CN106849480B - 一种倒锥结构的核电主泵飞轮 - Google Patents

一种倒锥结构的核电主泵飞轮 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种倒锥结构的核电主泵飞轮,包括转轴、轴套和飞轮本体和飞轮盘托盘。轴套通过胀紧套固定在所述转轴上,所述轴套外侧壁是倒锥结构;飞轮本体套设在所述轴套外,所述飞轮本体的中心孔与所述轴套的外壁是过盈配合,所述的飞轮本体底部设有环形支撑部;飞轮盘托盘是安装在所述的轴套下方,通过螺栓与所述的轴套连接,所述的飞轮盘托盘上设有环形滚道,所述的环形滚道上设有滚动体。在正常转速时,依靠过盈配合的摩擦力带动旋转;当转速过高时,分离后由飞轮盘托盘上的滚动体和阻尼结构托住,飞轮本体在惯性下继续旋转,阻尼结构对飞轮盘主体提供阻力从而降低飞轮转速,起到飞轮本体超速脱落后的安全降速的作用。

Description

一种倒锥结构的核电主泵飞轮
技术领域
本发明涉及一种核电主泵飞轮组件的结构,特别涉及一种倒锥结构的核电主泵飞轮。
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为主泵机组提供足够的惰转惯量,以确保主泵断电后继续惰转并在短时间内提供足够的流量带出反应堆因功率滞后衰减继续产生的热量,确保堆芯的安全冷却。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制,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
针对现有技术存在的上述缺陷,本申请提供了一种倒锥结构的核电主泵飞轮,能在超速旋转自动脱离后安全降速。
为实现上述目的,本申请采用的技术方案是:一种倒锥结构的核电主泵飞轮,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,该轴套的外侧壁是倒锥结构;
飞轮本体,所述飞轮本体套设在所述轴套外,所述飞轮本体的中心孔内壁是倒锥结构,与所述轴套外侧壁过盈配合;
飞轮盘托盘,所述飞轮盘托盘设在所述飞轮本体的下部,与轴套连接;
阻尼结构,所述阻尼结构安装在所述飞轮本体的下部,在所述飞轮本体超速脱落后起降速作用。
进一步的,在所述飞轮本体上设有环形支撑部;所述环形支撑部,包括:第一环形支撑部和第二环形支撑部。
进一步的,所述飞轮盘托盘上设有环形滚道,所述环形滚道,包括:第一环形滚道和第二环形滚道。
进一步的,轴套,包括直径依次减小的轴套第一侧壁、轴套第二侧壁、轴套第三侧壁和轴套第四侧壁,所述轴套第三侧壁为倒锥结构。
进一步的,所述飞轮本体,包括直径依次减小的飞轮本体第一侧壁、飞轮本体第二侧壁和飞轮本体第三侧壁,飞轮本体第二侧壁和飞轮本体第三侧壁过渡面间设有第一环形支撑部,飞轮本体第三侧壁和中心孔过渡面间设有第二环形支撑部。
进一步的,飞轮盘托盘,包括直径依次减小的飞轮盘托盘第一侧壁、飞轮盘托盘第二侧壁、飞轮盘托盘第三侧壁和飞轮盘托盘第四侧壁;飞轮盘托盘第三侧壁和第四侧壁的过渡面上设有第一环形滚道,该第一环形滚道内设有滚动体。
更进一步的,第一环形滚道内的滚动体之间设有隔离块。
更进一步的,环形支撑部、环形滚道上均设有圆弧形凹槽,滚动体放置在圆弧形凹槽中。
更进一步的,飞轮本体中心孔的倒锥结构、轴套第三外侧壁的倒锥结构的角度均为10°。
作为更进一步的,轴套第二侧壁与飞轮本体第三侧壁之间设有滚动体,飞轮盘托盘第二侧壁与飞轮本体第二侧壁之间设有滚动体,滚动体之间设有保持架,在飞轮本体超速脱落时起对中作用。
