水，利用核主泵循环升温以达到开堆要求的温度条件，在反应堆正常运行时，把流出蒸汽发生器的冷却剂重新送回反应堆加热。核主泵是核岛内部唯一旋转的设备，是一回路的主要压力边界。它的长时间安全稳定运行对冷却堆芯、防止核电站事故的发生具有重要意义。因此，核主泵又被称为核电站的“心脏”。核主泵与普通泵的最大区别在于强调压力边界的完整性和在特殊工况下的可运行性，这对核主泵的安全性和可靠性提出了更高的要求。

核电用泵要求长期无故障运转，对可靠性和安全性要求极为严格。许多情况下还要求在紧急情况下可以保证安全停车。由于放射性液体泄漏对环境和人身构成潜在的威胁，所以必须要保证这些泵无泄漏或泄漏在可控制的范围之内。

如果核电站发生失水事故（LOCA），即核主泵所在的一回路的管路发生破裂，冷却剂将以很快的速度泄漏出去，使整个反应堆冷却剂系统压力下降。如果泄漏发生在核反应堆与核主泵之间的管路，由于冷却剂快速的泄漏，则核主泵叶轮的转速就会像水轮机一样快速增加；如果泄漏发生在一回路中核主泵的另一侧管路，则核主泵中冷却剂的流动将于正常泵工况流动方向相反，叶轮转速会下降直至停止，随后甚至会发生叶轮逆转并加速现象。叶轮逆转加速过程时间极短，可能仅发生在几秒钟之内，因为相对于一回路的高温高压冷却剂核主泵叶轮的旋转质量更小，当流量突然增大，叶轮旋转加速度也会变得很大，所以叶轮转速变化很快。叶轮异常超速运转会严重危害核主泵的机械强度。需要特别强调的是，这样的超速运转不仅损坏核主泵本身，甚至会造成核主泵旋转部件在离心力的作用损坏，甩出的碎片可能会导致核主泵丧失工作能力，还可能损害核反应堆的其他重要组成部分，造成核电站事故扩大。

专利号为201510203007.8号的中国发明专利中授权了一种“一种核主泵用双金属结构飞轮”。其阐明了一种核主泵飞轮的设计思路，该发明专利中，其中飞轮基体和设置在飞轮基体内的若干金属棒，金属棒采用高密度金属材料。该发明的飞轮基体内嵌高密度的合金，在减小飞轮尺寸的同时又能满足惯量需求，降低了核主泵机组的整体尺寸，提高了核主泵机组的使用效率。专利号为201410617947.7号的中国发明专利中公开了一种“一种失水事故下核主泵极大效率水力设计方法”。该发明提供了一种核主泵在失水事故下具有极大效率的水力设计方法，其通过确定叶轮的叶轮外径，叶片出口边宽度，叶片出口安放角，叶片数、喉部面积等参数，能够使核主泵在失水事故下设计的额定流量点附近有最大效率点，且在1.1额定流量左右的轴功率达到最大，提高了核主泵在失水事故下的效率，同时提高了核主泵的抗汽蚀性能和运行可靠性，保证了核主泵在气液两相下极大流量工况时的无过载特性。但以上发明专利只提供了一种飞轮、叶轮等核主泵零件的设计思想，并没有涉及到当发生失水事故时，在核主泵超速运行下对核主泵零件的损害，也没有提供一种有效的制动装置实现对核主泵转速的限制，故无法有效减少由于异常转速对核主泵零件造成的损害。

核电站一回路发生冷却剂泄漏可能会损害核主泵的机械零件，还可能危害核反应堆的重要组成部分，如何避免因核主泵超速运转所导致的严重危害，对核电站安全运行极为重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种泵用的制动装置。利用核主泵发生失水事故时管路内压力减少的变化，使制动装置自动响应，实现对飞轮的制动，使核主泵的转速不能进一步异常变化，有效的减少对由于异常转速对核主泵零件造成的损害。

实现上述目的所采用的技术方案是：

一种泵用的制动装置，是对飞轮的一种制动装置，飞轮中设有通电线圈，通电线圈的两端与外部的控制装置连接，飞轮上下分别有一个制动盘，为上制动盘和下制动盘，上下两制动盘中间都有一块,磁铁，两制动盘能够在一定范围内上下移动，无法转动。

上制动盘的上方和下制动盘的下方分别设有上阻止环和下阻止环，阻止环固定在壳套上；上阻止环使上制动盘不能无限上移，下阻止环使下制动盘不能无限下移。飞轮中有通电线圈，使飞轮整体呈现磁性，与上下制动盘发生相互作用。

