CN116577099B - 一种压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台 - Google Patents
一种压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于机械技术领域，具体涉及一种压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台。导轨连接在下支架上，液压缸连接在下支架上，称重传感器下端与液压缸接触，称重传感器上端连接在加载器箱体上，加载器箱盖与加载器箱体相连，球面滚子推力轴承置于加载器箱体中间，上端与加载器过渡套相连；被试轴承安装箱体与下支架上端相连，被试轴承安装箱盖安装在被试轴承安装箱体上方，推力轴承瓦盘使用止口定位通过螺钉倒置安装在被试轴承安装箱盖下方，推力轴承瓦块通过瓦块保持销固定在推力轴承瓦盘上。试验台正常运行时，可以实现0‑66KN范围内的加载，0‑3000rpm的转速，并可以重复多次运行。
Description
技术领域
本发明属于机械技术领域，具体涉及一种压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台。
背景技术
目前，全球三代堆型商用核电厂以压水堆为主，包括以AP1000、CAP1400 为代表的减法核安全技术路线和以华龙一号、EPR1750为代表的加法核安全技术路线，两种核安全技术路线采用了不同类型的核主泵。对于核主泵推力轴承，两者主要区别为推力轴承是否在一回路压力边界内或外。
推力轴承依靠油膜的动力特性可以支撑起整个旋转体，这样使固体表面的摩擦力大大的减少，从而减小了轴承的功耗。今天各种形式的推力轴承被广泛地用在了机械，水利电工，化工，船舶等行业，人们在轴承的研究方面已具有一百多年的历史，且取得了不小的成就。当今出现了新型的瓦面和瓦背材料的轴承结构。并提出了许多改善轴承性能的措施。但这些仍不能满足实际的需要。近年来随着高速大功率机械的出现，使得某些轴承的工作环境十分恶劣。导致了瓦面的烧伤和擦伤的事故率升高，所以有必要对推力轴承润滑性能继续进行深入研究。
核电厂在发生严重事故或自然灾害干扰下存在丧失全厂电源的可能性，虽然在设计基准内发生严重事故或自然灾害并不会影响核安全，却可能使得部分核电转动设备出现因断电或断冷却水而产生损坏的情况，降低设备利用率，增加设备关键部件更换成本，若发生非计划停堆维修事件，将会影响发电效益及带来安全隐患。当润滑油夹杂异物，瓦块供油量不足会导致轴瓦受损，进一步影响轴承润滑性能，有必要开展不同工况下摩擦副在发生磨损后对后期惰转停机性能的影响分析，以评估现存以巴氏合金等传统金属材料为主的轴承磨损影响，及对此可继续开展的改进工作与措施。
目前对于可倾瓦推力轴承的试验研究较少，测量项目和方案比较简单。为了解、掌握不同缺陷对轴瓦功能的影响程度，特发明一种新型核主泵推力轴承试验台。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台，通过对福清1-4号机组轴承缩比得到试验轴承模型，根据试验模型和测量需要设计核主泵推力轴承试验台，通过布置多个压力和温度传感器，实现测量推力轴承轴瓦的温度分布和油膜压力。