CN115095631A - 一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，涉及能动泵飞轮机械制造技术领域，包括飞轮框架和设置于飞轮框架内的若干金属柱，所述金属柱的横截面呈凸轮状，若干所述金属柱的凸出部分均朝向所述飞轮框架的轴线；若干所述金属柱沿所述飞轮框架圆周方向设置，并沿所述飞轮框架轴线对称；所述飞轮框架上带有若干和所述金属柱相适配的导向槽，所述金属柱嵌入所述导向槽内；所述导向槽和所述金属柱相接处的底部均为圆弧过渡段；所述飞轮框架顶部设有端盖；采用本方案，以实现主泵等能动泵减小尺寸、提高转动惯量的要求，防止飞轮运行时高密度金属柱位移、减小应力集中，提高装配时高密度金属柱对中准确度、降低装配难度。
Description
技术领域
本发明涉及能动泵飞轮机械制造技术领域，具体涉及一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮。
背景技术
能动泵作为核能领域大量使用的设备，在核能领域各系统中发挥着重要作用。其中反应堆冷却剂泵（简称主泵）作为反应堆冷却剂系统中的关键设备，其作用更为重要。在反应堆运行过程中，主泵驱动反应堆冷却剂泵在回路中循环，将反应堆堆芯产生的热量带走，保证反应堆的安全。当主泵异常停运时，需要主泵具有较长的惰转时间，以带走堆芯余热。主泵惰转时间的延长主要通过提高转子的转动惯量，而转子转动惯量的提高主要靠飞轮来实现。因此，高转动惯量的飞轮是提高主泵惰转能力的关键。
多用途模块式小型堆等核能领域对主泵等能动泵要求较小的尺寸、较高的转动惯量，单一材质的飞轮结构不能满足该类能动泵对转动惯量的要求，因此需要采用小体积、大转动惯量的组合式飞轮。而对尺寸限制宽松的核能项目的能动泵也可采用该种飞轮，以减小设备尺寸，在不降低安全性的前提下提高经济性，如公开号为CN204597706U名称为一种核主泵用双金属结构飞轮的发明专利。
但由于高转动惯量飞轮不是由同种材料一体制造，则如何防止飞轮运行时高密度金属柱位移、减小应力集中、提高装配时高密度金属柱对中准确度、降低装配难度等问题是该类型飞轮设计制造、安装、使用中的关键问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何防止飞轮运行时高密度金属柱位移、减小应力集中、提高装配时高密度金属柱对中准确度、降低装配难度等问题，目的在于提供一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，采用本方案，以实现主泵等能动泵减小尺寸、提高转动惯量的要求，防止飞轮运行时高密度金属柱位移、减小应力集中，提高装配时高密度金属柱对中准确度、降低装配难度。
本发明通过下述技术方案实现：
一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，包括飞轮框架和设置于飞轮框架内的若干金属柱，所述金属柱的横截面呈凸轮状，若干所述金属柱的凸出部分均朝向所述飞轮框架的轴线。
相对于现有技术中，由于高转动惯量飞轮不是由同种材料一体制造，则如何防止飞轮运行时高密度金属柱位移、减小应力集中、提高装配时高密度金属柱对中准确度、降低装配难度等问题，本方案提供了一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，具体方案中，飞轮框架为整锻式结构，在飞轮框架中设置有若干金属柱，金属柱为高密度金属柱，可选用高纯度钨钢或贫铀材料等，以此增加飞轮的转动惯量；而由于现有技术中采用圆柱形的金属柱，在飞轮转动过程中气体受热膨胀，极易导致金属自身转动，产生位移，因此，本方案中的金属柱横截面为凸轮状结构，通过凸轮凸出部分限制金属柱，从而防止高密度金属柱产生自行转动产生位移；其次，凸轮状结构的凸出部分部分外侧为弧形导向面，通过凸出部分处的弧形导向面，使安装时金属柱的定位更为便利和准确，从而提高了装配时金属柱的定位准确度，降低了装配难度；另外，通过弧形导向面，还进一步减少了金属柱和飞轮框架接触的应力集中；在具体装配过程中，若干金属柱的凸出部分均朝向飞轮框架的轴线，以此实现对中，此时金属柱靠飞轮外侧为圆形，而靠飞轮中心一侧为金属柱的凸出部分，从而使金属柱的质量尽量集中在远离飞轮中心位置，从而尽可能的增加飞轮转动惯量。