所述控制装置是对飞轮中通电线圈电流方向进行控制的装置，包括导电板，活塞，销杆，弹簧，左侧板，右侧板，所述左侧板和右侧板之间设有支撑板；支撑板上方设有导电板，下方设有活塞，销杆穿过支撑板的中心孔，将导电板和活塞连接在一起，在支撑板和活塞之间的销杆上套有弹簧，活塞的下面对应着核主泵泵体内压力P，在弹簧和压力P的作用下，导电板能在左侧板和右侧板中间上下移动。

所述左侧板的外侧设有电路接头a、电路接头a′、电路接头b、电路接头b′，电路接头a和a′连接在电源的正极，电路接头b和b′连接在电源的负极；

所述右侧板的外侧设有电路接头c、电路接头c′、电路接头d、电路接头d′，电路接头c和c′连接在飞轮的通电线圈的一端，电路接头d和d′连接在飞轮的通电线圈的另一端。

所述左右侧板的内侧上分别有四块金属块，每个侧板上左右各有两个金属板，上面两个金属板是短金属板，下面两个金属板是长金属板。

所述导电板上表面分别有两个平行的金属条，导电板上下移动时，金属条两侧能接触左右侧板的金属板，故连通电路，实现对电流方向的控制。

一种泵用的制动装置的控制方法，

在正常运行时，压力P对活塞的作用强于弹簧，此刻导电板在上方，导电板上的两个金属条接触这两侧的短金属板，此时电路接头a和c连接，b和d连接，线圈中的电流为正向；此时，飞轮的上表面和上制动盘的下表面，具有相同磁极。同样，飞轮的下表面和下制动盘的上表面，具有相同磁极。因此，此时两制动盘远离飞轮，不会与飞轮发生接触。由于上下两个制动盘对称分布，相比只有一个制动盘，会在一定程度上减少轴向力。

当压力P减少时，活塞在弹簧的作用下向下移动，此刻导电板在下方，导电板上的两个金属条接触这两侧的长金属板，此时电路接头a′和d′连接，b′和c′连接，线圈中的电流为反向。这样实现了因为压力P的减少，而改变通电线圈中电流的反向。从而上下制动盘与飞轮在电磁力的作用下相互吸引，然后粘合在一起；由于上下制动盘无法绕轴转动，故制动盘与飞轮相互摩擦，实现对飞轮的制动，使转速不能进一步增加。

本发明的有益效果：

本发明通过利用当失水事故发生时，核主泵内的压力变化使制动装置自动响应，实现对飞轮的制动。这样就能有效的限制核主泵转速的异常增加，故能有效的减少对由于异常转速对核主泵零件造成的损害。其中根据压力变化来控制制动装置自动响应的控制装置，采用电气控制和机械控制相结合，这样有效的结合两者的优点能稳定的实现控制效果。

附图说明

图1是一种对飞轮制动的装置结构图；

图2是一种控制装置的结构示意图；

图3是左侧板外侧的电路示意图；

图4是右侧板外侧的电路示意图；

图5是侧板内侧的结构示意图；

图6是导电板的结构示意图；

附图标记说明：

1-飞轮、2-上制动盘、3-下制动盘、4-上阻止环、5-下阻止环、6-导电板、7-活塞、8-销杆、9-弹簧、10-左侧板、11-右侧板、12-短金属板、13-长金属板、14-金属条。

具体实施方法

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明通过利用核主泵由于发生失水事故时管路的压力减少的变化，使制动装置自动响应，实现对飞轮的制动，使核主泵的转速不能进一步异常变化，有效的减少对由于异常转速对核主泵零件造成的损害。

如图1所示，是对飞轮1的一种制动装置。所述飞轮1中设有通电线圈，通电线圈的两端与外部的控制装置连接，飞轮1上下分别有一个制动盘，为上制动盘2和下制动盘3，上下两制动盘中间都有一块磁性很强的磁铁，两制动盘能够在一定范围内上下移动，无法转动。

上制动盘2的上方和下制动盘3的下方分别有上阻止环和下阻止环，阻止环固定在壳套上；上阻止环使上制动盘2不能无限上移，下阻止环使下制动盘3不能无限下移；飞轮中有通电线圈，使飞轮整体呈现磁性，与上下制动盘发生相互作用。

如图2所示，是对通电线圈电流方向进行控制的装置，导电板6和活塞通过销杆连接在一起，活塞7的下面对应着核主泵泵体内的压力P，活塞7上面是弹簧。在弹簧9和压力P的作用下，导电板6能在左侧板和右侧板中间上下移动。

