高温高压水介质轴承试验台设计与应用.pdf
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1、:./.高温高压水介质轴承试验台设计与应用刘公平徐金超王玉飞吴易明黎建涛张伟岐(.洛阳轴承研究所有限公司河南 洛阳 河南省高性能轴承技术重点实验室河南 洛阳)摘 要:针对高温高压水介质轴承试验台系统的设计和测试进行了探究重点介绍了试验台系统的组成、各系统的配置等多模块化设计和联动功能 以核反应堆中控制棒驱动机构轴承为试验对象在 、高温高压条件下利用该试验平台对水介质轴承进行 长寿命性能测试 通过对轴承性能和耐久性寿命的长期考核以及试验过程中的转速、扭矩、温度、压力等参数的监测验证该试验平台的可靠性和稳定性满足设计要求 为我国国产化高温高压轴承的设计和稳定性提供了可靠的支撑和参考关键词:高温高压
2、水介质轴承试验台系统设计试验验证中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:引 言随着我国核电工业的发展对核反应堆中轴承的工作性能要求变得更加苛刻因此对轴承的耐高温性和耐磨损性提出更高的要求 为了保证轴承在核反应堆中长期运转的稳定性需对轴承进行高温高压台架考核试验 由于核动力领域的特殊性各国均对相关技术进行封锁可查阅的国外研究成果较少 刘宝秋等对深水防喷器进行高温高压工况性能试验 蔡龙等研制了高温高压试验台对小型反应堆核主泵的各项性能进行测试 韩恩厚等分析了核电高温高压条件下水中不锈钢和镍基合金的腐蚀电化学行为 在轴承材料选择上蒋蔚等根据轴承在高温水中运转的工作条件探讨了轴承的类型选择
3、综上所述高温环境下核泵组件及金属材料摩擦学性能的研究已经取得了一定的进展但是对于高温、高压水介质条件下轴承零件性能试验台架的研究很少涉及笔者主要以核反应堆中控制棒驱动机构轴承为试验对象自行研制了高温高压试验装备在模拟高温高压条件下对轴承性能和耐久性寿命进行长期试验以验证轴承的稳定性和可靠性是否达到设计要求 高温高压轴承试验台架的研究和建造为我国国产化高温高压轴承的设计和稳定性提供了可靠的保障 试验台总体结构组成试验台架结构如图 所示 设备工作原理为:试验轴系作为整个设备的核心部分为轴承旋转提供可靠支撑压力容器为轴承运行提供稳定耐压的壳体、为传感器提供安装基座、为轴径向加载提供导向驱动系统通过磁
4、性联轴器对内部试验轴系进行驱动模拟轴承在驱动机构中的转速加载系统为试验轴承提供稳定的载荷模拟轴承在驱动机构中承受的载荷制水系统为轴承提供去离子水工作介质氮气增压系设计与开发 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用收稿日期:作者简介:刘公平()男安徽阜阳人硕士研究生工程师研究方向:大型非标设计和轴承试验台结构设计及研发统为容器提供稳定压力模拟轴承工作压力导热油加热系统通过加热容器夹层间接加热内部去离子水模拟轴承工作温度测控系统主要用于试验台架各种运行工况状态和过程参数的监测并具备报警后自动有序停机功能数采系统用于处理试验过程中测量参数的实时采集、信号转换、运算处理及数据存储图 试验台组成.试验
5、主体.驱动系统.压力容器.氮气增压系统.导热油加热器.加载系统.制水系统.电气操作系统 试验台系统设计试验台采用模块化设计氮气增压系统、制水系统、导热油加热系统为独立模块这些模块通过管路和电气控制与试验主体相连接 试验主体是整个台架的核心部分其结构图如图 所示 被试轴承安装在试验轴系上试验轴系深入压力容器内部通过压力容器釜盖进行密封为被试轴承所需高压环境提供试验条件容器侧面设有进水和出水口用于去离子水的流入和流出 压力容器外部设置导热油加热管道对容器内的去离子水进行加热 导热油管道外围填充保温层防止加热时热量的散失 设计活塞波纹管组件对轴承径向和轴向进行加载和密封 磁力联轴器作为驱动单元与试验
6、轴系的连接 通过磁性带动试验轴系进行转动 容器釜盖设置管路连接安全阀、爆破片对超出设计压力的气体进行安全排放图 试验主体图.试验轴系的设计试验轴系是试验主体的旋转部分可以模拟轴承在主机中的安装方式并为轴承运行提供可靠支撑轴系模拟驱动机构的立式结构 轴系布置 套 轴承其中上、下 套为试验轴承中部 套为工艺轴承主轴两端锁紧螺母可根据试验要求为轴承提供拧紧力矩搅拌桨叶可防止顶部轴承运行产生的磨屑颗粒落入底部轴承径向加载活塞为 套轴承提供径向力轴向加载活塞为 套试验轴承提供轴向力中部预紧弹簧为 套工艺轴承提供轴向预紧力试验轴系的结构图如图 所示图 试验轴系结构图.压力容器设计容器内部承压部分采用 不锈
7、钢整体锻件下封头与器身一体化设计增强容器强度 压力容器外观图如图 所示 压力容器上封头采用不锈钢刀口密封金属石墨缠绕垫片的组合密封方式釜盖通过螺母和螺柱配合对釜盖进行压紧保证容器的密闭性加工过程中容器主体下定位内孔与上盖定位内孔的同心度.以保证上下两套轴承的同轴为验证腔体的密封性采用流体分析软件对压力容器进行压力和热力耦合分析容器应变分析云图如图 所示 当腔内温度达到 压力 时得出上盖的变形最大变形从内部向外围逐步扩散应变主要集中在中间密封处变形量最大为.计算结果表明容器强度和密封性完好满足测试要求图 压力容器外观图 图 容器应变分析云图 在压力容器外围采用复合硅酸盐保温材料中的硅酸铝陶瓷纤维
8、保温棉作为试验装置的保温材料该机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)设计与开发材料具有防火、阻热、隔音耐高温的特点.加载活塞的密封设计设备是在高温高压下进行加载为保证活塞前后运动并且达到可靠的腔体密封环境采用波纹管密封方式对加载活塞进行密封工作方式类似波纹管阀杆密封如图 所示图 加载结构设计图 由于腔体带压后会产生与加载活塞前进方向相反的压力为排除活塞反向压力对载荷施加的影响活塞向前运动与试验件未接触时记录力传感器读数前进活塞接触试验件时记录力传感器读数 贴合实际试验件受力为 贴合前进.磁性联轴器的设计机械密封可用于高转速、轴封泄漏要求较低的条件 其使用压力不高一般用于.以下场合填料密封一
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