以上方案，旨在实现：通过在有限尺寸内提高飞轮转动惯量，并通过凸轮状的金属柱减小金属柱与飞轮框架接触位置的应力集中，有利于高密度金属柱安装时的导向和定位，并防止高密度金属柱在运行时的周向转动。
进一步优化，若干所述金属柱沿所述飞轮框架圆周方向设置，并沿所述飞轮框架轴线对称；通过周向均布若干金属柱，使质量分布均匀。
进一步优化，所述飞轮框架上带有若干和所述金属柱相适配的导向槽，所述金属柱嵌入所述导向槽内；通过设置相适配的导向槽，实现金属柱的选择性装配。
进一步优化，所述导向槽和所述金属柱相接处的底部均为圆弧过渡段；通过将飞轮框架中导向槽和金属柱两者在底部接触位置均采用圆弧过渡，能进一步减小应力集中。
进一步优化，所述金属柱和所述导向槽过盈配合；在安装过程中，金属柱和飞轮框架需根据使用需求及两者材料特性选用不同的装配方式，在高温高压及常温常压环境中使用飞轮时，需使金属柱和导向槽之间不能有气隙，以免飞轮在高温和/或高压下运行时，由于气隙内的气体膨胀或外部高压导致端盖两侧压力不平衡而使端盖额外受力，因此需使金属柱和所述导向槽过盈配合。
进一步优化，所述金属柱和所述导向槽间隙配合。在较低温度和较低压力下使用飞轮时，需在金属柱和飞轮框架之间设置气隙，以使安装时在安装孔中的气体更易排出，更便于安装。
进一步优化，所述金属柱的凸出部分和所述导向槽之间留有间隙；间隙需设置于凸出部分处，即靠近导向面一侧，避免对金属柱的限位造成影响。
进一步优化，所述飞轮框架顶部设有端盖，所述端盖用于将若干所述金属柱压紧于飞轮框架内；通过在飞轮框架顶部安装端盖，以此将若干金属柱压紧在内，从而防止金属柱产生轴向窜动。
进一步优化，所述飞轮框架顶部设有和所述端盖相适配的凹槽，所述端盖顶部和所述飞轮框架顶部齐平。
进一步优化，所述端盖周向端部和所述飞轮框架焊接密封连接。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供了一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，采用本方案，以实现主泵等能动泵减小尺寸、提高转动惯量的要求，防止飞轮运行时高密度金属柱位移、减小应力集中，提高装配时高密度金属柱对中准确度、降低装配难度；有利于高密度金属柱安装时的导向和定位，并防止高密度金属柱在运行时的周向转动；并能根据金属柱和飞轮框架的使用需求，如使用环境不同及两者材质特性采用过盈配合或间隙配合两种不同的装配关系。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为本发明提供的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮的结构示意图；
图2为本发明提供的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮的横截面图A-A；
图3为本发明提供的金属柱的横截面图；
图4为本发明提供的飞轮框架剖视图；
图5为本发明提供的金属柱和飞轮框架间隙配合的横截面图；
图6为本发明提供的金属柱和飞轮框架过盈配合的横截面图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-飞轮框架，2-金属柱，3-端盖，4-环焊缝。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1至图4所示，本实施例1提供了一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，包括飞轮框架1和设置于飞轮框架1内的若干金属柱2，金属柱2的横截面呈凸轮状，若干金属柱2的凸出部分均朝向飞轮框架1的轴线。
