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核主泵推力轴承断冷却水工况磨损机理研究

蔡龙 王伟光 雷明凯 李梦启 朱宝 苏先顺

蔡龙, 王伟光, 雷明凯, 李梦启, 朱宝, 苏先顺. 核主泵推力轴承断冷却水工况磨损机理研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(4): 214-221. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0214
引用本文: 蔡龙, 王伟光, 雷明凯, 李梦启, 朱宝, 苏先顺. 核主泵推力轴承断冷却水工况磨损机理研究[J]. 核动力工程, 2021, 42(4): 214-221. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0214
Cai Long, Wang Weiguang, Lei Mingkai, Li Mengqi, Zhu Bao, Su Xianshun. Study on Wear Mechanism of Thrust Bearing of Nuclear Main Pump in Cooling Water Loss Condition[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(4): 214-221. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0214
Citation: Cai Long, Wang Weiguang, Lei Mingkai, Li Mengqi, Zhu Bao, Su Xianshun. Study on Wear Mechanism of Thrust Bearing of Nuclear Main Pump in Cooling Water Loss Condition[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(4): 214-221. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0214

核主泵推力轴承断冷却水工况磨损机理研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0214
基金项目: 国家科技重大专项(2019ZX06002009)
详细信息
    作者简介:

    蔡 龙(1975—),男,研究员级高级工程师,现从事核电用泵的设计研究,E-mail: shuibeng@qq.com

  • 中图分类号: TL353

Study on Wear Mechanism of Thrust Bearing of Nuclear Main Pump in Cooling Water Loss Condition

  • 摘要: 核主泵在核电厂断水工况下,其推力轴承失去冷源换热,推力轴承润滑介质将因轴承温度上升而不断提高润滑介质的温度,并伴随发生较复杂的热瞬态工况。当推力轴承润滑液膜厚度严重降低时,因液膜厚度不足而引发摩擦副的部分接触磨损。对某台核主泵断水试验后拆机检查,并经润滑分析断水运行工况下的磨损规律,断水工况磨损后若再进行全厂断电(SBO)惰性停机,瓦面随着磨损深度增加,轴承油膜厚度降低至无法可靠运行程度,损耗增加且伴随着油膜温度超过巴氏合金运行极限温度110~120℃,易引发轴承严重磨损。本研究可为优化轴承及提高磨损后SBO惰性停机的耐磨损能力提供理论支撑。

     

  • 图  1  推力轴承瓦块支持示意图

    e—偏心值;L—瓦块平均圆周上的弦长;Dcp—瓦块平均直径;Dr—瓦块的内经;D2—瓦块的外经;o—瓦块中心;o1—偏心点

    Figure  1.  Thrust Bearing Pad Support

    图  2  推力轴承摩擦副布置示意图

    Figure  2.  Thrust Bearing Friction Pair

    图  3  圆柱坐标系示意图

    Figure  3.  Cylindrical Coordinate System

    图  4  轴承主推力瓦磨损图

    Figure  4.  Bearing Main Thrust Pad Wear

    图  5  润滑油动力粘度计算曲线

    Figure  5.  Calculation Curve of Dynamic Viscosity of Lubricating Oil

    图  6  入口油温40℃油膜压力分布图

    Figure  6.  Oil Film Pressure Distribution at Inlet Oil Temperature of 40℃

    图  7  入口油温65℃油膜压力分布图

    Figure  7.  Oil Film Pressure Distribution Diagram at Inlet Oil Temperature of 65℃

    图  8  1485 r/min载荷535 kN不同油温油膜厚度变化

    Figure  8.  Variation of Oil Film Thickness with Different Inlet Oil Temperature at 1485 r/min and 535 kN Load

    图  9  入口油温和推力瓦温差曲线

    Figure  9.  Curve of Inlet Oil Temperature and Thrust Pad Temperature and Temperature Difference

    图  10  断水工况8e入口油温和推力瓦温的温差曲线

    Figure  10.  Curve of Inlet oil Temperature and Thrust Pad Temperature and Temperature Difference at Water Loss Working Condition 8e

