核安全級離心泵軸承系統(tǒng)的可靠性研究

呂見江，李文強，宮慧玲（重慶水泵廠有限責任公司，重慶 400033）

核安全級離心泵軸承系統(tǒng)的可靠性研究

呂見江，李文強，宮慧玲
（重慶水泵廠有限責任公司，重慶 400033）

核電設備的安全可靠性保障著核電廠的安全，因此核電設備的可靠性尤為重要，它的離心泵軸承系統(tǒng)是保證其安全運行的重要部分。本文主要介紹核安全級離心泵軸承系統(tǒng)結構，從而對其可靠性進行設計和研究，從而保證核電廠的安全性能。

離心泵；軸承系統(tǒng)；可靠性

1　引言

核電廠的工作生產性質決定著它的安全可靠性要滿足很高的要求。核電廠的主要工作設備就是核電設備，特別是特設安全設備，它們的可靠性都在維護著核電廠的安全。保證核電廠中核電設備以及其他設備能夠安全可靠的運行是一項重要的研究課題。核安全級離心泵就是核電廠中的特設安全設備，它的軸承系統(tǒng)的可靠運行是核電廠內泵機組的可靠性的保障。因此核安全級離心泵軸承系統(tǒng)的結構設計尤為重要。

2　核安全級離心泵軸承系統(tǒng)結構設計

核安全級離心泵的軸承系統(tǒng)的結構設計要對泵機組沒有預先潤滑起動的特點，因此位于這個軸承系統(tǒng)兩端的徑向軸承要選擇圓柱滾子軸承，起到推動作用的推力軸承要選擇推力盤或者是推力瓦的結構，軸承之間的潤滑選擇稀油，這樣能做到強制潤滑。

通過軸頭油泵、油冷器、調壓閥、過濾器、供油管、回油管以及測溫元件等這些零件組成了軸承系統(tǒng)的潤滑油系統(tǒng)，其中軸頭油泵能夠與泵軸進行聯(lián)動是通過兩只一大一小的齒輪來實現(xiàn)的。在機組起動之后，軸頭油泵將油從油箱的底部吸出，被吸出的潤滑油經過調壓閥、油冷器以及過濾器以后再通過節(jié)流器分別運輸?shù)絻啥说臐L動軸承以及推理抽成上，之后再經過回油管流回油箱，從而形成了一個回路，具體的核安全級離心泵的軸承系統(tǒng)的結構可以參照圖1結構。

圖1　軸承系統(tǒng)及潤滑油系統(tǒng)

這個結構的軸承系統(tǒng)可以滿足核安全級離心泵軸承系統(tǒng)的要求，但是在考慮到核電設備的安全性和特殊性的時候，發(fā)現(xiàn)如果潤滑油的系統(tǒng)沒有及時的做出反應或者是潤滑油系統(tǒng)中的某一個元件突然間發(fā)生故障時，都會導致軸承系統(tǒng)的可靠性降低。也就是如果潤滑油系統(tǒng)反應滯后，在整個機組已經啟動一段時間之后潤滑油系統(tǒng)才開始工作，這種狀態(tài)下推力瓦會出現(xiàn)擦痕，因為推力軸承在工作中對潤滑油系統(tǒng)有著一定的依賴性。因此核安全級離心泵的軸承系統(tǒng)結構存在一定的安全隱患。

3　核安全級離心泵軸承系統(tǒng)的可靠性

為了解決上述軸承結構存在的安全隱患，提高潤滑油系統(tǒng)以及軸承系統(tǒng)的可靠性，對軸承系統(tǒng)以及潤滑油系統(tǒng)進行更深入的設計和研究，對核安全級離心泵軸承系統(tǒng)的結構進行了改進。一般使用比較普遍的兩種方式是加大余量設計和進行冗余設計。

