CN107061490A - 金属瓦块水润滑摩擦副结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属瓦块水润滑摩擦副结构。推力盘采用整圆镶嵌式推力面，推力盘采用石墨、碳化硅、陶瓷或碳纤维增强复合材料；推力瓦为金属瓦，推力瓦材料为双相高铬合金或普通钢材表面作硬化层处理。推力瓦表面硬度为HRC45‑65，推力盘表面硬度为HS50‑85，推力盘的推力面便于拆卸维护，推力瓦全金属无隔热的非金属瓦面，热瞬态时瓦面无有害的凹变形，并且耐高温、高压、高辐照。此摩擦副结构可以广泛用于三代核电厂、浮动小堆及舰船核动力领域。

Description

金属瓦块水润滑摩擦副结构
技术领域
本发明涉及一种金属瓦块水润滑摩擦副结构。
背景技术
随着核电站安全标准日益提高，反应堆一回路低泄率成为主流技术方案，传统的压水堆主泵采用的是轴封式主泵，轴封存在辐射物泄露隐患，新型三代压水堆采用屏蔽式核主泵或湿绕组核主泵，这两种核主泵均采用水润滑轴承，叶轮的水推力主要由水润滑推力轴承承担。需要水润滑摩擦副具有耐高温、辐射、冲击等要求，传统水润滑摩擦副一般推力盘采用金属材料，推力瓦采用非金属材料。
一般推力盘面积较大，在推力盘钢基上堆焊硬化层或等静压硬化层，都会较高的成本，同时技术上难度较高。推力瓦一般采用石墨类材料，在热瞬态时，会出现凹变形，使得正常厚度的水膜难以建立，导致过度磨损增加，摩擦副甚至发生不可逆的损坏。
发明内容
本发明的目的提供一种抑制热瞬态时推力瓦凹变形过大的金属瓦块水润滑摩擦副结构。本实用发明的技术方案为：金属瓦块水润滑摩擦副结构，推力盘(3)安装在轴(2)上，非金属推力面(5)通过定位销(4)配合固定在推力盘(3)上，第一压环(6)通过第一螺栓(7)把合在推力盘(3)底部；推力瓦(13)底部设置支撑块(11)，支撑块(11)安装在轴承座(10)上，第二压环(17)通过第二螺栓(16)把合在轴承座(10)外圆上侧，第三压环(14)通过第三螺栓(15)把合在轴承座(10)内圆上侧；轴承座(10)安装在机座(1)上方，轴承座(10)内圆底部安装第一O型密封圈(8)，轴承座(10)外圆底部安装第二O型密封圈(9)。
支撑块(11)下底面为球面(24)；推力瓦(13)左上侧与轴承座(10)水平方向存在第一间隙(28)，推力瓦(13)左侧与轴承座(10)高度方向存在第二间隙(34)，推力瓦(13)左下侧与轴承座(10)水平方向存在第三间隙(27)；推力瓦(13)右上侧与轴承座(10)水平方向存在第四间隙(30)，推力瓦(13)右侧与轴承座(10)高度方向存在第五间隙(26)，推力瓦(13)右下侧与轴承座(10)水平方向存在第六间隙(33)，支撑块(11)与轴承座(10)水平方向存在第七间隙(25)，推力瓦(13)底部与轴承座(10)存在第八间隙(29)；第一间隙(28)取值范围为1mm至2mm，第二间隙(34)取值范围为0.5mm至1mm，第三间隙(27)取值范围为0mm-0.5mm，第四间隙(30)取值范围为1mm至2mm，第五间隙(26)取值范围为0.5mm至1mm，第六间隙(33)取值范围为0mm-0.5mm，第七间隙(25)取值范围为0.2mm-0.8mm，第八间隙(29)取值范围为2mm-8mm。
推力瓦(13)底部内圆方向有第一限位台阶(18)，推力瓦(13)底部外圆方向有第二限位台阶(19)，推力瓦(13)顶部内圆方向设有第一倒角(20)，推力瓦(13)顶部外圆方向设有第二倒角(21)，推力瓦(13)顶部左上侧设有第一圆倒角(22)，推力瓦(13)右下侧设有第二圆倒角(23)；推力瓦(13)的材料为高铬碳化物双相不锈钢铸件。
