CN114382776B - 核主泵推力瓦静态水层隔热结构 - Google Patents

核主泵推力瓦静态水层隔热结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核主泵推力瓦静态水层隔热结构，推力瓦面(2)安装在推力瓦基(1)上表面，圆柱支撑块(3)位于推力瓦基(1)底面中间，隔热板(4)安装在推力瓦基(1)底面，第一螺栓(10)将推力瓦基(1)固定在推力瓦基(1)底面，左挡板(18)位于推力瓦基(1)左侧，右挡板(23)位于推力瓦基(1)右侧，第二螺栓(17)分别把左挡板(18)和右挡板(23)固定在推力瓦基(1)左右两侧。本发明避免了以往采用复合材料固定或喷涂在瓦基背面不利于稳态导热的弊端，即在热瞬态抑制瓦面凹变形，又在稳态利于导热，热瞬态冲击下仍可建立连续流体动压润滑，提高了核主泵水润滑轴承的可靠性，可广泛用于核电、国防、化工、舰船动力等领域。

Description

核主泵推力瓦静态水层隔热结构
技术领域
本发明涉及一种核主泵推力瓦静态水层隔热结构。
背景技术
压水堆核电站的反应堆冷却剂泵(简称核主泵)设计寿命普遍提升至60年，如三代先进非能动压水堆机组一回路采用无轴封式核主泵，核主泵将主泵转子轴系包裹在一回路压力边界内，核主泵的推力轴承采用水润滑轴承，其水膜厚度一般厚度约为20微米左右，在发生冷却水断水或特殊瞬态时，推力轴承可能由于热冲击影响导致水膜厚度下降，最终可能使得出现磨损。与油润滑轴承不同，水润滑轴承推力瓦往往为石墨和不锈钢双层结构，当推力瓦面积较大时，在热膨胀系数、导热能力等参数影响下，使得突然热冲击时推力瓦会发生凹变形，当凹变形影响动压润滑液膜形成，可能降低运行可靠性。已有应多推力瓦热变形方案为在推力瓦基背面贴一层导热性差的材料，例如碳纤维、树脂等复合材料，但这样的方案不利于正常运行时推力瓦基的导热。因此，需要开发一种新型隔热结构，在热冲击时可以抑制热水对推力瓦基的温度冲击，同时在稳态运行时又有利于热从推力瓦基导走，避免已有隔热结构不利于稳态推力瓦基热传导的缺点，兼顾稳态导热和瞬态抵抗热输入的作用，实现水润滑轴承抵抗热瞬态变形的隔热结构，提高了核主泵水润滑轴承的运行可靠性。
发明内容
本发明提供一种核主泵推力瓦静态水层隔热结构，在确保稳态工作下推力瓦基仍可以通过水层传导热量，在热瞬态变形工况静止水层可以抑制高温水的温度梯度冲击而减少推力瓦面的凹变形，提高了核主泵水润滑轴承的可靠性。本发明的技术方案：推力瓦面(2)安装在推力瓦基(1)上表面，圆柱支撑块(3)位于推力瓦基(1)底面中间，隔热板(4)安装在推力瓦基(1)底面，第一螺栓(10)将推力瓦基(1)固定在推力瓦基(1)底面，左挡板(18)位于推力瓦基(1)左侧，右挡板(23)位于推力瓦基(1)右侧，第二螺栓(17)分别把左挡板(18)和右挡板(23)固定在推力瓦基(1)左右两侧，圆柱支撑块(3)底面为球面(20)，推力瓦基(1)底面中间设置第一环形凸台(21)，第一环形凸台(21)外侧为第一环形凹槽(13)，第一环形凹槽(13)外侧为第二环形凸台(12)，第二环形凸台(12)外侧为第二环形凹槽(14)，第二环形凹槽(14)外侧为第三环形凸台(15)，推力瓦基(1)底面和隔热板(4)顶面之间设置隔热水层(5)，隔热板(4)内圆设置第四环形凸台(6)，第四环形凸台(6)外侧设置第三环形凹槽(11)，第三环形凹槽(11)外侧设置第五环形凸台(7)，第五环形凸台(7)外侧设置第四环形凹台(16)，第四环形凹台(16)带有第一连通水孔(8)，第二环形凹槽(14)外侧设置第二连通水孔(9)，第一环形凸台(21)内侧设置柱型凹槽(19)，第四环形凸台(6)内侧设置第五环形凹槽(22)；推力瓦基(1)的底面与隔热板(4)的接触部分设置第三连通水孔(27)，连通水孔(27)分别位于隔热板(4)左右两侧的顶面(28)，连通水孔(27)的半径取值范围是0.5-5mm，第一连通水孔(8)的直径取值范围是0.5-5mm，第二连通水孔(9)的直径取值范围是0.5-5mm，隔热水层(5)的水层间隙(24)取值范围是0.5-5mm。
