某核电主泵惰转期间推力轴承承载能力研究.pdf

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1、某核电主泵惰转期间推力轴承承载能力研究核反应堆系统设计技术重点实验室(成都610213)邓啸王岩邓礼平【摘要】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。【关键词】核主泵推力轴承轴向力惰转一、前言反应堆冷却剂泵(主泵)是核反应堆中最关键的设备之一，主泵的运行(包括起动和停止)对反

2、应堆安全至关重要。我国核电站普遍采用立式三轴承轴封式主泵，转子轴系的轴向力由设置在电动机端的推力轴承平衡。若推力轴承不能有效地平衡轴向力，将对主泵的安全运行造成隐患。而在主泵惰转时，若推力轴承工作异常，则有可能产生磨损或损坏，将必须耗费额外的时间、人力和物力对主泵进行拆解检查，同时对反应堆安全也不利。本文着眼于某核电主泵的轴向力分析及推力轴承润滑性能计算，以评价热态下主泵惰转时推力轴承的承载能力，结果可为该主泵能否安全惰转提供参考。二、推力轴承理论模型核电主泵推力轴承为双向油润滑固定瓦推力轴承，能平衡双向轴向力。由于可以合理假设

3、轴向力均匀64然熙。illl。Iill：哪铷期分布在各推力瓦块上，因而可以只针对单瓦进行模拟。推力轴承工作原理为流体动压润滑，数学模型主要包括雷诺方程、能量方程、油膜厚度方程和弹性变形方程等，均在柱坐标系下建立。雷诺方程描述润滑介质压力分布如下：a【(rh2／12∥)(Op／ar)】／Or+a[(h2／12∥)(Op／rO臼)]／0臼=0．5(c，r(Oh／O0)+0．025(c，2a(ph2，2／∥)／Or(1)式中p一压力，单位为Pa；，l——油膜厚度，单位为m；∥——黏度，单位为Pa·S；∞——转动角速度，单位为1／s；P

4、——密度，单位为kg／m3。雷诺方程的边界条件如下：P(r，0)=0，r=rl，r=r2，0=0，0=卢(2)式中亿r2一轴瓦的内外径；卢——推力瓦的扇形角。此处的压力为相对压力。能量方程描述润滑介质的温度分布如下：一pcTp[级(aT)，Or)+q日(OT／ra0)]=qr(ap／Or)+q日(Op／ra0)一c￡，r[O．5h(ap／rO0)+∥(c，r／h】(3)qr=一(h3／12p)(ap／Or)+0．025ph3rw2／p(4)q日=一(h3／12p)(印／rO口)+0．5∞rh(5)式中卜温度，单位为℃；cD_一定

5、压比热容，单位为J／(kg‘℃)。能量方程的边界条件如下：耕扰用懈洹办力m雹饥黜丁(r，臼)=Ti。，0=0(6)此处的正。为润滑油的供油温度。油膜厚度方程如下：h(r，0)=hP+[rp—rcos(臼p一0)]siny。+rsin(0。一0)sin’，日+6(r，0)(7)式中y，、’，。——分别是推力瓦的径向倾角和周向倾角；矗p_某点(rp，0，)对应的水膜厚度，对于固定瓦式推力轴承，该点可以任意选取；c5——弹性变形。弹性变形的形式如下：6(r，0)=(1／丌Eo)Ifp(，I，01)，ldrld臼l／l(rl，臼。)一(

6、^8)l(8)1／Eo=(bl／b)(1一"12)／E。+(6，／b)(1一u12)／E1(9)式中蜀——复合弹性模量，单位为Pa；E，、易——推力瓦瓦面层和瓦基层的杨氏模量；u。、"：——推力瓦瓦面层和瓦基层的泊松比；b。、b2——推力瓦瓦面层和瓦基层的厚度，6为推电力通用机械钏GMi11ElectricPower冷却剂系统的高压，，p远大于厂g年口，l，因而总的轴向力向上，由主推力轴承平衡。根据文献，该主泵在起动时总轴向力为fo=850kN，此时的水推力f为0，因而有：fp一^=850kN(11)该值在系统压力固定时是定值。

7、根据文献，该主泵所属轴流泵的水推力忻的表达式为：Z=0．25丌(D22一以2)尼pg矗(12)式中r一输送介质密度：g——重力加速度；矗——扬程；D：——叶轮外径；矗——轮毂半径；卜轴向力系数。理论上泵的扬程和转速的平方成正比，且当转速为n=1485r／min时，扬程h=97．2m，因而扬程的表达式为：h=97．2×(n／1485)2(13)对于轴向力系数k，通常其只和比转速有关，力瓦总厚度。因而对于产品泵为固定常数。当转速为，z=1485r／min推力盘本文视为刚形体，不考虑其弹性变形。时，总的轴向力为呃=535kN，则此时的

8、水推力f,=850一本文基于有限差分法求解上述数学模型，利用多535=315kN，因而可以算出轴向力系数为：重网格法加速压力场的迭代过程，并采用FORTRAN语拓哇∥[Pgh丌(D：2一dn2)]-1．236(14)言编制了计算程序。代入以上表达式，可得本文总轴