3.1加大余量設計法

齒輪的傳動效率、油冷器以及輸油管路等的阻力、調壓閥的泄露等等因素都會對潤滑油系統(tǒng)造成影響，從系統(tǒng)啟動到潤滑油達到設定壓力需要一定的時間，在這段時間內，兩端的徑向軸承和推力軸承都只能依靠在軸承腔內存留的少量的潤滑油來進行工作，因此為了避免推力軸承的磨損，在軸承腔內增加預留的潤滑油的量對于軸承系統(tǒng)的運行是有利的。

位于系統(tǒng)兩端的徑向軸承腔可以通過在軸承外側增加輔助的小油箱來增加儲油量。

3.2冗余設計法

為了從“質”的方面保證軸承系統(tǒng)的可靠性，在上述軸承系統(tǒng)的結構中增加設計了輔助用的推力軸承部件，由軸承的后支座、雙向推力軸承、軸承內套、軸承外套、防轉銷以及彈簧板等零件組成。

軸承與其軸承內套和軸承外套采取過盈配合的形式，軸承外套和軸承后支座的軸承孔進行滑動配合，軸承系統(tǒng)啟動以后，軸向力的迅速產生使得軸上面的轉子部件進行軸向移動，推力盤以及推力軸承在此時跟隨轉子同時受到拉力作用，借助軸向間隙的控制，輔助軸承的軸承外套的斷面與彈簧板進行接觸，之后彈簧板的剛度支撐起它的軸向推力，從而軸向推力進一步加大，彈簧板變形，使得推力盤繼續(xù)前進，然后靠近推力瓦。

這個過程中，潤滑油已經在整個軸承腔內充滿，推力瓦和推力盤之間的間隙到達一定程度之后，潤滑油會形成一個油膜產生動壓，而這個時候輔助軸承和推力盤一起工作來承擔起剩余的軸向力。

3.3軸承可靠性的在各階段的實現(xiàn)

（1）在離心泵的泵組啟動階段，離心泵的潤滑油壓力還沒有正式建立，這種情況下可以利用QJ輔助推力軸承來承擔泵組轉子的一部分殘余軸向力，同時能夠實現(xiàn)推力盤的脫開。

（2）當經過啟動時間實現(xiàn)泵組的正常運轉之后，QJ輔助推力軸承和推力盤一起承擔軸向力，保證泵組正常運轉和軸承的正常使用。

（3）長期使用之后，泵組的推力瓦會出現(xiàn)不同程度的磨損，當嚴重磨損的情況下，推力盤無法正常工作，不能起到承擔軸向力的作用，這種情況下需要QJ輔助推力軸承承擔全部的軸向力。由于這里設計的QJ輔助推力軸承具有更高的承載性能，一般有2倍以上的富余承擔力。

4　結論

本文通過分析現(xiàn)階段核電廠使用的離心泵的軸承系統(tǒng)的結構設計，發(fā)現(xiàn)在結構設計中存在一定的問題，容易造成安全隱患。通過研究采取具體的改進措施能夠有效對結構設計進行改進，提高軸承系統(tǒng)的可靠性。經過測試試驗發(fā)現(xiàn)，通過對結構改進設計后，推力軸承在使用中不會出現(xiàn)嚴重的磨損，而且整個軸承系統(tǒng)的可靠性能夠得到有效提高。在后期的工作中軸承系統(tǒng)設計人員要加強對軸承系統(tǒng)可靠性的研究，進一步完善提高整個系統(tǒng)運行的可靠性，從而有效保證核電系統(tǒng)的運行安全，從根本上避免系統(tǒng)故障和安全事故的發(fā)生。

［1］鄭赟，顧伯勤，邵春雷等.離心泵轉子-軸承系統(tǒng)臨界轉速的數(shù)值研究［J］.煤礦機械，2013，34（05）：76-78.

［2］張興.核安全級離心泵軸承系統(tǒng)的可靠性設計與研究［J］.通用機械，2012（06）：75-77.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.239