作为更进一步的,阻尼结构,包括弹簧,具有一定的缓冲作用;阻尼结构顶端有滚动体,当飞轮本体超速脱落在滚动体上形成滚动摩擦从而使飞轮本体降速。
本发明由于采用以上技术方案,能够取得如下的技术效果: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,分离后由飞轮盘托盘和阻尼结构托住且在惯性下继续旋转,从而降低飞轮转速,起到超速保护和安全降速的作用。
附图说明
本发明共有附图9幅:
图1为本发明一种倒锥结构的核电主泵飞轮的剖视图;
图2为本发明一种倒锥结构的核电主泵飞轮的立体图;
图3为本发明一种倒锥结构的核电主泵飞轮的轴套示意图;
图4为图3中的I处局部放大图;
图5为本发明一种倒锥结构的核电主泵飞轮的飞轮本体示意图;
图6为图5中的Ⅱ处局部放大图;
图7为图5中的Ⅲ处局部放大图;
图8为本发明一种倒锥结构的核电主泵飞轮的飞轮盘托盘示意图。
图9为图8中的Ⅳ处局部放大图。
图中序号说明:1、转轴,2、轴套,3、飞轮本体,4、飞轮盘托盘,5、阻尼结构,21、轴套第一侧壁,22、轴套第二侧壁,23、轴套第三侧壁,24、轴套第四侧壁,31、飞轮本体第一侧壁,32、飞轮本体第二侧壁,33、飞轮本体第三侧壁,41、飞轮盘托盘第一侧壁,42、飞轮盘托盘第二侧壁,43、飞轮盘托盘第三侧壁,44、飞轮盘托盘第四侧壁,51、第一环形支撑部,52、第二环形支撑部,61、第一环形滚道,62、第二环形滚道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
参阅图1-图9,本实施例提供一种倒锥结构的核电主泵飞轮,包括:转轴1、轴套2、飞轮本体3、飞轮盘托盘4和阻尼结构5,转轴1用于动力输入;轴套2通过胀紧套固定在转轴1上,轴套2外侧壁为倒锥结构;设有倒锥结构中心孔的飞轮本体3套设在轴套2外,飞轮本体3的倒锥结构中心孔与轴套2的倒锥结构外壁是过盈配合,飞轮盘托盘4设在飞轮本体3的下部,与轴套2连接,飞轮盘托盘4上设有环形滚道。阻尼结构5安装在飞轮本体3的下部,在飞轮本体3超速脱落后起降速作用;阻尼结构5中包含弹簧,具有一定的缓冲作用;阻尼结构5顶端有滚动体,当所述飞轮本体3超速脱落在所述的滚动体上形成滚动摩擦从而使飞轮本体3降速。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。以下进行轴套2和飞轮本体3的结构的详细说明:轴套2的侧壁为直径依次减小的轴套第一侧壁21、轴套第二侧壁22、轴套第三侧壁23和轴套第四侧壁24,所述的轴套第三侧壁23为倒锥结构;飞轮本体3的中心孔为倒锥结构,与轴套第三侧壁23为过盈配合;飞轮本体3的侧壁为直径依次减小的飞轮本体第一侧壁31、飞轮本体第二侧壁32和飞轮本体第三侧壁33,飞轮本体第二侧壁32和飞轮本体第三侧壁33过渡面间设有第一环形支撑部,飞轮本体第三侧壁33和飞轮本体中心孔过渡面间设有第二环形支撑部;轴套第二侧壁22与飞轮本体第三侧壁33之间设有滚动体,滚动体之间设有保持架。滚动体采用氮化硅瓷球,耐高温,使用寿命长;飞轮盘托盘4的侧壁是直径依次减小的飞轮盘托盘第一侧壁41、飞轮盘托盘第二侧壁42、飞轮盘托盘第三侧壁43和飞轮盘托盘第四侧壁44。飞轮盘托盘第二侧壁42和飞轮本体3第二侧壁32之间设有滚动体,滚动体之间设有保持架。带有保持架的滚动体对飞轮本体3起对中作用,防止飞轮本体3出现偏心转动。飞轮盘托盘第三侧壁43和飞轮盘托盘第四侧壁44的过渡面上设有第一环形滚道,滚道内设有滚动体。环形支撑部与所述环形滚道上均设有圆弧形凹槽。飞轮本体3中心孔、所述轴套第三外侧壁23的倒锥结构的角度均为10°。第一环形滚道内的滚动体之间设有隔离块,为了使其具有自润滑效果,该隔离块采用PEEK材料制成。
