一種壓水堆核電站主冷卻劑泵電機的製作方法

2023-12-11 01:26:12 2

本發明屬於核電站設備技術領域，具體是涉及一種壓水堆核電站主冷卻劑泵電機。

背景技術：

主冷卻劑泵（簡稱核主泵）是核電站重要設備，被喻為反應堆冷卻系統的「心臟」。它的功能是驅動冷卻劑在反應堆一迴路冷卻劑系統內循環流動，連續不斷地把堆芯中產生的熱量傳遞給蒸汽發生器，以保證裂變反應產生的熱量及時傳遞出至二迴路。主泵系統包括主泵及主泵電機。

核電站常用的主冷卻劑泵電機均為立式電機，目前中國已有核電站的主冷卻劑泵組均為進口設備，同步轉速為1500rpm，額定功率約6500kW，電壓為6kV或6.6kV。主泵系統為三軸承結構，電機最上端為大慣量飛輪，用於延長電機停電時的惰轉時間。飛輪下方為一個雙向推力軸承和上導軸承的組合軸承，電機、泵的轉子重量及水泵推力由此軸承承受。該結構維護較為方便，但對於電機來講軸承結構過於複雜，並且由於飛輪在泵組和電機的最上端，其對泵組運行的穩定性影響非常敏感，所以對其加工精度和裝配要求非常高。另外，還存在電機軸承室漏油和油霧化進入電機影響電機壽命以及主泵電機噪聲非常高的問題。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種能夠解決軸承漏油和油霧化問題、運行安全性高、穩定性和可維護性好的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機。

本發明採用的技術方案是：一種壓水堆核電站主冷卻劑泵電機，包括定子、轉子、上機架、下機架、空氣冷卻器、止逆裝置、飛輪、下部徑向軸承、上部徑向軸承和推力軸承；所述的上機架安裝在定子機座的上端，下機架安裝在定子機座的下端，空氣冷卻器安裝在定子機座的外側；所述的轉子安裝在定子內；轉子上部通過上部徑向軸承和推力軸承支撐在上機架上，上部徑向軸承和推力軸承安裝在上機架的油箱內，該油箱內設有油水冷卻器；轉子下部通過下部徑向軸承支撐在下機架上；下部徑向軸承安裝在下機架上的油箱內，該油箱內設有油水冷卻器；所述的止逆裝置安裝在轉子頂端，飛輪採用脫開而不脫落結構安裝在轉子上，位於下部徑向軸承的下方。

上述的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機中，上機架的油箱與轉子之間採用雙層氣室密封結構密封，雙層氣室通過管道與定子的定子繞組上端連通，管道上設有閥門；雙層氣室上設有氣壓測量表。

上述的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機中，下機架的油箱的上下兩端與轉子之間採用雙層氣室密封結構密封，兩個雙層氣室分別通過管道與定子的定子繞組下端連通，管道上分別設有閥門；兩雙層氣室上分別設有氣壓測量表。

上述的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機中，下機架上飛輪的安裝腔室的外殼為雙層圓筒結構，外殼上設有排風口；飛輪與下機架的油箱之間設有隔板，隔板上設有進風口。

上述的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機中，上機架和下機架上分別設有進風口，上機架的進風口、下機架的進風口和飛輪的安裝腔室的排風口處均設有減噪器。

上述的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機中，上機架的油箱和下機架的油箱內的油水冷卻器的冷卻管採用的是單金屬翅片管。

上述的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機中，上機架的油箱和下機架的油箱頂部分別設有油霧分離器。

上述的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機中，所述的定子機座由鋼板焊接而成，截面為方形。

上述的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機中，所述的轉子上設有兩風扇，兩風扇分別位於轉子鐵芯的兩端。

上述的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機中，定子的定子繞組採用的是抗輻射少膠粉雲母帶整浸10KV F級絕緣結構。

上述的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機中，飛輪通過襯套安裝在轉子的轉軸上，飛輪與主泵及轉子總的轉動慣量≥4800kg·m2。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明的轉子的上部通過上部徑向軸承和推力軸承支撐在上機架上，下部通過下部徑向軸承支撐在下機架上，飛輪位於下部徑向軸承下方，止逆裝置位於轉子頂部，打破了現有的主冷卻劑泵電機飛輪位於電機頂部或下軸承上方的規律和設計思路，軸承油箱的密封採用雙層氣室的密封結構，可精密控制氣封正負壓，解決了軸承室漏油及霧化問題；本發明在上機架、下機架及飛輪安裝腔室的排風口處設有減噪器，降低了本發明運行時的噪聲；本發明通過提高空氣冷卻器和軸承油水冷卻器散熱性能，滿足了本發明在正常運行時斷水15min的工況下電機不損壞，本發明的運行安全性高，穩定性和可維護性好。

