核电站一端封闭型的上充泵轴向力力学模型分析.pdf

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1、·12·小兼柱木2010年第3期核电站一端封闭型的上充泵轴向力力学模型分析许德忠赵静(中广核工程有限公司)(中科华核电技术研究院)摘要：压水堆核电厂化容系统用上充泵有多种结构型式。本文讨论一端封闭型的上充泵轴向力力学模型和推力轴承结构，以确定轴向力变化状况和解决推力轴承的设计问题。关键词：压水堆核电厂用泵上充泵轴向力分析推力轴承表1水力性能参数1前言流量Q(m3／h)O34l10148168扬程日要求最大值l86ol802810500一端封闭型的上充泵结构简图见图1，泵的非(瑚)要求最小值l83

2、0l76o730—研发泵实测值18311772120o758523驱动端是封闭结构。这种结构型式的一个优点是比人口压力P．(MPa)(g)O．05—0．45O．O5～O．452．12．1两端轴伸型结构少一套轴封和油润滑径向轴承。其缺点是轴向力与人口压力相关联，轴向力分析要注表2几何参数意其结构特殊性。叶轮级数叶轮外径叶轮密封环直径导叶密封环直径D2(衄)D-(mm)Dh(mm)国内研发这种结构上充泵在做鉴定试验时，推l级23014089力轴承出现温升过高现象，最高达90~C。经仔细排2_4级23

3、013089除轴承本身各种不利因素，轴承温度仍居高不下。5—12级方案1230125895一l2级方案2230l3889本文专题分析这种上充泵的轴向力，建立一个正确的力学计算模型，为解决这一研发瓶颈提供解中部轴承外径96mm端部轴承外径96rflnl决方法。角速度to=2~rn／60=2x3．14x4480／60=-469／s叶轮圆周速度：l469×0．115=53．94m／s2基本参数r／mino"。3．65n最高效率点流量为110m，饴转速漓为n=4480”。日o．7~5一：—3．65~4(

4、4128000~~／1／211)0／3600：90图1一端封闭型上充泵结构示意图2010年第3期，J．器柱木·13·以下用研发泵实测水力性能参数进行分析计表4中间及端部轴承引起的轴向力算。流量扬程中部轴承端部轴承轴承引起的(mVh)(m)轴向力㈣轴向力如(N)轴向力(3轴向力分析01831124O3379355o33834l772l2O0436712487l6轴向力的正方向定义为从泵指向齿轮箱。上l1Ol2o08l29248623299l充泵的轴向力由4部分组成：1487585135157O42

5、08391．泵人口压引起的轴向力。l印523354310836143792．中间及端部轴承引起的轴向力。(8告S：3．12个叶轮由于前后盖板面积不同引起的轴向力。=1020×9．8×8×告×半(o．0962-0．089)4．水流动量引起的轴向力。第一项泵人口压引起的轴向力计算之后，再=6．774·H进行其它项轴向力计算时可以认为泵入口压为端部轴承两端压差为4级叶轮扬程，该项力“0”。为正方向，大小为：对于第二、三项对转子分析如下：Fz~pg(4·告S1．叶轮密封环以外的转子部分，由于叶轮盖板外侧

6、左右压强相等，不产生轴向力。=1020×9．8×4×鲁×半0．0892=20．718·H2．导叶密封环以内的转子部分，第i级叶轮的轮毂与第(i+1)级叶轮相对应的部分自动平衡，计算结果如表4。不产生轴向力，但此部分需说的是，端部轴承大3．3叶轮盖板引起的轴向力于导叶密封环的部分，自身左右平衡，小于导叶密封环的端部，对应面为大气中的轴头，将产生在最高效率点处：轴向力。水力效率3．叶轮密封环以内、导叶密封环以外的转子1+0．02783l。g=1+0．02783l0g部分，由于两侧压力不同将产生轴向力

7、。=O．8563．1泵入口压引起的轴向力单级叶轮理论扬程：泵人口压引起的轴向力与泵是否运转无关。胙H，,11200，,u,,．856=117(m)上充泵采用静止(弹簧)型机械密封，这种机械密封的弹簧不可能产生很大的力，相对于轴向力可单级叶轮静扬程以忽略。人口压在机械密封动环上产生的压力将Hp=Ht(1一学)=117×(1一丽9．8x117)=94(m)传给转子。该项力为正方向，大小为：最高效率点处叶轮盖板引起的轴向力：l：x0．1052=-0．008655P．’f=pg[Hp一(一警计算结果如表

8、3。3．2中间及端部轴承引起的轴向力2．s×[94-(·一膳×中间轴承两端压差为8级叶轮扬程，该项力×(一0．08为正方向，大小为：表3人口压引起的轴向力1级和2-4级叶轮盖板力为正方向，5～12级人口压(MPa)10．05}0．08l0．1f0．16fo．45f2．1叶轮盖板力为负方向。轴向力(N)J433l692866J1385』3895J18176认为在全流量范围内，静扬程与扬程的比值·14·小番柱采2010年第3期表5方案1叶轮盖板力表6方案2叶轮盖板力流量扬程1级轮盖2_4级轮5l2级