左侧板外侧的电路如图3所示，电路接头a和a′连接在电源的正极，电路接头b和b′连接在电源的负极；

右侧板外侧的电路如图4所示，电路接头c和c′连接在线圈的一端，电路接头d和d′连接在线圈的另一端。

侧板内侧如图5所示，左右侧板的内侧上分别有四块金属块，每个侧板上左右各有两个金属板，上面两个金属板是短金属板12，下面两个金属板是长金属板13。

如图6所示，导电板上分别有两个平行的金属条14，金属条两侧在上下移动时，能接触左右侧板的金属板，故连通电路，实现对电流方向的控制。

在正常运行时，压力P对活塞的作用强于弹簧，此刻导电板在上方，导电板上的两个金属条接触这两侧的短金属板，此时a和c连接，b和d连接，线圈中的电流为正向；此时，飞轮1的上表面和上制动盘2的下表面，具有相同磁极；同样，飞轮1的下表面和下制动盘3的上表面，具有相同磁极；因此，此时两制动盘远离飞轮，不会与飞轮发生接触。由于上下两个制动盘对称分布，相比若只有一个制动盘，会在一定程度上减少轴向力。

当压力P减少时，活塞7在弹簧9的作用下向下移动，此刻导电板6在下方，导电板6上的两个金属条接触这两侧的长金属板，此时a′和d′连接，b′和c′连接，线圈中的电流为反向。这样实现了因为压力P的减少，而改变通电线圈中电流的反向。从而上下制动盘与飞轮在电磁力的作用下相互吸引，然后粘合在一起。由于上下制动盘无法绕轴转动，故制动盘与飞轮相互摩擦，实现对飞轮的制动，使转速不能进一步增加。

以上，为本发明专利参照实施例做出的具体说明，但是本发明并不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内的其它实施例或变形例。

Claims (2)

1.一种泵用的制动装置，其特征在于，包括飞轮(1)、上制动盘(2)、下制动盘(3)、上阻止环(4)、下阻止环(5)和控制装置；

所述飞轮(1)中设有通电线圈，通电线圈的两端与外部的控制装置连接，飞轮(1)上下分别有一个制动盘，为上制动盘(2)和下制动盘(3)，所述上制动盘(2)的上方和下制动盘(3)的下方分别设有上阻止环(4)和下阻止环(5)，所述阻止环(4、5)固定在壳套上；

所述控制装置是对飞轮(1)中通电线圈电流方向进行控制的装置，包括导电板(6)，活塞(7)，销杆(8)，弹簧(9)，左侧板(10)，右侧板(11)，所述左侧板(10)和右侧板(11)之间设有支撑板；支撑板上方设有导电板(6)，下方设有活塞(7)，销杆(8)穿过支撑板的中心孔，将导电板(6)和活塞(7)连接在一起，在支撑板和活塞(7)之间的销杆(8)上套有弹簧(9)，活塞的下面对应着核主泵泵体内压力P，在弹簧和压力P的作用下，导电板(6)能在左侧板(10)和右侧板(11)中间上下移动；

所述左侧板(10)的外侧设有电路接头a、电路接头a′、电路接头b、电路接头b′，电路接头a和a′连接在电源的正极，电路接头b和b′连接在电源的负极；

所述右侧板(11)的外侧设有电路接头c、电路接头c′、电路接头d、电路接头d′，电路接头c和c′连接在飞轮(1)的通电线圈的一端，电路接头d和d′连接在飞轮(1)的通电线圈的另一端；

所述左右侧板(10、11)的内侧上分别有四块金属板，每个侧板上左右各有两个金属板，上面两个金属板是短金属板(12)，下面两个金属板是长金属板(13)；

所述导电板(6)上表面分别有两个平行的金属条(14)。

2.一种如权利要求1所述的泵用的制动装置的控制方法，其特征在于，

在正常运行时，压力P对活塞(7)的作用强于弹簧(9)，此刻导电板(6)在上方，导电板(6)上的两个金属条接触两侧的短金属板，此时电路接头a和c连接，电路接头b和d连接，线圈中的电流为正向；此时，飞轮(1)的上表面和上制动盘(2)的下表面，具有相同磁极；飞轮(1)的下表面和下制动盘(3)的上表面，具有相同磁极；从而使两制动盘远离飞轮，不会与飞轮发生接触；

当压力P减少时，活塞(7)在弹簧(9)的作用下向下移动，此刻导电板(6)在下方，导电板(6)上的两个金属条接触两侧的长金属板，此时电路接头a′和d′连接，电路接头b′和c′连接，线圈中的电流为反向；从而上下制动盘与飞轮在电磁力的作用下相互吸引，然后粘合在一起。