相对于现有技术中，由于高转动惯量飞轮不是由同种材料一体制造，则如何防止飞轮运行时高密度金属柱2位移、减小应力集中、提高装配时高密度金属柱2对中准确度、降低装配难度等问题，本方案提供了一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，具体方案中，飞轮框架1为整锻式结构，在飞轮框架1中设置有若干金属柱2，金属柱2为高密度金属柱2，可选用高纯度钨钢或贫铀材料等，以此增加飞轮的转动惯量；而由于现有技术中采用圆柱形的金属柱2，在飞轮转动过程中气体受热膨胀，极易导致金属自身转动，产生位移，因此，本方案中的金属柱2横截面为凸轮状结构，如图2所示，通过凸轮凸出部分限制金属柱2，从而防止高密度金属柱2产生自行转动产生位移；其次，凸轮状结构的凸出部分部分外侧为弧形导向面，通过凸出部分处的弧形导向面，使安装时金属柱2的定位更为便利和准确，从而提高了装配时金属柱2的定位准确度，降低了装配难度；另外，通过弧形导向面，还进一步减少了金属柱2和飞轮框架1接触的应力集中；在具体装配过程中，若干金属柱2的凸出部分均朝向飞轮框架1的轴线，以此实现对中，此时金属柱2靠飞轮外侧为圆形，而靠飞轮中心一侧为金属柱2的凸出部分，从而使金属柱2的质量尽量集中在远离飞轮中心位置，从而尽可能的增加飞轮转动惯量。
以上方案，旨在实现：通过在有限尺寸内提高飞轮转动惯量，并通过凸轮状的金属柱2减小金属柱2与飞轮框架1接触位置的应力集中，有利于高密度金属柱2安装时的导向和定位，并防止高密度金属柱2在运行时的周向转动。
请参阅图3，可以理解的是，图3中的两幅图实际上是两种不同的凸轮状结构，其凸出的幅度和宽度均不相同，通过图3示例，本方案可适用于任意结构的凸轮形状，此处不做限制。
请参阅图2，本实施例中，若干金属柱2沿飞轮框架1圆周方向设置，并沿飞轮框架1轴线对称；通过周向均布若干金属柱2，使质量分布均匀。
请参阅图1，本实施例中，飞轮框架1上带有若干和金属柱2相适配的导向槽，金属柱2嵌入导向槽内；通过设置相适配的导向槽，实现金属柱2的选择性装配。
请参阅图3，本实施例中，导向槽和金属柱2相接处的底部均为圆弧过渡段；通过将飞轮框架1中导向槽和金属柱2两者在底部接触位置均采用圆弧过渡，能进一步减小应力集中。
请参阅图1，本实施例中，飞轮框架1顶部设有端盖3，端盖3用于将若干金属柱2压紧于飞轮框架1内；通过在飞轮框架1顶部安装端盖3，以此将若干金属柱2压紧在内，从而防止金属柱2产生轴向窜动。
以上示例，更进一步的方案为：飞轮框架1顶部设有和端盖3相适配的凹槽，端盖3顶部和飞轮框架1顶部齐平。
以上示例，更进一步的方案为：端盖3周向端部和飞轮框架1焊接密封连接。
而在具体安装过程中，高密度金属柱2在飞轮框架1中沿圆周方向均匀分布；高密度金属柱2与飞轮框架1根据使用需求及两者材质特性采用过盈配合或间隙配合。安装时，将高密度金属柱2沿导向面按图2所示方位安装于飞轮框架1中；随后使用端盖3压紧高密度金属柱2并将端盖3与飞轮框架1焊接。
对高密度金属柱2受飞轮框架1和端盖3以及导向面的限制无法在飞轮框架1内平动和转动，保证飞轮结构的稳定；同时由于导向面的存在，使安装时高密度金属柱2定位更为便利和准确。
实施例2
本实施例2在实施例1的基础上进一步限定，根据飞轮使用环境的不同提供了一种装配方式，如图5所示。
高转动惯量飞轮主体由三部分组成，分别为：飞轮框架1、高密度金属柱2、端盖3。高密度金属柱2安装于飞轮框架1内，并用端盖3压紧防止其轴向窜动；端盖3与飞轮框架1之间采用环焊缝4固定并密封。高密度金属柱2在飞轮框架1中沿圆周方向呈轴对称布置，如图2所示。高密度金属柱2横截面呈类凸轮状，靠飞轮外侧为圆形，靠近飞轮中心一侧设置导向面，飞轮框架1中设置相应配合的安装孔。高密度金属柱2横截面典型形状如图3所示。飞轮框架1与高密度金属柱2两者在底部接触位置均采用圆弧过渡，以减小应力集中；飞轮框架1顶部加工焊接坡口。
在上述结构基础上，安装过程中，金属柱2和飞轮框架1需根据使用需求及两者材料特性选用不同的装配方式，在高温高压及常温常压环境中使用飞轮时，需使金属柱2和导向槽之间不能有气隙，以免飞轮在高温和/或高压下运行时，由于气隙内的气体膨胀或外部高压导致端盖3两侧压力不平衡而使端盖3额外受力，因此需使金属柱2和导向槽过盈配合；如图5所示，可以理解的是，图5中提供了两种不同凸轮结构的装配方式，可适用于任意结构的凸轮。