表面硬化层(24)布置在钢基(12)顶部，表面硬化层(24)的厚度取值范围为0.5mm-3mm。
推力盘(3)由第一压环(6)约束轴向限位，支撑块(11)底部为球面，支撑块(11)与轴承座(10)之间存在径向间隙，在推力瓦(13)运行时，可以提供有效的位置约束。推力瓦(13)内圆有第三压环(14)轴向限位，推力瓦(13)外圆有第二压环(17)轴向限位。轴承座(10)底部内圆方向设置第一O型密封圈(8)，轴承座(10)底部外圆方向设置第二O型密封圈(9)。
推力瓦(13)为金属瓦块，在失去冷却水的工况下，环境水温急剧上升，推力瓦(13)不会出现较明显的凹变形，顺同时不会对正常水膜造成冲击。推力盘(3)是可拆卸式，便于运营检修时根据实际磨损进行更换，定位销(4)可以在推力盘(3)运转时防止松动。第一O型密封圈(8)和第二O型密封圈(9)可以发生弹性形变，当轴(2)发生倾斜时，可以保证轴承座(10)跟随调整角度，进而避免轴(2)倾斜带来的载荷突变，提供了水润滑轴承的运行稳定性。
推力盘(3)安装在轴(2)上，轴(2)放生窜动时，推力盘(3)对其有约束作用，推力面(5)为非金属材质并通过定位销(4)配合固定在推力盘(3)上，防止在转动时推力面(5)发生滑移和冲击，第一压环(6)通过第一螺栓(7)把合在推力盘(3)底部，可以保证推力面(5)可靠地固定在推力盘(3)上。推力瓦(13)底部设置支撑块(11)，偏心布置的支撑块(11)便于产生动压水膜，支撑块(11)安装在轴承座(10)上以传递轴向的推力刚度。第二压环(17)通过第二螺栓(16)把合在轴承座(10)外圆上侧，便于对推力瓦(13)外圆进行径向和周向限位，第三压环(14)通过第三螺栓(15)把合在轴承座(10)内圆上侧，便于对便于对推力瓦(13)内圆进行径向和周向限位。轴承座(10)安装在机座(1)上方，轴承座(10)内圆底部安装第一O型密封圈(8)，保证内圆方向上轴承座(10)下方具有较好的弹性；轴承座(10)外圆底部安装第二O型密封圈(9)，可以保证外圆方向上轴承座(10)下方具有较好的弹性，通过第一O型密封圈(8)和第二O型密封圈(9)联合作用，可以使得推力面(5)和轴(2)发生倾斜时，动态跟随调整，以保证推力瓦(13)载荷的分布均匀性。
支撑块(11)下底面为球面(24)，利于推力瓦(13)运行摆动；推力瓦(13)左上侧与轴承座(10)水平方向存在第一间隙(28)，对推力瓦(13)进行径向限位；推力瓦(13)左侧与轴承座(10)高度方向存在第二间隙(34)，对推力瓦(13)进行轴向限位；推力瓦(13)左下侧与轴承座(10)水平方向存在第三间隙(27)，对推力瓦(13)进行径向限位；推力瓦(13)右上侧与轴承座(10)水平方向存在第四间隙(30)，对推力瓦(13)进行径向限位；推力瓦(13)右侧与轴承座(10)高度方向存在第五间隙(26)，对推力瓦(13)进行轴向限位；推力瓦(13)右下侧与轴承座(10)水平方向存在第六间隙(33)，对推力瓦(13)进行径向限位；支撑块(11)与轴承座(10)水平方向存在第七间隙(25)，对支撑块(11)进行径向限位；推力瓦(13)底部与轴承座(10)存在第八间隙(29)，便于推力瓦(13)摆动，推力瓦(13)容易动态调整。
推力瓦(13)底部内圆方向有第一限位台阶(18)，对推力瓦(13)内圆方向进行径向限位；推力瓦(13)底部外圆方向有第二限位台阶(19)，对推力瓦(13)外圆方向进行径向限位；推力瓦(13)顶部内圆方向设有第一倒角(20)，提供耐冲击性能，避免尖点应力集中；推力瓦(13)顶部外圆方向设有第二倒角(21)，提供耐冲击性能，避免尖点应力集中；推力瓦(13)顶部左上侧设有第一圆倒角(22)，便于在边界润滑状态润滑水容易进入；推力瓦(13)右下侧设有第二圆倒角(23)，便于在边界润滑状态润滑水容易流出；推力瓦(13)的材料为高铬碳化物双相不锈钢铸件，具有较高的表面硬度。