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台，导轨连接在下支架上，液压缸连接在下支架上，称重传感器下端与液压缸接触，称重传感器上端连接在加载器箱体上，加载器箱盖与加载器箱体相连，球面滚子推力轴承置于加载器箱体中间，上端与加载器过渡套相连；被试轴承安装箱体与下支架上端相连，被试轴承安装箱盖安装在被试轴承安装箱体上方，推力轴承瓦盘使用止口定位通过螺钉倒置安装在被试轴承安装箱盖下方，推力轴承瓦块通过瓦块保持销固定在推力轴承瓦盘上；被试轴承安装箱体下端连接下端盖，被试轴承安装箱盖上连接上端盖，端盖与箱体之间安装有圆柱滚子轴承，实现转子的径向定位，转子的下方与加载器过渡套通过端面圆弧齿相连传递扭矩，转子的推力盘端面与推力轴承瓦块通过动压油膜实现轴向力的平衡，转子的上端与花键联轴器相连，信号线导管连接到被试轴承安装箱盖上，油杯过渡套与被试轴承安装箱体相连，油标与油杯过渡套连接，压力传感器过渡接管连接到推力轴承瓦盘上；电机支架与被试轴承安装箱盖相连，电机和防护罩与电机支架相连，电机通过平键与花键联轴器相连。
导轨通过内六角圆柱头螺钉A和标准型弹簧垫圈A连接在下支架上；液压缸通过内六角圆柱头螺钉B连接在下支架上。
称重传感器上端通过内六角圆柱头螺钉C连接在加载器箱体上；加载器箱盖通过内六角圆柱头螺钉D和标准型弹簧垫圈B与加载器箱体相连。
被试轴承安装箱体下端使用内六角圆柱头螺钉E和标准型弹簧垫圈C连接下端盖，使用O型密封圈A密封；被试轴承安装箱盖上连接上端盖，使用O型密封圈C密封；被试轴承安装箱盖通过内六角圆柱头螺钉F和O型密封圈B安装在被试轴承安装箱体上方。
电机支架通过内六角圆柱头螺钉G和垫圈A、标准型弹簧垫圈D与被试轴承安装箱盖相连；电机和防护罩通过螺栓A、标准型弹簧垫圈E、螺母A与电机支架相连；电机位于试验台上部，为变频交流电机，功率为90kW。
推力轴承瓦块为扇形瓦块。
推力轴承瓦上14只PT100温度传感器采集推力轴承瓦块表面温度，进油口及出油口各一只PT100温度传感器采集被试油温；PT100温度传感器参数：CK-WZP-PT100温度传感器；测温范围：0-150℃，测量精度0.3℃，传感器探头直径：3mm，长度20mm；安装时传感器测量点距离瓦面4mm，推力轴承瓦块背部钻出比热电阻大的孔，将热电阻埋入，用环氧树脂封住。
压力测量点沿推力轴承瓦中线径向分布三个，压力传感器安装在引压管上，通过引压管将推力轴承瓦块中心点油膜压力引到试验台架外以方便测量；压力传感器采用爱尔AE-T通用压力变送器，压力范围：0-10MPa；测量精度0.5%；耐温范围：≤85℃。
被试轴承在试验时，采用一个泵将润滑油从被试轴承箱体中吸出，经过加热器和冷却器，再送回箱体中，不断循环，被试轴承箱体中进出润滑油总量不变，从而保证进油温及液面高度不变；试验前，在轴承箱体注入润滑油，试验后，润滑油重力回油至润滑油储存油箱；润滑油的冷却是通过板式冷却器进行冷却，板式冷却器中的冷却水通过制冷机进行冷却。
球面滚子推力轴承采用脂润滑，只需给加载油缸供油，加载油缸额定供油压力为10MPa。
本发明所取得的有益效果为：
试验台正常运行时，可以实现0-66KN范围内的加载，0-3000rpm的转速，并可以重复多次运行。可以实现额定工况以及惰转工况下0-150℃的温度测量和0-10Mpa的压力测量，为与推力轴承润滑性能的理论计算提供有效的试验数据对比。
附图说明
图1为一种压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台示意图；
图2为推力轴承结构示意图；
图3为温度传感器布置示意图；
图4为压力传感器布置示意图；
图5为润滑油供给系统示意图；
图6为加载润滑油供给的液压原理图；