本发明工作原理：
本发明的核主泵推力瓦静态水层隔热结构提供的推力瓦面(2)安装在推力瓦基(1)上表面，圆柱支撑块(3)位于推力瓦基(1)底面中间，圆柱支撑块(3)起到支撑推力瓦基(1)的作用，隔热板(4)安装在推力瓦基(1)底面，第一螺栓(10)将隔热板(4)固定在推力瓦基(1)底面，隔热板(4)和推力瓦基(1)可以形成一个相对静止的薄水层，左挡板(18)位于推力瓦基(1)左侧，右挡板(23)位于推力瓦基(1)右侧，第二螺栓(17)分别把左挡板(18)和右挡板(23)固定在推力瓦基(1)左右两侧，左挡板(18)和右挡板(23)用于固定推力瓦面(2)，防止推力瓦面(2)发生圆周方向移动，圆柱支撑块(3)底面为球面(20)，球面(20)便于推力瓦面(2)发生动压润滑需要产生的必要摇摆，推力瓦基(1)底面中间设置第一环形凸台(21)，第一环形凸台(21)用于安装圆柱支撑块(3)，第一环形凸台(21)外侧为第一环形凹槽(13)，用于封存隔热水层(5)，在第一环形凹槽(13)外侧为第二环形凸台(12)，用于封存隔热水层(5)，第二环形凸台(12)外侧为第二环形凹槽(14)，用于封存隔热水层(5)，第二环形凹槽(14)外侧为第三环形凸台(15)用于封存隔热水层(5)，推力瓦基(1)底面和隔热板(4)顶面之间设置隔热水层(5)，隔热板(4)内圆设置第四环形凸台(6)用于封存隔热水层(5)，第四环形凸台(6)外侧设置第三环形凹槽(11)用于封存隔热水层(5)，第三环形凹槽(11)外侧设置第五环形凸台(7)用于封存隔热水层(5)，第五环形凸台(7)外侧设置第四环形凹台(16)用于封存隔热水层(5)，第四环形凹台(16)带有第一连通水孔(8)用于水流动和压力的连通，第二环形凹槽(14)外侧设置第二连通水孔(9)用于水流动和压力的连通，在水润滑运行时，推力瓦基(1)和隔热板(4)均被完全浸没于润滑水介质液面以下，当系统压力逐步增加时，润滑水将从隔热板(4)外侧通过第一连通水孔(8)和第二连通水孔(9)进入并形成隔热水层(5)，由于第一连通水孔(8)和第二连通水孔(9)的第一直径(26)和第二直径(25)直径值较小，使得隔热水层(5)充满润滑水后基本不参与外侧水流动，隔热水层(5)由于接近不流动所以换热系数较流动状态低较多，第一环形凸台(21)内侧设置柱型凹槽(19)用于安装圆柱支撑块(3)，第四环形凸台(6)内侧设置第五环形凹槽(22)，用于安装圆柱支撑块(3)；推力瓦基(1)的底面与隔热板(4)的接触部分设置一个第三连通水孔(27)，连通水孔(27)分别位于隔热板(4)左右两侧的顶面(28)，润滑水页可以从隔热板(4)外侧通过第三连通水孔(27)进入并参与形成隔热水层(5)，连通水孔(27)的半径取值范围是0.5-5mm，第一连通水孔(8)的直径取值范围是0.5-5mm，第二连通水孔(9)的直径取值范围是0.5-5mm，第一连通水孔(8)、第二连通水孔(9)和第三连通水孔(27)孔的直径过小则润滑水无法进入，第一连通水孔(8)、第二连通水孔(9)和第三连通水孔(27)孔的直径过大则导致润滑水内外可以流动不能有效形成不流动的隔热水层(5)，隔热水层(5)的水层间隙(24)取值范围是0.5-5mm，水层(5)充满润滑水后基本不参与外侧水流动，隔热水层(5)由于接近不流动所以换热系数较流动状态低较多，由于隔热水层(5)的低换热性质使得在热瞬态时抑制了热量从隔热板(4)快速进入推力瓦基(1)和推力推力瓦面(2)，进而降低了推力瓦基(1)和推力推力瓦面(2)之间温度梯度，使得推力瓦面(2)热瞬态凹变形得以降低，进而提高了水润滑推力轴承的可靠性。
本发明技术效果：
本发明提供的核主泵推力瓦静态水层隔热结构，由瓦基、隔热板结合隔离的静态水层为主的抵抗热瞬态变形的隔热结构，即可以在热瞬态工况下抑制推力瓦面的凹变形，还可以在稳态时利于推力瓦热量从瓦基导走，提高了核主泵水润滑轴承的可靠性。本发明不仅可以用于水润滑环境，也可以用于油或其它润滑介质等环境；本发明改变了以往的采用复合材料固定或喷涂在瓦基背面不利于稳态工况导热不足，同时避免固定的复合板材或喷涂的复合漆膜掉落增加轴承磨损。
