核主泵无顶油惰转推力轴承磨损研究

本文介绍了核主泵在无高压油顶起推力轴承推力瓦的工况下,惰转停机过程推力轴承的磨损规律研究。基于雷诺方程分析,推力轴承流体动压润滑的油膜压力及油膜厚度变化规律,惰转停机过程分为流体动压润滑阶段、不连续流体动压润滑阶段和边界润滑阶段。核电厂全厂断电(SBO)工况下,核主泵无高压油轴承顶起系统对于选用传统的金属材料摩擦副推力轴承会有较大磨损概率,因此应采取必要措施确保核电站的运行经济性和可靠性。本文提出了轴封式核主泵用油润滑双向推力轴承所采用的新型自润滑复合材料摩擦副,从根本上解决SBO工况下推力轴承摩擦副的磨损,停机后可以再次启动核主泵并稳定运行。     

某核电主泵惰转期间推力轴承承载能力研究

基于雷诺润滑理论对某核电主泵推力轴承进行了数学建模,采用有限差分法求解并编制了数值计算程序。基于水推力分析,得到了该核主泵轴向力随转速的变化规律。利用程序对该核主泵惰转期间推力轴承的动态承载能力进行了分析,得到了惰转过程中最小油膜厚度、最高温度等参量的变化情况,为研究该主泵能否安全惰转提供了参考。     

主泵推力轴承失电惰转失效分析及改进研究

主泵失电惰转对核电站的安全、可靠运行至关重要。文中介绍了轴封型主泵推力轴承的结构特点及工作原理,分析了主泵失电惰转工况推力轴承失效的故障原因和机理,基于轴承故障原因及滑动轴承Stribeck特性曲线,提出了提高推力轴承失电惰转工况运行可靠性的改进措施。综合比较后选择轴承结构设计优化方案进行了试验验证,结果表明改进后的推力轴承满足主泵失电惰转要求。     

推力瓦热瞬态变形机理及抑制方法研究

针对核主泵水润滑推力轴承在事故工况下的热瞬态过程,建立了热固耦合瞬态有限元分析模型。基于所建立模型,分析了常见两层和三层结构推力瓦热瞬态过程瓦面变形,重点分析了三层结构推力瓦隔热层厚度对瓦面变形的影响。随后,进一步探索了遏制瓦面凹变形的方法,阐明了热瞬态过程中瓦面温度场分布不均是产生瓦面凹变形的主因。进一步提出一种新型包边式推力瓦,并仿真验证其能够有效降低热瞬态过程瓦面凹变形,为核主泵水润滑推力轴承的推力瓦设计提供了新思路。     

核主泵轴承重载惰转停机承载性能研究

以某核主泵轴承为研究对象,针对其在重载惰转停机期间出现的主推力瓦磨损现象,指出了原轴承结构设计的不足,从轴承润滑理论出发,采用了DyRo BeS润滑计算软件,对主推力瓦惰转停机过程中的油膜厚度进行了分析。通过对推力瓦支点进行优化,并与原设计进行了对比分析,并进行了性能试验,验证了新设计的可靠性,为其他核主泵轴承的优化设计提供了一定的参考。结果表明:原推力瓦存在磨损的原因是瓦面面积不足且支点位置不合理,导致油膜厚度不够,在300r/min时便进入边界润滑状态,导致了很大的磨损风险。在支点位置改进之后,轴承的停机性能较之前有了明显的提高,有效避免了重载惰转停机过程中产生的严重磨损。     

环境因素对推力轴承润滑膜超声检测精度的影响

核主泵推力轴承摩擦副采用的润滑介质黏度较低且轴承工作于高温高压等极端工况下,采用超声技术对润滑膜分布进行精确测量时,要考虑环境因素的影响。建立核主泵推力轴承润滑膜分布的超声检测模型,并在模拟试验台上进行推力润滑状态的实测。在对测试结果的分析中考虑测量时温度和压力等环境因素的影响,分析环境因素对超声检测精度的影响程度。结果表明：在启、停阶段推力轴承处于边界润滑状态,考虑温度和压力影响时润滑膜厚值最大会增大加38.5%;在额定转速下推力轴承处于流体润滑状态,考虑温度和压力影响时润滑膜厚值最大会增大加39.8%。     