图中：1.下支架，2.导轨，3.加载器箱体，4.加载器箱盖，5.加载器过渡套，6.下端盖，7.油杯过渡套，8.被试轴承安装箱体，9.被试轴承安装箱盖，10.上端盖，11.电机支架，12.信号线导管，13.花键联轴器，14.转子，15.防护罩，16.压力传感器过渡接管，17.推力轴承瓦盘，18.推力轴承瓦块，19.瓦块保持销，20.标准型弹簧垫圈A，21.内六角圆柱头螺钉A，22.内六角圆柱头螺钉B, 23.液压缸，24.称重传感器，25.内六角圆柱头螺钉C，26.球面滚子推力轴承，27.标准型弹簧垫圈B，28.内六角圆柱头螺钉D，29.O型密封圈A，30.内六角圆柱头螺钉E，31.标准型弹簧垫圈C, 32.旋转轴唇形密封圈, 33.圆柱滚子轴承，34.油标，35. O型密封圈B，36.内六角圆柱头螺钉F，37.内六角圆柱头螺钉G，38.垫圈A，39.标准型弹簧垫圈D, 40.轴用钢丝挡圈，41.O型密封圈C，42.平键，43.螺栓A，44.标准型弹簧垫圈E，45.螺母A，46. 标准型弹簧垫圈F, 47.内六角圆柱头螺钉H，48.电机，49.垫圈B, 50.螺母B，51.螺栓B，52.圆锥销，53.圆柱销。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
推力轴承试验台研制目的主要用于验证理论模型的计算精度，因此需要测试的轴承润滑性能参数包括膜厚、压力和瓦块温度。选取福清核电1-4号机组主瓦推力轴承为研究对象，试验台镜板及轴瓦均按照原模型参数按1:4比例缩小。为了尽量保证线速度接近，提高了试验台转速，同时满足试验台架安全性，适当降低了加载力，试验台瓦块数量与原模型一致。
设计的试验台系统主要包括实验机械装置、液压泵站、油箱、加热器、冷却器、数据采集系统，试验机械装置为试验系统核心，提供试验所需的转速并对推力轴承进行加载。液压泵站提供加载所需的液体压力，油箱存放试验用润滑油，并对试验箱体供油，加热器则对润滑油进行加热，进而实现温度可控，冷却器则对加载系统及润滑油进行循环降温。采用PT100温度传感器对瓦块的温度分布及中心温度进行测量，进油口及出油口各一只温度传感器采集被试油温。压力测量点沿轴瓦中线径向分布三个，通过引压管将瓦块中心点油膜压力引到试验台架外以方便测量。数据采集装置集润滑油温，转速、加载力、轴瓦温度、油膜压力于一体，通过该系统可以完成对被测对象的实时监测、在线分析以及数据采集等任务。可在四个界面之间切换，四个界面分别为：实时监控、实时曲线、报表显示以及参数设置界面，方便数据的采集分析和管理。
推力轴承试验台整体结构如图1所示。本试验台采用立式设计，导轨2通过内六角圆柱头螺钉A 21和标准型弹簧垫圈A20连接在下支架1上，液压缸23通过内六角圆柱头螺钉B22连接在下支架1上提供推力，称重传感器24下端与液压缸23接触精确测量加载推力，上端通过内六角圆柱头螺钉C25连接在加载器箱体3上，加载器箱盖4通过内六角圆柱头螺钉D28和标准型弹簧垫圈B27与加载器箱体3相连，球面滚子推力轴承26置于加载器箱体3中间，上端与加载器过渡套5相连。实现被试轴承的轴向加载。
被试轴承安装箱体8通过螺钉与下支架1上端相连，被试轴承安装箱盖9通过内六角圆柱头螺钉F36和O型密封圈B35安装在被试轴承安装箱体8上方，推力轴承瓦盘17使用止口定位通过螺钉倒置安装在被试轴承安装箱盖9下方，推力轴承瓦块18通过瓦块保持销19固定在推力轴承瓦盘17上。
在被试轴承安装箱体8下端使用内六角圆柱头螺钉E30和标准型弹簧垫圈C31连接下端盖6，使用O型密封圈A29密封，被试轴承安装箱盖9上使用螺钉连接上端盖10，使用O型密封圈C41密封，端盖与箱体之间安装有圆柱滚子轴承33，实现转子14的径向定位，转子14的下方与加载器过渡套5通过端面圆弧齿相连传递扭矩，转子14的推力盘端面与推力轴承瓦块18通过动压油膜实现轴向力的平衡，转子14的上端与花键联轴器13相连，获得电机的转矩输入。信号线导管12通过螺纹连接到被试轴承安装箱盖9上，用于引出传感器信号线，油杯过渡套7通过螺栓与被试轴承安装箱体8相连，油标34通过螺栓与油杯过渡套7连接。压力传感器过渡接管16通过螺纹连接到推力轴承瓦盘17上。