附圖說明

圖1 本發明的結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

如圖1所示，本發明包括定子1、轉子2、上機架24、下機架6、空氣冷卻器4、止逆裝置22、飛輪10、下部徑向軸承9、上部徑向軸承21和推力軸承20及減噪器8。所述的定子1包括機座3、定子鐵芯14和定子繞組25，機座3由鋼板焊接而成，截面為方形。機座3端板上開有通風孔，使定子繞組25端部獲得均勻的冷卻。定子鐵芯14由扇形矽鋼片迭壓而成，定子鐵芯14上設有多個通風道，其疊壓採用內壓裝，疊壓時以衝片外圓處的拉緊螺杆定位，定子鐵芯14長度尺寸疊壓到位後，將定子鐵芯14兩端的壓圈與機座3焊接，並將定子鐵芯14拉緊螺杆緊固。定子繞組25由成型繞組構成，定子繞組25採用抗輻射少膠粉雲母帶整浸10KV F級絕緣結構。為了保護定子繞組25及引導氣流分布，在定子繞組25的兩端均裝有一個玻璃鋼擋風板固定在上機架24、下機架6上。

所述的轉子2主要包括轉軸19、轉子鐵芯15、導條16、轉子壓圈26、端環17、護環18及兩轉子風扇13等。轉軸19為整體結構，轉子2軸向通風道通過加工方法獲得，下部徑向軸承的軸承頭與轉軸19設計成一體。轉子鐵芯15由整圓矽鋼片組成，以內圓為基準迭壓，轉子鐵芯15上分布多個通風道，轉子鐵芯15以內圓定位疊壓後，再以專用工具夾緊，加熱套軸，轉子鐵芯15與轉軸19的配合，保持一定的過盈量。熱套時轉軸19上帶有鍵，鍵與轉軸19之間以螺釘固定，轉子鐵芯15套轉軸19後，在轉軸19上的軸向固定依靠轉子鐵芯15兩端的轉子壓圈26及弧鍵來保證。轉子導條16採用矽銅合金母線，端環17採用銅鍛件，轉子導條16嵌入轉子槽內後與端環17焊接，高強度非磁性鋼製成的護環18過盈熱套在轉子端環17上，保護轉子端環17。轉子風扇13的結構採用後傾式徑向風扇，採用間隙配合及銷釘定位的方式安裝在轉軸筋的端面上。兩轉子風扇13安裝在轉軸上，分別位於轉子鐵芯15的兩端，它使冷卻空氣流經定子繞組25的端部。

所述的上機架24與定子1的機座3的上端連接，所述的下機架6與定子1的機座3的下端連接，所述的空氣冷卻器4安裝在定子1的機座3的外側，用於對本發明內部與外部的換熱。

所述的轉子2安裝在定子1內，轉子2上部通過上部徑向軸承21和推力軸承20支撐在上機架24上，推力軸承20的推力瓦採用扇形瓦彈性支承結構，上部徑向軸承21採用的是可調偏心可傾瓦軸承，絕緣放置推力頭上。上部徑向軸承21和推力軸承20安裝在上機架24的油箱內，採用油浴自潤滑，該油箱內設有油水冷卻器23，油水冷卻器23的冷卻管採用的是單金屬翅片管。上機架的油箱的頂部還設有油霧分離器5，使油箱內產生的油霧在吸入油霧分離器5後凝結，然後回流到油箱。上機架24的油箱與轉子2之間採用雙層氣室密封結構，雙層氣室通過管道211與定子1的定子繞組25上端連通，管道211上設有閥門12；雙層氣室上設有氣壓測量表7。通過觀察氣壓測量表7，調節閥門12使氣室內氣壓達到平衡，防止油箱中油霧進入電機內部。