在正常工作转速情况下,飞轮本体3与轴套2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3在离心力的作用下内径变大,飞轮本体3与轴套2分离,飞轮本体3落在飞轮盘托盘4和阻尼结构5上,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3转速逐渐降低,从而起到安全降速的作用;在保持架中滚动体的作用下,飞轮本体3不会出现偏心摆动。采用氮化硅陶瓷制成的滚动体、采用PEEK材料制成的隔离块,具有自润滑性,而且耐高温,寿命长,因此避免了核主泵中滚动体需要定期加润滑油的麻烦。
本发明一种倒锥结构的核电主泵飞轮,在正常转速时,依靠过盈配合的摩擦力带动飞轮本体旋转;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,分离后由飞轮盘托盘与阻尼结构上的滚动体托住且在惯性下继续旋转,从而降低飞轮转速,在保持架中滚动体的作用下,飞轮本体不会出现偏心摆动,飞轮本体在超速脱落后能安全降速。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种倒锥结构的核电主泵飞轮,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,该轴套的外侧壁是倒锥结构;
飞轮本体,所述飞轮本体套设在所述轴套外,所述飞轮本体的中心孔内壁是倒锥结构,与所述轴套外侧壁过盈配合;
飞轮盘托盘,所述飞轮盘托盘设在所述飞轮本体的下部,与轴套连接;所述飞轮盘托盘,包括直径依次减小的飞轮盘托盘第一侧壁、飞轮盘托盘第二侧壁、飞轮盘托盘第三侧壁和飞轮盘托盘第四侧壁;飞轮盘托盘第三侧壁和第四侧壁的过渡面上设有第一环形滚道,该第一环形滚道内设有滚动体;
阻尼结构,所述阻尼结构安装在所述飞轮本体的下部,在所述飞轮本体超速脱落后起降速作用。
2.根据权利要求1所述一种倒锥结构的核电主泵飞轮,其特征在于,在所述飞轮本体上设有环形支撑部;所述环形支撑部,包括:第一环形支撑部和第二环形支撑部;在所述飞轮盘托盘上设有环形滚道,所述环形滚道,包括:第一环形滚道和第二环形滚道。
3.根据权利要求1所述一种倒锥结构的核电主泵飞轮,其特征在于,轴套,包括直径依次减小的轴套第一侧壁、轴套第二侧壁、轴套第三侧壁和轴套第四侧壁,所述轴套第三侧壁为倒锥结构。
4.根据权利要求1所述一种倒锥结构的核电主泵飞轮,其特征在于,所述飞轮本体,包括直径依次减小的飞轮本体第一侧壁、飞轮本体第二侧壁和飞轮本体第三侧壁,飞轮本体第二侧壁和飞轮本体第三侧壁过渡面间设有第一环形支撑部,飞轮本体第三侧壁和中心孔过渡面间设有第二环形支撑部。
5.根据权利要求1所述一种倒锥结构的核电主泵飞轮,其特征在于,第一环形滚道内的滚动体之间设有隔离块。
6.根据权利要求2所述一种倒锥结构的核电主泵飞轮,其特征在于,环形支撑部、环形滚道上均设有圆弧形凹槽,滚动体放置在圆弧形凹槽中。
7.根据权利要求1所述一种倒锥结构的核电主泵飞轮,其特征在于,飞轮本体中心孔的倒锥结构、轴套第三外侧壁的倒锥结构的角度均为10°。
8.根据权利要求1-7任一项所述一种倒锥结构的核电主泵飞轮,其特征在于,轴套第二侧壁与飞轮本体第三侧壁之间设有滚动体,飞轮盘托盘第二侧壁与飞轮本体第二侧壁之间设有滚动体,滚动体之间设有保持架。
9.根据权利要求1所述一种倒锥结构的核电主泵飞轮,其特征在于,所述阻尼结构内部设有弹簧,在阻尼结构顶端安装有滚动体。
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