电机支架11通过内六角圆柱头螺钉G37和垫圈A38、标准型弹簧垫圈D39与被试轴承安装箱盖9相连，电机48和防护罩15通过螺栓A43、标准型弹簧垫圈E44、螺母A45与电机支架11相连，电机48通过平键42与花键联轴器13相连，变频交流电机48位于试验台上部，其电机转速、正反转皆可调节，功率为90kW，电机重量由电机支架11支撑。
推力轴承结构设计如图2所示。推力轴承瓦块18为扇形瓦块，均为中心线支撑；瓦块保持销19数量与瓦块一致，其主要作限制瓦块周向移动，避免轴承造成损伤；推力轴承瓦盘17主要作用为固定以上零部件。
由于推力轴承主瓦和镜板的温度分布是计算其热变形的根据，温度分布的测量精度要求很高。鉴于此，采用PT100温度传感器，温度传感器的安装位置如图3所示，所选取的测量点可以比较精确地测量和还原瓦块的温度分布。推力瓦上14只采集瓦块表面温度﹐进油口及出油口各一只采集被试油温。传感器型号参数：CK-WZP-PT100温度传感器；测温范围：0-150℃，测量精度0.3℃。传感器探头直径：3mm，长度20mm。安装时传感器测量点距离瓦面4mm，瓦块背部钻出比热电阻稍大的孔，将热电阻埋入，用环氧树脂封住。
润滑油填满轴瓦与镜板间隙，避免相邻金属间的表面接触，借助于相对速度产生粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，产生流体膜压力来平衡外载荷。压力测量点沿轴瓦中线径向分布三个，如图4所示。压力传感器安装在引压管上，通过引压管将瓦块中心点油膜压力引到试验台架外以方便测量。采用爱尔AE-T通用压力变送器，压力范围：0-10MPa；测量精度0.5%；耐温范围：≤85℃。
控制系统包括控制台、变频器控制柜、润滑油温度调节柜、加载液压站等，信号线通过网卡进行集成，其他控制线通过航空插头在各部分之间进行连接，以方便拆装。液压系统主要包括被试轴承润滑油的供给以及加载油缸的加载。
被试轴承润滑油的供给：被试轴承在试验时，需要保证进油温以及液面的高度，为此，采用闭式供油系统，采用一个泵，将润滑油从被试轴承箱体中吸出，经过加热器和冷却器，再送回箱体中，不断循环，被试轴承箱体中进出润滑油总量不变，从而保证了进油温及液面高度不变。试验前，在轴承箱体注入润滑油，试验后，润滑油重力回油至润滑油储存油箱。润滑油的冷却是通过板式冷却器进行冷却，板式冷却器中的冷却水通过制冷机进行冷却。
加载系统供油：加载系统包括液压缸、称重传感器、导轨、球面滚子推力轴承和加载器箱体等。经过计算和分析，球面滚子推力轴承采用脂润滑，不需要采用润滑油润滑，只需给加载油缸供油，加载油缸额定供油压力在10MPa左右。
加载系统具备的基本功能：（1）能根据要求提供向上的线性可调轴向载荷或时间-载荷曲线加载，向上最小载荷为0KN，最大为66KN；（2）加载时，在主电机驱动下加载系统能够自由旋转，转速最低为0rpm，转速最高3000 rpm；（3）推力轴输出可沿轴向向上移动，行程最大为8mm；（4）加载系统出现故障时能对轴承实施保护。
Claims (7)