附图说明
图1本发明的核主泵推力瓦静态水层隔热结构图
图2是推力瓦的仰视图
图3是推力瓦的仰视图Ⅰ放大视图
图4是放大视图Ⅰ中隔热板侧视图
图5是推力瓦采用隔热层前后净液膜厚度的对比
具体实施方式
如图1所示，一种核主泵推力瓦静态水层隔热结构，水润滑推力瓦柱面梯形面复合式推力瓦冠结构的推力瓦冠状设计结构图，由瓦基、隔热板结合隔离的静态水层为主的抵抗热瞬态变形的隔热结构，即可在热瞬态工况下抑制推力瓦面的凹变形，还可以在稳态时利于推力瓦热量从瓦基导走，提高了核主泵水润滑轴承的可靠性。
如图1所示，推力瓦面2安装在推力瓦基1上表面，圆柱支撑块3在推力瓦基1底面中间，圆柱支撑块3起到支撑推力瓦基1的作用，隔热板4安装在推力瓦基1底面，第一螺栓10将隔热板4固定在推力瓦基1底面，隔热板4和推力瓦基1可以形成一个相对静止的薄水层，左挡板18在推力瓦基1左侧，右挡板23在推力瓦基1右侧，第二螺栓17分别把左挡板18和右挡板23固定在推力瓦基1左右两侧，左挡板18和右挡板23用于固定推力瓦面2发生圆周方向移动，圆柱支撑块3底面为球面20便于推力瓦面2发生动压润滑需要产生的必要摇摆，推力瓦基1底面中间设置第一环形凸台21，第一环形凸台21用于安装圆柱支撑块3，在第一环形凸台21外侧为第一环形凹槽13用于封存隔热水层5，在第一环形凹槽13外侧为第二环形凸台12用于封存隔热水层5，在第二环形凸台12外侧为第二环形凹槽14用于封存隔热水层5，第二环形凹槽14外侧为第三环形凸台15用于封存隔热水层5，推力瓦基1底面和隔热板4顶面之间设置隔热水层5，隔热板4内圆设置第四环形凸台6用于封存隔热水层5，第四环形凸台6外侧设置第三环形凹槽11用于封存隔热水层5，第三环形凹槽11外侧设置第五环形凸台7)用于封存隔热水层5，第五环形凸台7外侧设置第四环形凹台16用于封存隔热水层5，在第四环形凹台16带有第一连通水孔8用于水流动和压力的连通，第二环形凹槽14外侧设置第二连通水孔9用于水流动和压力的连通，在水润滑浸入润滑水中，当系统压力逐步增加时，润滑水将从隔热板4外侧通过第一连通水孔8和第二连通水孔9进入并形成隔热水层5，由于第一连通水孔8和第二连通水孔9的第一直径26和第二直径25直径值较小，使得隔热水层5充满润滑水后基本不参与外侧水流动，隔热水层5由于接近不流动所以换热系数较流动状态低较多，第一环形凸台21内侧设置柱型凹槽19用于安装圆柱支撑块3，第四环形凸台6内侧设置第五环形凹槽22，用于安装圆柱支撑块3，第一连通水孔8的直径取值范围是0.5-5mm，第二连通水孔9的直径取值范围是0.5-5mm，第一连通水孔8和第二连通水孔9的直径过小则润滑水无法进入，第一连通水孔8和第二连通水孔9的直径过大则导致润滑水内外可以流动不能有效形成不流动的隔热水层5，隔热水层5的水层间隙24取值范围是0.5-5mm，水层5充满润滑水后基本不参与外侧水流动，隔热水层5由于接近不流动所以换热系数较流动状态低较多，由于隔热水层5的低换热性质使得在热瞬态时抑制了热量从隔热板4快速进入推力瓦基1和推力推力瓦面2，进而降低了推力瓦基1和推力推力瓦面2之间温度梯度，使得推力瓦面2热瞬态凹变形得以降低，进而提高了水润滑推力轴承的可靠性。
如图2所示，第一螺栓10将隔热板4固定在推力瓦基1底面上，第一螺栓10外圆间隔布置7个位置，第一螺栓10内圆间隔布置4个位置，圆柱支撑块3安装在推力瓦基1的底面的第一环形凸台21内，左挡板18和右挡板23分别固定在推力瓦基1左右两侧。
如图3所示，推力瓦基1的底面与隔热板4的接触部分设置一个第三连通水孔27，连通水孔27分别位于隔热板4左右两侧的顶面28，润滑水页可以从隔热板4外侧通过第三连通水孔27进入并参与形成隔热水层5，连通水孔27的半径取值范围是0.5-5mm，第三连通水孔27孔的直径过小则润滑水无法进入，第三连通水孔27孔的直径过大则导致润滑水内外可以流动不能有效形成不流动的隔热水层5。