屏蔽式核主泵水润滑可倾瓦推力轴承推力盘的离心效应

屏蔽式核主泵避免了动密封问题,同时主泵中水润滑可倾瓦推力轴承有着尺寸大、推力盘转动惯量高、离心效应明显的特点。针对主泵中推力盘的结构特点及工况条件,基于有限元分析方法,建立考虑推力盘离心变形的可倾瓦推力轴承多场耦合计算模型。基于推力盘变形独立性探索了推力盘装配结构中两个关键间隙的设计参数:内轮毂端面与端面板直接接触,外套环与端面板之间留有间隙,屏蔽套与外套环之间应至少预留1.74 mm的间隙;探讨了推力盘装配结构对离心变形的影响:低转速下可倾瓦轴承可通过瓦块倾斜补偿推力盘变形,转速大于3600 r/min时推力盘变形迅速增大,极大增加润滑失效可能性;分析计算了不同结构尺寸下离心变形对推力轴承工作性能的影响:飞轮内轮毂凸沿外径的合理尺寸范围为0.63~0.67 m。     

AP1000主泵启停期间轴向力辅助平衡方法研究

AP1000核电厂采用屏蔽泵作为主泵。为解决主泵启停期间下推力轴承及下推力盘受力较大的问题,同时尽可能减少轴承干摩擦时间,在不对现有主泵做任何改造的条件下,设想使用一外设装置通过主泵下部充排水管嘴将高压水注入主泵转子与定子之间的腔室,在主泵加速至某一转速前维持轴承水压力高于一回路压力,利用水压为转子提供向上的推力,进而辅助平衡主泵启停期间的轴向力,以进一步提高设备可靠性。经计算当压差约为2.93 MPa时,相对一回路呈高压状态的轴承水提供的推力即约等于转子重力。最后从对主泵内部冷却、一回路的影响等方面进一步分析了该方法的可行性。     

基于少子样的核主泵电机滑动轴承可靠性研究

为研究一种核主泵电机滑动轴承的可靠性，在少子样无法进行大量整机试验的情况下，分析了核主泵电机滑动轴承的工况，确定了其失效模式并绘制了故障树。采用ANSYS软件仿真分析了轴承重要单元受力情况，求解了单元应力分布，根据应力-强度干涉法，利用蒙特卡罗抽样法得到了单元可靠度；采用数据手册法得到了其他单元的可靠度，并计算得到了轴承的整体可靠度。对少数试制轴承的缩小推力瓦模型样本和原尺寸冷却器展开试验，结果表明该核主泵电机滑动轴承满足工程可靠性要求。     

水润滑推力轴承承载力影响因素及提高方法研究

阐述了水润滑轴承承载特点。结合某特定工况下主泵电机中水润滑推力轴承的设计．对影响水润滑推力轴承承载力的因素进行了分析，并提出了提高水润滑轴承承载力的方法。     

可倾瓦推力轴承惰转过程的最小膜厚预测方法

为建立可倾瓦推力轴承惰转过程中最小油膜厚度的预测方法,依据核主泵推力轴承的实际工作情况,基于雷诺方程的自编程序,分别进行热态和冷态下主、副轴瓦润滑性能参数的计算与数值模拟分析,提出可倾瓦推力轴承的最小油膜厚度的理论拟合公式,并对最小膜厚的计算值和拟合值进行对比和分析。结果表明：随着转速降低,主轴瓦的最小膜厚单调减小,副轴瓦的最小膜厚先增加后减小;主、副轴瓦最小膜厚的计算值可以和拟合值较好地对应,验证了理论拟合公式的可靠性。提出的理论拟合公式可以通过额定转速下的最小膜厚计算结果预测多种工作条件下的最小油膜厚度,为主泵惰转的安全性提供重要参考。     

平衡环式支承结构制造及静载荷试验

介绍了一种水润滑推力轴承平衡环式支承结构的制造特点,开展了平衡环静载荷试验,结果表明平衡环结构具有平衡各推力瓦载荷的能力。制造的平衡环在进行1︰1台架试验后,对其进行渗透探伤检查,检验区域无线性裂纹显示和有害形变,为核主泵抗扰动自平衡水润滑推力轴承研制奠定了基础。     

主泵推力轴承循环油路分配数值模拟

为解决主泵推力轴承循环油路分配难以理论计算的问题,建立了主泵推力轴承油路、油叶轮以及油导叶的计算模型,采用了CFD数值法给出了主轴(油叶轮)不同转速、不同出口背压下的油路分配量,并给出了对应的分配比例。结果表明:主泵推力轴承三路油量都随着主轴(油叶轮)转速的增大而增大,随着出口背压的增大而减小;主轴(油叶轮)在一定转速以及一定出口压力范围内,三路油量分配比例均保持不变。为以后类似结构的推力轴承润滑油循环油路分配问题提供参考。     