如果钢基(12)顶部增加表面硬化层(24)，可以降低对钢基(12)材料本身的硬度要求，降低制造难度和成本，一般可以采用含镀铬、堆焊硬质合金或等离子喷涂等方法进行表面强化，强化层厚度一般为0.5mm-3mm，表面硬度一般为HRC45-HRC67。
附图说明
图1本发明的一种金属瓦块水润滑摩擦副结构图
图2为图1的Ⅰ放大视图
图3为图1的项13斜视图
图4为图1的项13放大图
具体实施方式：
图1为一种金属瓦块水润滑摩擦副结构，即推力盘3安装在轴2上，定位销4过盈安装在推力盘3上，非金属推力面5通过定位销4配合固定在推力盘3上，第一压环6通过第一螺栓7把合在推力盘3底部；推力瓦13底部设置支撑块11，支撑块11安装在轴承座10上，第二压环17通过第二螺栓16把合在轴承座10外圆上侧，第三压环14通过第三螺栓15把合在轴承座10内圆上侧；轴承座10安装在机座1上方，轴承座10内圆底部安装第一O型密封圈8，轴承座10外圆底部安装第二O型密封圈9。推力盘3通过热套安装在轴2上，推力面5为整圆式，推力面5材质为石墨、碳化硅、碳纤维增强复合材料或碳碳复合材料，推力面5具有一定的自润滑特性，在无水膜时可以仍具备较低的摩擦系数，推力面5方便更换安装，降低了推力盘维护更换的成本。推力面5在圆周方向上有定位销4进行限位，第一压环6在轴向方向完成对推力面5的限位。推力瓦13材质为双相高铬合金或表面硬化处理的合金钢，第二压环17在外侧对推力瓦13完成轴向限位，第三压环14在内侧对推力瓦13完成轴向限位。轴承座10安装在机座1上方，在轴承座10内圆底部安装第一O型密封圈8，在轴承座10外圆底部安装第二O型密封圈9，第一O型密封圈8和第二O型密封圈9均有较大的弹性，在推力盘3倾斜时，可以动态调整轴承座10的水平度。
如图2所示，支撑块11下底面为球面24；推力瓦13左上侧与轴承座10水平方向存在第一间隙28，推力瓦13左侧与轴承座10高度方向存在第二间隙34，推力瓦13左下侧与轴承座10水平方向存在第三间隙27；推力瓦13)右上侧与轴承座10水平方向存在第四间隙30，推力瓦13右侧与轴承座10高度方向存在第五间隙26，推力瓦13右下侧与轴承座10水平方向存在第六间隙33，支撑块11与轴承座10水平方向存在第七间隙25，推力瓦13底部与轴承座10存在第八间隙29；第一间隙28取值范围为1mm至2mm，第二间隙34取值范围为0.5mm至1mm，第三间隙27取值范围为0mm-0.5mm，第四间隙30取值范围为1mm至2mm，第五间隙26取值范围为0.5mm至1mm，第六间隙33取值范围为0mm-0.5mm，第七间隙25取值范围为0.2mm-0.8mm，第八间隙29取值范围为2mm-8mm。支撑块11下底面为球面24可以使得推力瓦13具备一定摇摆调整能力。第一间隙28为推力瓦13内圆方向的安装间隙，第二间隙34为推力瓦13内侧高度方向的摇摆限位间隙，第三间隙27为推力瓦13内侧径向的移动限位间隙；第四间隙30为推力瓦13外圆方向的安装间隙，第五间隙26为推力瓦13外侧高度方向的摇摆限位间隙，第六间隙33为推力瓦13外侧径向移动限位间隙；第七间隙25为支撑块11径向限位间隙，第八间隙29为推力瓦13装配散热间隙。