实施例3
本实施例3在实施例1的基础上进一步限定，根据飞轮使用环境的不同提供了一种装配方式，如图6所示。
高转动惯量飞轮主体由三部分组成，分别为：飞轮框架1、高密度金属柱2、端盖3。高密度金属柱2安装于飞轮框架1内，并用端盖3压紧防止其轴向窜动；端盖3与飞轮框架1之间采用环焊缝4固定并密封。高密度金属柱2在飞轮框架1中沿圆周方向呈轴对称布置，如图2所示。高密度金属柱2横截面呈类凸轮状，靠飞轮外侧为圆形，靠近飞轮中心一侧设置导向面，飞轮框架1中设置相应配合的安装孔。高密度金属柱2横截面典型形状如图3所示。飞轮框架1与高密度金属柱2两者在底部接触位置均采用圆弧过渡，以减小应力集中；飞轮框架1顶部加工焊接坡口。
在上述结构基础上，安装过程中，金属柱2和飞轮框架1需根据使用需求及两者材料特性选用不同的装配方式，在较低温度和较低压力下使用飞轮时，需在金属柱2和飞轮框架1之间设置气隙，以使安装时在安装孔中的气体更易排出，更便于安装；而金属柱2的凸出部分和导向槽之间留有间隙，即间隙需设置于凸出部分处，即靠近导向面一侧，避免对金属柱2的限位造成影响。如图6所示，可以理解的是，图6中提供了两种不同凸轮结构的装配方式，可适用于任意结构的凸轮。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，包括飞轮框架(1)和设置于飞轮框架(1)内的若干金属柱(2)，其特征在于，所述金属柱(2)的横截面呈凸轮状，若干所述金属柱(2)的凸出部分均朝向所述飞轮框架(1)的轴线。
2.根据权利要求1所述的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，其特征在于，若干所述金属柱(2)沿所述飞轮框架(1)圆周方向设置，并沿所述飞轮框架(1)轴线对称。
3.根据权利要求1所述的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，其特征在于，所述飞轮框架(1)上带有若干和所述金属柱(2)相适配的导向槽，所述金属柱(2)嵌入所述导向槽内。
4.根据权利要求3所述的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，其特征在于，所述导向槽和所述金属柱(2)相接处的底部均为圆弧过渡段。
5.根据权利要求3所述的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，其特征在于，所述金属柱(2)和所述导向槽过盈配合。
6.根据权利要求3所述的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，其特征在于，所述金属柱(2)和所述导向槽间隙配合。
7.根据权利要求6所述的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，其特征在于，所述金属柱(2)的凸出部分和所述导向槽之间留有间隙。
8.根据权利要求1所述的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，其特征在于，所述飞轮框架(1)顶部设有端盖(3)，所述端盖(3)用于将若干所述金属柱(2)压紧于飞轮框架(1)内。
9.根据权利要求8所述的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，其特征在于，所述飞轮框架(1)顶部设有和所述端盖(3)相适配的凹槽，所述端盖(3)顶部和所述飞轮框架(1)顶部齐平。
10.根据权利要求9所述的一种带导向定位结构的高转动惯量飞轮，其特征在于，所述端盖(3)周向端部和所述飞轮框架(1)焊接密封连接。
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