滑动推力轴承的结构设计工艺要求及参数选择计算

主要论及反应堆主泵滑动推力轴承的结构设计、制造工艺及参数选择等技术问题。文中所介绍的公式和数据,不仅适用于反应堆主泵油润滑推力轴承,也适用于其他高速转动设备、不同润滑介质的滑动推力轴承。     

核主泵水润滑轴承的润滑性能及起飞转速

针对核主泵半尺寸水润滑轴承,构建了轴线倾斜下可倾瓦推力轴承的载荷分布模型,提出了推力瓦块的区域性流态模型,分析了水润滑轴承在转速和载荷影响下的层紊流分布特征;在半尺寸水润滑轴承试验台上,研究了轴线倾斜下轴承的基本润滑性能和轴系的起飞转速。结果表明:轴线倾斜对于轴承的性能分布有明显影响,瓦面的流态性质受转速和载荷等运行参数影响,区域性流态模型更能反映轴承的润滑区域性特征,同时,轴线倾斜增大了轴系的起飞转速,实际起飞转速为理论起飞转速的2.5~3倍。研究结果对于全尺寸推力轴承及立式轴承转子系统的研制具有重要借鉴意义。     

核主泵电机轴承润滑故障分析

调查了核主泵电机轴承结构及材质。分析了核主泵电机在用润滑油的理化指标、元素含量及磨损颗粒，探讨了核主泵电机滑润油铅含量偏高的原因。结果表明：在本案例中，核主泵电机润滑油铅含量升高与润滑油本身以及电机轴承的机械磨损无关，可能来源于电化学腐蚀电机轴承或者由于加油工艺偏离，换热器、密封等破损导致的外界污染。     

轴封型核主泵轴向力计算方法及标定研究

轴封型核主泵是核电站一回路系统中唯一的旋转设备,属于高温、高压、受核辐照的压力边界一级设备。由于系统压力大,转子系统所承受的轴向载荷也大,轴向载荷能否精确确定影响转子各个零部件的设计分析和设计开发,油润滑推力轴承提供很重要的设计技术参数。本文通过举例,根据核主泵在电站系统中运行期间的载荷变化,计算核主泵转子轴向力,并在水力模型装置上设置力传感器,验证计算方法的正确性。     

百万千瓦核电厂主泵推力轴瓦异常磨损原因分析与优化改进

某核电厂主泵在进行调试试验过程中,三台主泵主推力瓦在无顶轴油惰转期间轴瓦温度出现高报警后停泵,经解体检查发现主瓦表面出现异常磨损。本文对主泵轴承室及润滑油回路的结构与功能进行阐述,对主瓦异常磨损的原因从轴向载荷、最小油膜厚度、推力瓦表面质量等几个方面进行了分析,同时给出优化改进措施以提高主泵的运行安全性和可靠性。     

核主泵水润滑推力轴承试验的磨损颗粒研究

某核主泵水润滑推力轴承在试验浸银石墨瓦时,在类似热瞬态工况时出现异常振动及噪声,拆机发现石墨推力瓦和推力盘硬化层表面均出现较严重磨损,且石墨推力瓦出现局部剥落。采用化学、光学、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、电子探针等方法研究水润滑轴承试验的磨损颗粒相结构、形貌、成分、组织和磨损表面特征;明确热瞬态时不锈钢推力盘硬化层与石墨推力瓦的摩擦磨损形式和过程,得出水润滑推力轴承已经进入边界润滑状态,局部发生干摩擦的结论;提出一些改进建议,如将水润滑轴承瓦面材料改为碳素纤维复合材料以增加抗磨性能,改善瓦面形状以减少热变形,增加接触曲面硬化层以控制高应力曲面接触的微动磨损。     

核主泵水润滑推力轴承试验磨损颗粒研究

某核主泵水润滑推力轴承在试验浸银石墨瓦时,在类似热瞬态工况时出现异常振动及噪声,拆机发现石墨推力瓦和推力盘硬化层表面均出现较严重磨损,且石墨推力瓦出现局部剥落。采用化学、光学、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、电子探针等方法研究水润滑轴承试验的磨损颗粒相结构、形貌、成分、组织和磨损表面特征;明确热瞬态时不锈钢推力盘硬化层与石墨推力瓦的摩擦磨损形式和过程,得出水润滑推力轴承已经进入边界润滑状态,局部发生干摩擦的结论;提出一些改进建议,如将水润滑轴承瓦面材料改为碳素纤维复合材料以增加抗磨性能,改善瓦面形状以减少热变形,增加接触曲面硬化层以控制高应力曲面接触的微动磨损。