CN107040062A - 屏蔽泵电动机转子护环结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及屏蔽泵电动机转子护环结构，电机转子铁心(1)两端套装转子护环(2)，转子护环(2)与转子铁心(1)为间隙配合，屏蔽套(5)压装在转子铁心(1)和转子护环(2)上，转子护环(2)与转轴(3)之间带有环向焊缝(4)，转子护环(2)与转轴(3)焊接配合处为转子护环柔性腿(6)。本发明有效地实现消除转子护环与转轴焊缝处受横向剪切力的问题，为大功率屏蔽泵电动机开发提供了条件。本发明解决了转子护环与转轴上环向焊缝的横向受剪力问题，保证了电机转子密闭的可靠性和60年使用寿命的功能性，通过优化方案的转子护环柔性腿的选择，使转子护环最终实现对转子铁心端部的密封和支撑屏蔽套的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种屏蔽泵电动机转子护环结构。
背景技术
屏蔽电动机转子与泵叶轮共用一根轴，并置于高温、高压的反应堆冷却剂中。屏蔽泵电动机转子铁心外部有一层很薄的屏蔽套将泵运送的流体隔离，以保护电机转子铁心不被流体浸蚀。屏蔽套腔与泵腔相通，承受着流体的系统压力，屏蔽套由于受到电机结构限制和电磁的影响，必需设计的很薄(通常在0.7mm左右)，因而无法承受高压的系统压力，背部需要支撑。屏蔽套在电机转子铁心段的支撑分成转子冲片和转子护环两个部分。其中冲片部分由叠压的硅钢片组成，端部用齿压板压紧固定；护环部分的支撑由高强度的合金600材质加工成的转子护环来承受。
屏蔽电动机设计时由于考虑到转子与叶轮公用一根转轴，并综合考虑转轴的刚度及导磁性能等特性，选择马氏体403不锈钢作为转轴材料。而在转子护环设计时主要考虑其保护转子铁心内部构件和支撑屏蔽套的作用，并承受电机腔内的高温高压，因此选用合金600材质。转子护环和转轴通过环向焊缝焊接在一起，将转子铁心密封成一个整体，使电机转子铁心内所有部件与电机内的一次冷却水隔离，以保证转子铁心不受侵蚀。
目前，屏蔽电机中的护环结构为类似于空心“圆饼”，通过热套和焊接与转轴配合在一起，起到保护转子铁心和支撑屏蔽套的作用。但传统的护环在与转轴环向焊接时，由于护环材质和转轴材质的不同，受温度影响时的热膨胀量也不同，造成对环向焊缝的横向剪切。受到剪应力的焊缝，其疲劳强度和使用寿命受到严重影响。本发明中的屏蔽泵电动机转子护环结构，有效地改善了环向焊缝处的受力情况，为屏蔽电动泵60年免维护的使用寿命提供了保证。
发明内容：
本发明的目的是提供一种屏蔽泵电动机转子护环结构，该护环结构既能保证支撑屏蔽套的强度，又能形成对转子铁心端部的密封。本发明的技术方案为：一种屏蔽泵电动机转子护环结构，电机转子铁心1两端套装转子护环2，转子护环2与转子铁心1为间隙配合，屏蔽套5压装在转子铁心1和转子护环2上，转子护环2与转轴3之间带有环向焊缝4，转子护环2与转轴3焊接配合处为转子护环柔性腿6。
所述的转子护环柔性腿6为：背离转子铁心方向的端面靠近转子护环2与转轴3焊接位置加工第一环形凹槽7，转子护环内径靠近环向焊缝的位置加工第二环形凹槽8。
本发明主要是设计并制造一种屏蔽泵电动机转子护环结构。根据屏蔽电机设计的转子铁心尺寸及其受力条件，其结构见图1所示。转子护环设计为带柔性腿型结构，并通过焊接配合在转子铁心的端部，以保持对屏蔽套的连续支撑和实现转子铁心的密封，如图3所示。
本发明的优点：转子护环和转子屏蔽套构成了转子装配周围的压力边界，转子护环被定义为安全相关部件。在转子护环的设计中，需要考虑设计压力、静水压工况下护环的一次应力以及因为旋转形成的对水压的反作用。特别是在转子护环柔性腿设计中，需要考虑并优化转子护环柔性腿处的一次应力和抗疲劳性。转子护环的设计中，考虑到在电机运行中，转子护环的高应力区域位于转子护环柔性腿、密封焊缝以及与转子铁心配合处较薄的位置，并权衡转子护环柔性腿处的一次应力强度和柔度。转子护环柔性腿可以看作是“特殊设计的密封焊装置”。转子护环与转子铁心密封焊时，由于转子护环与转轴的材质不同，热膨胀系数也不同，转子护环的热膨胀系数为1.6，转轴的热膨胀系数为1.1，在相同的温度影响下，转子护环与转轴的热膨胀量相差很大，这将导致在转子护环与转轴焊接处的环向焊缝承受横向的剪切力。受到剪切力的焊缝将影响其60年的使用寿命和运行中的稳定性。转子护环柔性腿的设计理念：综合考虑转子护环同时受到电机腔内一次冷却水温度影响和叶轮上方热传递的影响的情况下，环向焊缝处由于两种不同材质的膨胀量不同而产生的横向剪切力，由转子护环柔性腿的弹塑性变形来消除，以保证环向焊缝的完整性和功能性，并满足60年使用寿命的要求。通过考虑转子护环柔性腿的柔韧性和应力幅值以及疲劳使用率，最终确定转子护环柔性腿的深度和厚度，最终解决了消除环向焊缝上由于两种材料的热膨胀量不同而产生的横向剪应力的技术难题。