轉子2的下部通過下部徑向軸承9支撐在下機架6上；下部徑向軸承9採用的是可調偏心可傾瓦軸承，其絕緣放置支承板上，下部徑向軸承9自帶泵油孔供油。下部徑向軸承9安裝在下機架6上的油箱內，採用油浴自潤滑。下機架6上的油箱內設有油水冷卻器11，油水冷卻器11的冷卻管採用的是單金屬翅片管，下機架的油箱的頂部還設有油霧分離器111，使油箱內產生的油霧在吸入油霧分離器111後凝結，然後回流到油箱。下機架6的油箱的上下兩端與轉子2之間採用雙層氣室密封結構密封，兩雙層氣室分別通過管道91、管道92與定子1的定子繞組25下端連通，管道91、管道92上設有閥門93、閥門94；油箱兩端的雙層氣室上分別設有氣壓測量表95、氣壓測量表96。通過觀察氣壓測量表95、氣壓測量表96，調節閥門93、閥門94使雙層氣室內氣壓達到平衡，防止下部徑向軸承9上部中的油霧進入電機內部，同時防止下部徑向軸承9下部中的油霧進入飛輪10的安裝腔室。

所述的止逆裝置22安裝在轉子2頂端，在一臺主泵停運而其他主泵正常運行的情況下，防止冷卻劑從停運主泵倒流經過時發生反轉。止逆裝置22為非接觸式，包括外圈、內圈、保持架、彈簧、心軸及止動塊，外圈用螺栓固定在支架上，內圈套在轉子2的轉軸19上，內圈上沿圓周設有多個止動塊，止動塊可繞其各自的心軸轉動，止動塊帶有彈簧。在內圈開始正向旋轉時，止動塊與外圈之間有接觸式滑動，而當轉速超過一定限度時（<185r/min），止動塊重心處的離心力大於彈簧力，止動塊與外圈分離，此時止動塊與外圈處於非接觸旋轉狀態，在內圈反轉時，由於彈簧力的作用，各止動塊均頂住內外圈，起到止動作用。所述的飛輪10通過襯套安裝在轉子2的轉軸19上，位於下部徑向軸承9的下方，為主泵機組提供足夠的惰轉慣量，飛輪與主泵及轉子總的轉動慣量≥4800kg·m2。飛輪10與轉子2脫開而不脫落，飛輪10和轉子之間不設置鍵。

下機架6上飛輪10的安裝腔室的外殼為雙層圓筒結構，飛輪10的安裝腔室的外殼上設有排風口，飛輪10與下機架6的油箱之間設有隔板，隔板上設有進風口，用來解決由於飛輪10旋轉引起的負壓而導致漏油的問題。上機架24和下機架6上分別設有進風口，上機架24的進風口、下機架6的進風口和飛輪10的安裝腔室的排風口處均設有減噪器8，減噪器8用於降低本發明運行時的噪音，減噪器8能夠拆卸下來。

本發明的工作原理如下：本發明通過主出線盒連接電源，產生電磁轉矩，通過聯軸器傳遞給主泵，使主泵在額定轉速下工作。反應堆廠房中的冷空氣通過上機架24、下機架6上的減噪器8經過擋風板進入電機內部。一部分冷空氣在轉子2上的徑向風扇13的作用下對定子繞組25端部進行冷卻後，通過機座3端板上的通風孔到達定子1外側。另一部分冷卻空氣進入轉軸19上的軸向筋之間的槽，在軸向筋及轉子2通風槽片所形成的徑向壓力下，通過轉子鐵芯15和定子鐵芯14上的徑向通風道到達定子1的外側，此時已被加熱的空氣，通過機座3外側的空氣冷卻器4，被其冷卻後返回反應堆廠房，周而復始循環。

綜上所述，本發明的轉子上部通過上部徑向軸承21和推力軸承20支撐在上機架24上，下部通過下部徑向軸承9支撐在下機架6上，飛輪10位於下軸承9下方，止逆裝置22位於轉子2的頂部，打破了現有的主冷卻劑泵電機飛輪10位於電機頂部或下軸承9上方的規律和設計思路。本發明的油箱和轉子2之間採用雙層氣室密封結構進行密封，解決了軸承室漏油及霧化的問題。本發明的飛輪10的安裝腔室採用雙層圓筒結構，而且本發明的上機架24的進風口、下機架6的進風口及飛輪10的安裝腔的進風口處設有減噪器8，降低了本發明運行時的噪聲。本發明提供的壓水堆核電站主冷卻劑泵電機，採用了抗輻射少膠粉雲母帶整浸10kV F級絕緣結構，通過提高電機的啟動性能，能滿足泵組在高系統轉動慣量（4800kg·m2）工況下正常啟動電機。本發明通過提高空氣冷卻器4和油水冷卻器11、油水冷卻器23的散熱性能，本發明滿足在正常運行時斷水15min的工況下電機不損壞，具有良好的運行安全性、穩定性和可維護性。