    图  11  断水油温75℃时主瓦油膜压力分布图

    Figure  11.  Oil Film Pressure Distribution Diagram of Main Thrust Pad when Water Loss and Oil Temperature 75℃

    图  12  主瓦未磨损油膜压力分布

    Figure  12.  Pressure Distribution of Oil Film without Worn of Main Thrust Pad

    图  13  主瓦未磨损油膜厚度间隙分布

    Figure  13.  Oil Film Thickness Gap Distribution without Worn of Main Thrust Pad

    图  14  主瓦顶油孔扇形磨损区域(深0.025 mm)油膜压力分布

    Figure  14.  Pressure Distribution of Oil Film in Main Thrust Pad Jacking Oil Hole Sector Wear Area (0.025 mm Deep)

    图  15  主瓦顶油孔扇形磨损区域(深0.025 mm)油膜厚度间隙分布

    Figure  15.  Oil Film Thickness Gap Distribution in Main Thrust Pad Jacking Oil Hole Sector Wear Area (0.025 mm Deep)

    图  16  主瓦顶油孔扇形磨损区域(深0.05 mm)油膜压力分布       

    Figure  16.  Pressure Distribution of Oil Film in Main Thrust Pad Jacking Oil Hole Sector Wear Area (0.05 mm Deep)

    图  17  主瓦顶油孔扇形磨损区域(深0.05 mm)油膜厚度间隙分布

    Figure  17.  Oil Film Thickness Gap Distribution in Main Thrust Pad Jacking Oil Hole Sector Wear Area (0.05 mm Deep)

    表  1  某型主推力瓦润滑计算对比

    Table  1.   Lubrication Calculation Comparison of a Type of Main Thrust Pad

    计算参数CFD法有限差分法
    入口油温/℃606060
    推力载荷/kN535535535
    转速/(r·min−1)150015001485
    最小油膜/mm2119.119
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    表  2  主推力轴承1485 r/min参数

    Table  2.   Parameters of Main Thrust Bearing at 1485 r/min

    工况编号入口油温/℃工作载荷/kN
    工况115535
    工况220535
    工况340535
    工况460535
    工况565535
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    表  3  主推力轴承1485 r/min油膜厚度

    Table  3.   Parameters of Main Thrust Bearing at 1485 r/min

    工况编号最小油膜
    厚度/mm
    最大油膜
    厚度/mm
    最大油膜
    压力
    工况10.0540.1340.5611
    工况20.0460.1140.5611
    工况30.0270.0670.5611
    工况40.0190.0460.5611
    工况50.0170.0430.5611
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    表  4  设备冷却水变动主推力轴承油膜厚度

    Table  4.   Oil Film Thickness of Main Thrust Bearing when Cooling Water of Equipment Changes

    转速/
    (r·min−1
    入口油
    温/℃
    推力载
    荷/kN
    最小油膜
    厚度/mm
    最大油膜
    厚度/ mm
    归一化最大
    油膜压力
    75041.7217700.0150.0380.5611
    148541.7215350.0260.0640.5611
    75061.0067700.0110.0260.5611
    148561.0065350.0180.0440.5611
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    表  5  主推力轴承断水8e工况参数

    Table  5.   Parameters of Main Thrust Bearing when Water Loss Working Condition 8e

    转速/
    (r·min−1
    推力瓦
    内径/mm
    推力瓦
    外径/mm
    瓦数入口
    油温/℃
    工作
    载荷/kN
    1485Φ380Φ7301075535
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    表  6  主推力瓦不同磨痕深度润滑性能

    Table  6.   Lubrication Performance of Main Thrust Pad with Different Wear Depth

    转速磨痕
    深度/mm
    最小油膜
    厚度/μm
    润滑功率
    损失/kW
    最高油膜
    温度/℃
    500 r/min瓦面完整0.01416.9105
    0.0250.00523141
    0.050.00427.2134
    350 r/min瓦面完整0.01210.1105
    0.0250.00414.1143
    0.050.00416.6126
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-23
  • 修回日期:  2021-04-16
  • 网络出版日期:  2021-08-09
  • 刊出日期:  2021-08-15

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