[发明专利]脱开式核电站主泵飞轮

说明书

技术领域

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种可应用于百万千瓦级压水堆核电站中的脱开式核电站主泵飞轮。

背景技术

反应堆冷却剂泵(简称“主泵”)是压水堆核电站一回路系统的关键设备之一，主泵的可靠运转能确保核电站连续安全运行。当核电站发生全厂断电事故时，由于主泵失去电源而发生惰转，通过堆芯的冷却剂流量突然减少，给反应堆的安全带来威胁。为了确保全厂断电工况下堆芯的安全，主泵要求具有较长的惰转时间。飞轮是一种有效的储能手段，通过在主泵上设置飞轮，可有效提高主泵的转动惯量，延长主泵的惰转时间。

现有的核电站中，飞轮一般安装在主泵电机上。飞轮结构不同，其安装位置也不尽相同，有的安装在电机上端，有的安装在电机的下端。由于飞轮在运行过程中，其储存的能量较高，主泵机组在运行过程中存在超速运行的工况，转速的升高增加了飞轮的动能，增加了飞轮破裂的可能性。如果飞轮发生破裂将产生高能飞射物，容易造成反应堆冷却剂系统、安全壳和对安全具有重要作用的其他系统、设备损坏，产生严重后果。因此，飞轮的完整性对于核电站的安全运行至关重要。

根据飞轮与电机轴的连接方式，可将现有的核电站主泵飞轮分为键连接结构、脱落式结构和油润滑脱开式三种结构。键连接结构的主泵飞轮通过键与电机轴连接，主泵飞轮的圆盘上设置有键槽，增加了飞轮圆盘发生破裂的风险。脱落式结构的主泵飞轮需在飞轮下方的电机机架上设置承接面，接口关系复杂，且主泵飞轮脱落时对电机架产生较大冲击。

图1所示为一种现有油润滑脱开式飞轮，其包括圆盘1’、滚动体2’和衬套7’三部分，电机轴5’与衬套7’通过键6’连接，圆盘1’与衬套7’过盈配合连接。飞轮安装在电机轴的下端，利用上挡块3’、下挡块8’和轴向定位件4’进行轴向定位。在主泵正常运行情况下，圆盘1’与衬套7’过盈配合，依靠接触面的摩擦力矩传递扭矩。在超速工况下，圆盘1’在离心力作用下，与衬套7’配合面上的紧力逐渐减少，最终导致圆盘1’与衬套7’分离，圆盘1’下落并倚靠在衬套7’的两列滚动体2’上，形成滚动摩擦，圆盘1’继续空转直至转速降低至静止状态。飞轮衬套7’的四周，留有滚动体2’与圆盘1’对中间隙。圆盘1’在消耗自身重量惯性下，以不高于某一速度的情况下自由转速转动。

但是，上述油润滑脱开式飞轮的构件较多，与电机轴的连接关系复杂，对飞轮的精度要求高，需要对润滑油进行定期更换、维修成本高，润滑油存在泄漏的风险，可能会影响主泵机组的安全。

有鉴于此，确有必要提供一种新型脱开式核电站主泵飞轮。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单的脱开式核电站主泵飞轮。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种脱开式核电站主泵飞轮，其包括：圆盘，中心设置阶梯孔，阶梯孔包括位于圆盘顶端的上端孔、位于圆盘底端的下端孔和位于二者之间的装配孔，上端孔直径、装配孔平均直径、下端孔直径依次递增；转动轴，包括轴头、上轴环和下轴环，轴头与圆盘装配孔过盈配合，上轴环和下轴环分别与圆盘的上端孔和下端孔间隙配合；上摩擦副和下摩擦副，分布在轴头两端的轴肩上，并在装配孔和轴头脱离过盈配合时承接圆盘。

作为本发明脱开式核电站主泵飞轮的一种改进，所述轴头和装配孔分别具有倒圆锥形的外表面和倒圆锥形的内表面。

作为本发明脱开式核电站主泵飞轮的一种改进，所述上端孔和下端孔均具有柱形内表面，上轴环和下轴环均具有柱形外表面。

作为本发明脱开式核电站主泵飞轮的一种改进，所述轴头两端的轴肩分别设置有承接所述上摩擦副和下摩擦副的凹形上滚道和下滚道。

作为本发明脱开式核电站主泵飞轮的一种改进，所述上摩擦副和下摩擦副均包括多个滚动体和承载滚动体的保持架。

作为本发明脱开式核电站主泵飞轮的一种改进，所述滚动体由氮化硅陶瓷材料制成。

作为本发明脱开式核电站主泵飞轮的一种改进，所述保持架由聚醚醚酮材料制成。

作为本发明脱开式核电站主泵飞轮的一种改进，所述脱开式核电站主泵飞轮转动轴与电机轴刚性连接。

相对于现有技术，本发明脱开式核电站主泵飞轮具有以下优点：

1)转动轴和圆盘均采用整体式设计，圆盘与转动轴直接过盈配合连接，结构简单，有利于模块化设计。正常工况下圆盘与转动轴一起转动，在超速工况下，圆盘在离心力的作用下将会发生变形，致使圆盘的内径变大，其变形量超过设计的过盈量，圆盘与转动轴分开并与上摩擦副和下摩擦副的滚动体接触，进而使圆盘的转速逐渐降低。