[发明专利]屏蔽式电机立式湿转子流体动力学轴向力测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体机械技术领域，特别涉及一种屏蔽式电机立式湿转子流体动力学轴向力测试装置及方法。

背景技术

核主泵作为核反应堆堆芯冷却剂冷却介质循环的动力源，被誉为核反应堆的心脏。目前在役核反应堆主泵，多采用轴封泵作为堆芯冷却剂主泵。历次核事故的出现对核电安全提出了更高的要求，为了从原理上提高系统安全性，曾被广泛使用的轴封泵因其高压动密封这一技术难点而被无泄漏的屏蔽泵代替，出现在第三代核电技术上。屏蔽式主泵通过压力边界的转换，将高压流体引入电机内部，采用静密封代替动密封，用完整的压力边界替代了轴封泵不完整的压力边界，从而提高了堆芯安全性。然而屏蔽式主泵由于受到较大的流体阻力，并且在安全性设计对断电工况下主泵惰转性能提出了更高要求，因此该屏蔽式主泵在结构上需增加大惯量飞轮，以满足系统惰转惯量的要求。

然而正是屏蔽电机的变动密封为静密封而带来的无泄漏技术优势，但却给大型屏蔽电机的设计带来了新的挑战。由于带有双飞轮结构的转子组件在间隙流体中高速旋转，流体伯努利效应的存在使得结构上对称设计的转子组件在流体动力学性能上出现了非对称性。压力分布的非对称性对转子组件垂直于轴线方向的截面进行积分后，使得转子组件受到轴向作用力。由于流体动力学特性与流态相关，屏蔽电机转子转速改变间隙流动的流态，因此该轴向力是一个随屏蔽电机运行转速变化的作用力，从而导致其轴向作用力的测试变得困难。由于流体作用力与流态相关，因此该轴向作用力的大小随电机转速变化而改变，并且在转速升高的过程中显著增大，对于大尺寸的屏蔽电机转子结构尤为显著。

该屏蔽电机在使用的过程中，采用立式安装结构，因此带双飞轮结构的转子组件为立式旋转湿转子组件，立式旋转转子为液体动力学轴向力的测试增加了难度，从而难以为液体润滑轴承的设计提供技术参数。

发明内容

本发明目的在于提供一种屏蔽式电机立式湿转子流体动力学轴向力测试装置，以解决现有的立式旋转转子的流体动力学轴向力难以进行测试，从而难以为液体润滑轴承的设计提供技术参数的技术性问题。

本发明的另一目的在于提供上述的屏蔽式电机立式湿转子流体动力学轴向力测试装置的测试方法，以解决现有的立式旋转转子的流体动力学轴向力难以进行测试，从而难以为液体润滑轴承的设计提供技术参数的技术性问题。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种屏蔽式电机立式湿转子流体动力学轴向力测试装置，包括外壳、转子、上飞轮、下飞轮、支撑架、检测装置和驱动装置，所述上飞轮和所述下飞轮分别设置在所述转子的两端，所述转子的两端分别通过上径向滑动轴承和下径向滑动轴承与所述外壳的内壁连接，所述上飞轮和所述下飞轮设置在所述外壳内，所述转子、所述上飞轮和所述下飞轮与所述外壳内壁之间有间隙，所述外壳的下端与所述支撑架连接，所述检测装置包括推力承载盘、推力盘测力轴和若干测力单元，所述转子下端的轴肩从所述外壳穿出后通过第一联轴器与所述推力盘测力轴连接，所述推力盘测力轴通过推力滚动轴承与所述推力承载盘连接，所述推力承载盘与若干测力单元连接，测力单元通过法兰盘与所述支撑架连接，所述推力盘测力轴通过径向滚动轴承与所述法兰盘连接，所述径向滚动轴承位于所述推力滚动轴承的下方，所述驱动装置包括变频电机，所述变频电机通过第二联轴器与所述推力盘测力轴连接，所述变频电机通过法兰与所述支撑架连接。

在本发明优选的实施例中，所述转子下端与所述外壳的连接处设有机械式密封装置。

在本发明优选的实施例中，所述密封装置包括密封圈。

在本发明优选的实施例中，所述测力单元包括力传感器，所述力传感器为4个，4个力传感器在圆周方向上均匀分布，可增加结构的稳定性。

在本发明优选的实施例中，所述上飞轮和所述下飞轮的结构相同，所述上飞轮和所述下飞轮分别通过键以及紧固螺母与所述转子连接。

在本发明优选的实施例中，所述第一联轴器通过锁紧螺母与所述推力盘测力轴连接。

在本发明优选的实施例中，还包括数据收集与分析系统，所述数据收集与分析系统与所述测力单元连接，所述数据收集与分析系统用于对测力单元的测量值进行收集和分析。

上述的屏蔽式电机立式湿转子流体动力学轴向力测试装置的测试方法，包括以下步骤：