1.一种压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台，其特征在于：导轨连接在下支架上，液压缸连接在下支架上，称重传感器下端与液压缸接触，称重传感器上端连接在加载器箱体上，加载器箱盖与加载器箱体相连，球面滚子推力轴承置于加载器箱体中间，球面滚子推力轴承上端与加载器过渡套相连；被试轴承安装箱体与下支架上端相连，被试轴承安装箱盖安装在被试轴承安装箱体上方，推力轴承瓦盘使用止口定位通过螺钉倒置安装在被试轴承安装箱盖下方，推力轴承瓦块通过瓦块保持销固定在推力轴承瓦盘上；被试轴承安装箱体下端连接下端盖，被试轴承安装箱盖上连接上端盖，下端盖与被试轴承安装箱体之间安装有圆柱滚子轴承，实现转子的径向定位，转子的下方与加载器过渡套通过端面圆弧齿相连传递扭矩，转子的推力盘端面与推力轴承瓦块通过动压油膜实现轴向力的平衡，转子的上端与花键联轴器相连，信号线导管连接到被试轴承安装箱盖上，油杯过渡套与被试轴承安装箱体相连，油标与油杯过渡套连接；电机支架与被试轴承安装箱盖相连，电机和防护罩与电机支架相连，电机通过平键与花键联轴器相连；
推力轴承瓦块上14只PT100温度传感器采集推力轴承瓦块表面温度，进油口及出油口各一只PT100温度传感器采集被试油温；PT100温度传感器参数：CK-WZP-PT100温度传感器；测温范围：0-150℃，测量精度0.3℃，温度传感器探头直径：3mm，长度20mm；
压力测量点沿推力轴承瓦块中线径向分布有三个，压力传感器安装在引压管上，通过引压管将推力轴承瓦块中心点油膜压力引到试验台架外以方便测量；压力传感器采用爱尔AE-T通用压力变送器，压力范围：0-10MPa；测量精度0.5％；耐温范围：≤85℃；
被试轴承在试验时，采用一个泵将润滑油从被试轴承安装箱体中吸出，经过加热器和冷却器，再送回被试轴承安装箱体中，不断循环，被试轴承安装箱体中进出润滑油总量不变，从而保证进油温及液面高度不变；试验前，在被试轴承安装箱体注入润滑油，试验后，润滑油重力回油至润滑油储存油箱；润滑油的冷却是通过板式冷却器进行冷却，板式冷却器中的冷却水通过制冷机进行冷却。
2.根据权利要求1所述的压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台，其特征在于：导轨通过内六角圆柱头螺钉A和标准型弹簧垫圈A连接在下支架上；液压缸通过内六角圆柱头螺钉B连接在下支架上。
3.根据权利要求1所述的压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台，其特征在于：称重传感器上端通过内六角圆柱头螺钉C连接在加载器箱体上；加载器箱盖通过内六角圆柱头螺钉D和标准型弹簧垫圈B与加载器箱体相连。
4.根据权利要求1所述的压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台，其特征在于：被试轴承安装箱体下端使用内六角圆柱头螺钉E和标准型弹簧垫圈C连接下端盖，使用O型密封圈A密封；被试轴承安装箱盖上连接上端盖，使用O型密封圈C密封；被试轴承安装箱盖通过内六角圆柱头螺钉F和O型密封圈B安装在被试轴承安装箱体上方。
5.根据权利要求1所述的压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台，其特征在于：电机支架通过内六角圆柱头螺钉G和垫圈A、标准型弹簧垫圈D与被试轴承安装箱盖相连；电机和防护罩通过螺栓A、标准型弹簧垫圈E、螺母A与电机支架相连；电机位于试验台上部，为变频交流电机，功率为90kW。
6.根据权利要求1所述的压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台，其特征在于：推力轴承瓦块为扇形瓦块。
7.根据权利要求1所述的压水堆核电厂流体动压油润滑推力轴承试验台，其特征在于：球面滚子推力轴承采用脂润滑。
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