如图4所示，隔热板4外侧顶面28为平面，在外侧两侧的顶面28的表面分别设置一个连通水孔27，连通水孔27为半柱面，连通水孔27的半径取值范围是0.5-5mm，第三连通水孔27孔的直径过小则润滑水无法进入，第三连通水孔27孔的直径过大则导致润滑水内外可以流动不能有效形成不流动的隔热水层5。
如图5所示，推力瓦基2和隔热板4之间设置的近似不流动的隔热水层5，当不设计隔热结构和设计隔热结构时，推力瓦面1表面形成正常液膜厚度几乎一致，但推力瓦面1表面形成凹变形有较大区别，因此在考虑推力瓦面1表面凹变形后的净液膜厚度差异较大，在载荷165kN、转速1485rpm和60℃时某型推力瓦面1表面水膜厚度，图5可知，设计本发明的隔热结构的凹变形约10微米，设计无隔热结构时凹变形约30微米，由于是否加隔热结构正常液膜厚度均为约45微米，因此考虑瓦表面凹变形后，采用本发明隔热结构的推力瓦面1表面净水膜厚度仍为约35微米，而不采用隔热结构的推力瓦面1表面净水膜厚度仅为约15微米，考虑推力盘变形、推力瓦面1表面加工偏差等，不采用隔热结构的推力瓦水膜净厚度已经难以形成连续动压润滑，容易出现磨损，而采用本发明的隔热结构的推力瓦水膜净厚度仍为35微米左右，考虑推力盘变形、瓦表面加工偏差等因素仍可以建立连续流体动压润滑，提高了水润滑轴承的热瞬态可靠性。
这种核主泵推力瓦静态水层隔热结构，由瓦基、隔热板结合隔离的静态水层为主的抵抗热瞬态变形结构，避免了以往采用复合材料固定或喷涂在瓦基背面不利于文泰导热的弊端，即在热瞬态抑制瓦面凹变形，又在稳态利于导热，从而提高了核主泵水润滑轴承的可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，相同的静态水层隔热结构不仅适用于中心支撑推力瓦同时也适用于偏心支撑推力瓦，不仅适用于水润滑剂介质，同时也适用于油润滑等其它介质环境，所以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揭露的技术范围内，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 (1)

1.核主泵推力瓦静态水层隔热结构，其特征是：推力瓦面(2)安装在推力瓦基(1)上表面，圆柱支撑块(3)位于推力瓦基(1)底面中间，隔热板(4)安装在推力瓦基(1)底面，第一螺栓(10)将推力瓦基(1)固定在推力瓦基(1)底面，左挡板(18)位于推力瓦基(1)左侧，右挡板(23)位于推力瓦基(1)右侧，第二螺栓(17)分别把左挡板(18)和右挡板(23)固定在推力瓦基(1)左右两侧，圆柱支撑块(3)底面为球面(20)，推力瓦基(1)底面中间设置第一环形凸台(21)，第一环形凸台(21)外侧为第一环形凹槽(13)，第一环形凹槽(13)外侧为第二环形凸台(12)，第二环形凸台(12)外侧为第二环形凹槽(14)，第二环形凹槽(14)外侧为第三环形凸台(15)，推力瓦基(1)底面和隔热板(4)顶面之间设置隔热水层(5)，隔热板(4)内圆设置第四环形凸台(6)，第四环形凸台(6)外侧设置第三环形凹槽(11)，第三环形凹槽(11)外侧设置第五环形凸台(7)，第五环形凸台(7)外侧设置第四环形凹台(16)，第四环形凹台(16)带有第一连通水孔(8)，第二环形凹槽(14)外侧设置第二连通水孔(9)，第一环形凸台(21)内侧设置柱型凹槽(19)，第四环形凸台(6)内侧设置第五环形凹槽(22)；推力瓦基(1)的底面与隔热板(4)的接触部分设置第三连通水孔(27)，第三连通水孔(27)分别位于隔热板(4)左右两侧的顶面(28)，第三连通水孔(27)的半径取值范围是0.5-5mm，第一连通水孔(8)的直径取值范围是0.5-5mm，第二连通水孔(9)的直径取值范围是0.5-5mm，隔热水层(5)的水层间隙(24)取值范围是0.5-5mm。
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