在转子护环结构设计中，背离转子铁心方向的端面靠近转子护环与转轴焊接位置加工第一环形凹槽，转子护环内径靠近环向焊缝的位置加工第二环形凹槽。通过在转子护环上两处环形凹槽的设计，使转子护环与转轴焊接处得以剪薄，此处定义为“转子护环柔性腿”。转子护环柔性腿结构的设计，能避免在电机运行中，由于一次冷却水温度和泵上部热传递对转轴上环向焊缝的受剪力影响，解决了屏蔽电机转轴和转子护环间环向焊缝的横向剪切的技术难题。
附图说明
图1转子带护环铁心结构示意图
图2转子护环示意图
图3转子护环剖面图
图4开两处凹槽后形成的转子护环柔性腿局部放大图
具体实施方式
如图1所示为本发明的转子带护环铁心结构，电一种屏蔽泵电动机转子护环结构，电机转子铁心1两端套装转子护环2，如图2所示转子护环2与转子铁心1为间隙配合，屏蔽套5压装在转子铁心1和转子护环2上，如图3所示，转子护环2与转轴3之间带有环向焊缝4，转子护环2与转轴3焊接配合处为转子护环柔性腿6。
如图4所示，所述的转子护环柔性腿6为：背离转子铁心方向的端面靠近转子护环2与转轴3焊接位置加工第一环形凹槽7，转子护环内径靠近环向焊缝的位置加工第二环形凹槽8。
考虑到转子护环2与转轴3焊接时的应力因素，在转子护环2与转轴3焊接配合处进行开两处凹槽的剪薄处理形成转子护环柔性腿6，以消除环向焊缝4上由于两种材料的热膨胀量不同而产生的横向剪应力。
转子护环安装在转子铁心的端部，转子屏蔽套压装在转子铁心和转子护环上，转子护环和转子屏蔽套构成了转子装配周围的压力边界，承受着电机内腔的压力。转子护环起到密封转子铁心端部和支撑屏蔽套的作用。
按照该转子铁心结构及安装需要，详细地设计了转子护环结构如图2和图3。考虑到转子护环材料的高硬度、设计压力、静水压工况下护环的一次应力以及因为旋转形成的对水压的反作用，对转子护环上产生高应力的转子护环柔性腿、密封焊缝以及连接环外侧较薄的区域进行设计，并使其应力满足许用薄膜应力的要求和电机铁心的功能要求。
根据图1设计的转子护环尺寸和设计规范的要求，利用应力分析计算和应力云图计算，选择了满足设计规范和使用要求的转子护环材料，完成转子护环柔性腿、密封焊缝以及连接环外侧较薄部分的设计。在转子护环结构设计中，通过在背离转子铁心方向的端面上，在靠近转子护环与转轴焊接位置加工一个环形凹槽，并在转子护环内径靠近环向焊缝的位置也加工一处环形凹槽。通过在转子护环上两处环形凹槽的设计，使转子护环与转轴焊接处得以剪薄，此处定义为“转子护环柔性腿”。转子护环的柔性腿可以看作是“特殊设计的密封焊装置”。可以采用简单的弹塑性分析，并权衡转子护环柔性腿处的一次应力强度和柔度。转子护环与转子铁心密封焊时，由于转子护环与转轴的材质不同，热膨胀系数也不同，转子护环的热膨胀系数为1.6，转轴的热膨胀系数为1.1，在相同的温度影响下，转子护环与转轴的热膨胀量相差很大，这将导致转子护环与转轴焊接的环向焊缝上承受横向的剪切力。受到剪切力的焊缝将影响其60年的使用寿命和运行中的稳定性。转子护环柔性腿的设计，是考虑转子护环受电机腔内一次冷却水和叶轮上方热传递的影响的情况下，环向焊缝处的两种不同材质的热膨胀量差异很大，从而是环向焊缝承受横向剪切力的拉扯，环向焊缝上的横向剪切力由转子护环柔性腿的结构和其弹塑性变形来消除，以保证环向焊缝的完整性和功能性，并满足60年使用寿命的要求。通过考虑转子护环柔性腿的柔韧性和应力幅值以及疲劳使用率，最终确定转子护环柔性腿的深度和厚度，实现转子护环的结构功能设计。
Claims (2)
1.一种屏蔽泵电动机转子护环结构，其特征是：电机转子铁心(1)两端套装转子护环(2)，转子护环(2)与转子铁心(1)为间隙配合，屏蔽套(5)压装在转子铁心(1)和转子护环(2)上，转子护环(2)与转轴(3)之间带有环向焊缝(4)，转子护环(2)与转轴(3)焊接配合处为转子护环柔性腿(6)。
2.根据权利要求1所述的一种屏蔽泵电动机转子护环结构，其特征是：所述的转子护环柔性腿(6)为：背离转子铁心方向的端面靠近转子护环(2)与转轴(3)焊接位置加工第一环形凹槽(7)，转子护环内径靠近环向焊缝的位置加工第二环形凹槽(8)。
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