如图3所示，推力瓦13底部内圆方向有第一限位台阶18，推力瓦13底部外圆方向有第二限位台阶19，推力瓦13顶部内圆方向设有第一倒角20，推力瓦13顶部外圆方向设有第二倒角21，推力瓦13顶部左上侧设有第一圆倒角22，推力瓦13右下侧设有第二圆倒角23。第一限位台阶18为推力瓦13内侧限位台阶，第二限位台阶19为推力瓦13外侧限位台阶，第一倒角20为6×45°，第二倒角21为6×45°，第一圆倒角22为R6.7，第二圆倒角23为R6.7。推力瓦13的材料为高铬碳化物双相不锈钢铸件，表面硬度大于HRC45，高铬双相不锈钢材料中，碳元素含量在1％至2％之间，硅元素含量不大于1.2％，锰元素含量不大于1.2％，铬元素含量35％至45％，铜元素含量不大于1.5％，钼元素含量1.5％至3.5％之间，氮元素含量不大于0.25％，镍元素含量为4％至8％之间，铁元素含量40％至50％之间。如图4所示，表面硬化层24布置在钢基12顶部，表面硬化层24的厚度取值范围为0.5mm-3mm，表面硬化的方法包含镀铬、堆焊硬质合金或等离子喷涂等；镀铬法，在钢基12表面镀一层0.5mm-0.8mm的铬层，表面硬度为HRC60-HRC67；堆焊硬质合金法一般在钢基12表面堆焊镍基合金或钴基合金，堆焊层厚度为3mm，表面硬度为HRC45-HRC55；等离子喷涂法一般在钢基12表面采用等离子体加热的方式喷涂一层厚1mm-2mm的碳化物、氧化铝或氧化锌等粉末。

Claims (4)

1.一种金属瓦块水润滑摩擦副结构，其特征是：推力盘(3)安装在轴(2)上，非金属推力面(5)通过定位销(4)配合固定在推力盘(3)上，第一压环(6)通过第一螺栓(7)把合在推力盘(3)底部；推力瓦(13)底部设置支撑块(11)，支撑块(11)安装在轴承座(10)上，第二压环(17)通过第二螺栓(16)把合在轴承座(10)外圆上侧，第三压环(14)通过第三螺栓(15)把合在轴承座(10)内圆上侧；轴承座(10)安装在机座(1)上方，轴承座(10)内圆底部安装第一O型密封圈(8)，轴承座(10)外圆底部安装第二O型密封圈(9)。
2.根据权利要求1所述的一种金属瓦块水润滑摩擦副结构，其特征是：支撑块(11)下底面为球面(24)；推力瓦(13)左上侧与轴承座(10)水平方向存在第一间隙(28)，推力瓦(13)左侧与轴承座(10)高度方向存在第二间隙(34)，推力瓦(13)左下侧与轴承座(10)水平方向存在第三间隙(27)；推力瓦(13)右上侧与轴承座(10)水平方向存在第四间隙(30)，推力瓦(13)右侧与轴承座(10)高度方向存在第五间隙(26)，推力瓦(13)右下侧与轴承座(10)水平方向存在第六间隙(33)，支撑块(11)与轴承座(10)水平方向存在第七间隙(25)，推力瓦(13)底部与轴承座(10)存在第八间隙(29)；第一间隙(28)取值范围为1mm至2mm，第二间隙(34)取值范围为0.5mm至1mm，第三间隙(27)取值范围为0mm-0.5mm，第四间隙(30)取值范围为1mm至2mm，第五间隙(26)取值范围为0.5mm至1mm，第六间隙(33)取值范围为0mm-0.5mm，第七间隙(25)取值范围为0.2mm-0.8mm，第八间隙(29)取值范围为2mm-8mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种金属瓦块水润滑摩擦副结构，其特征是：推力瓦(13)底部内圆方向有第一限位台阶(18)，推力瓦(13)底部外圆方向有第二限位台阶(19)，推力瓦(13)顶部内圆方向设有第一倒角(20)，推力瓦(13)顶部外圆方向设有第二倒角(21)，推力瓦(13)顶部左上侧设有第一圆倒角(22)，推力瓦(13)右下侧设有第二圆倒角(23)；推力瓦(13)的材料为高铬碳化物双相不锈钢铸件。
4.根据权利要求1或2所述的一种金属瓦块水润滑摩擦副结构，其特征是：表面硬化层(24)布置在钢基(12)顶部，表面硬化层(24)的厚度取值范围为0.5mm-3mm。
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