[發(fā)明專利]一種飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置

有效

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• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104122069B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚振強(qiáng);薛亞波;成德;徐正松;沈洪;王升德;張磊華
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31236
• 代理人: 胡晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流體機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一些屏蔽式電機(jī)用大型飛輪組件非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計。

技術(shù)背景

屏蔽泵以其無泄漏的技術(shù)優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于能源、化工等眾多行業(yè)。在某三代核電技術(shù)中，為了提高反應(yīng)堆的安全性，屏蔽式主泵被用作堆芯冷卻劑循環(huán)動力源以取代傳統(tǒng)的軸封式主泵。屏蔽式主泵的引入，以壓力邊界轉(zhuǎn)換的設(shè)計理念，改善軸封式主泵動密封的技術(shù)缺陷——采用完整壓力邊界來替代軸封泵不完整的壓力邊界，從而提高了堆芯安全性。在主泵的設(shè)計過程中，為了實現(xiàn)非能動設(shè)計理念，斷電工況下對主泵惰轉(zhuǎn)性能提出了新的要求，即在屏蔽泵內(nèi)增加大型飛輪結(jié)構(gòu)，增加轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，以滿足事故工況下系統(tǒng)惰轉(zhuǎn)性能要求。

然而正是屏蔽式主泵的顯著技術(shù)特征——變動密封為靜密封——帶來的無泄漏技術(shù)優(yōu)勢，給大型屏蔽電機(jī)的設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。研究表明，流體中高速回轉(zhuǎn)的盤體，其Ekman pump效應(yīng)隨著盤體半徑的增大而顯著增強(qiáng)，而盤體上下端面流動的差異性，會使得結(jié)構(gòu)上保持對稱性盤體在高速回轉(zhuǎn)的過程中受到非對稱的水動力學(xué)作用力。文中涉及的某屏蔽電機(jī)，由于大型飛輪組件在間隙流體中高速旋轉(zhuǎn)，Ekman Pump效應(yīng)使得飛輪組件的上下端面沿著徑向方向壓力分布產(chǎn)生了變化，但仍然保持著水動力學(xué)的對稱性。然而屏蔽電機(jī)功能部件的冷卻需求對介質(zhì)流體流動提出了新的設(shè)計要求，從而改變了飛輪回轉(zhuǎn)過程中上下兩個端面之間的流動狀態(tài)，因此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)對稱的飛輪組件在流體動力學(xué)性能上的呈現(xiàn)出非對稱性。壓力分布的非分對稱性對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)垂直于軸線方向的截面進(jìn)行積分后，給飛輪結(jié)構(gòu)帶來了較為顯著的水動力學(xué)軸向作用力。而在屏蔽電機(jī)設(shè)計過程中，考慮到軸承承載能力的要求，對轉(zhuǎn)子水動力學(xué)軸向作用力提出了控制要求。

在進(jìn)行大型屏蔽電機(jī)優(yōu)化設(shè)計中，為了研究大型飛輪結(jié)構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中上下端面流動狀態(tài)對軸向力的影響，需要通過實驗驗證回流孔位置調(diào)整對飛輪下端面的流動狀態(tài)的影響?？紤]到Ekman pump效應(yīng)引起的飛輪盤面壓力分布的嚴(yán)重非線性，需要進(jìn)行多組實驗來反映壓力分布。但是大型試驗臺的安裝調(diào)試費時費力，因此提出一種快速進(jìn)行回流孔位置調(diào)整的方案，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，以解決現(xiàn)有大型屏蔽電機(jī)優(yōu)化設(shè)計中，為了研究大型飛輪結(jié)構(gòu)在運轉(zhuǎn)過程中上下端面流動狀態(tài)對軸向力的影響，需要通過實驗驗證回流孔位置調(diào)整對飛輪下端面的流動狀態(tài)的影響，而在Ekman pump效應(yīng)下引起的飛輪盤面壓力分布的嚴(yán)重非線性，需要進(jìn)行多組實驗來反映壓力分布，就需增加試驗臺的安裝調(diào)試的次數(shù)，導(dǎo)致設(shè)計過程中費時費力的技術(shù)性問題。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，包括安裝在電機(jī)支撐座上的拖動電機(jī)、安裝在飛輪支撐座上的飛輪轉(zhuǎn)子組件以及回流孔套筒，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過柔性聯(lián)軸器連接拖動電機(jī)，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件包括有下端設(shè)置的飛輪下端蓋，所述飛輪下端蓋內(nèi)部開設(shè)有回流孔套筒安裝槽，所述回流孔套筒設(shè)在回流孔套筒安裝槽，所述回流孔套筒入水口連接有入水口法蘭管，回流孔套筒出水口連接有出水口法蘭管。

優(yōu)選地，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件還包括飛輪、設(shè)有飛輪連接鍵的飛輪軸，所述飛輪通過飛輪連接鍵固定在飛輪軸上，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過徑向滾柱軸承4連接電機(jī)支撐座3，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過下徑向軸承連接飛輪支撐座。

優(yōu)選地，所述回流孔套筒通過回流孔壓蓋固定在回流孔套筒安裝槽內(nèi)，所述回流孔壓蓋依次通過回流孔套筒壓蓋彈簧以及回流孔套筒緊固螺栓固定。

優(yōu)選地，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件上端設(shè)有飛輪上端蓋，所述飛輪上端蓋連接電機(jī)支撐座連接盤，所述飛輪上端蓋與電機(jī)支撐座連接盤連接處設(shè)有機(jī)械密封件。

優(yōu)選地，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件外側(cè)設(shè)有飛輪外殼，所述飛輪外殼通過飛輪下端蓋連接飛輪支撐座。

優(yōu)選地，所述飛輪通過飛輪緊固螺母固定在飛輪軸上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：

1、本發(fā)明的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，優(yōu)化了該調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)，在調(diào)整裝置的飛輪下端蓋內(nèi)開設(shè)回流孔套筒安裝槽，使回流孔套筒可快速的安裝或是拆離回流孔套筒安裝槽，即本發(fā)明采用嵌入式理念設(shè)計了該調(diào)整裝置，在大型結(jié)構(gòu)件上增加了回流孔位置調(diào)整模塊化結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)不對試驗臺整體進(jìn)行拆裝條件下的回流孔位置變更；