核安全级离心泵轴承系统的可靠性研究

吕见江，李文强，宫慧玲（重庆水泵厂有限责任公司，重庆 400033）

核安全级离心泵轴承系统的可靠性研究

吕见江，李文强，宫慧玲
（重庆水泵厂有限责任公司，重庆 400033）

核电设备的安全可靠性保障着核电厂的安全，因此核电设备的可靠性尤为重要，它的离心泵轴承系统是保证其安全运行的重要部分。本文主要介绍核安全级离心泵轴承系统结构，从而对其可靠性进行设计和研究，从而保证核电厂的安全性能。

离心泵；轴承系统；可靠性

1　引言

核电厂的工作生产性质决定着它的安全可靠性要满足很高的要求。核电厂的主要工作设备就是核电设备，特别是特设安全设备，它们的可靠性都在维护着核电厂的安全。保证核电厂中核电设备以及其他设备能够安全可靠的运行是一项重要的研究课题。核安全级离心泵就是核电厂中的特设安全设备，它的轴承系统的可靠运行是核电厂内泵机组的可靠性的保障。因此核安全级离心泵轴承系统的结构设计尤为重要。

2　核安全级离心泵轴承系统结构设计

核安全级离心泵的轴承系统的结构设计要对泵机组没有预先润滑起动的特点，因此位于这个轴承系统两端的径向轴承要选择圆柱滚子轴承，起到推动作用的推力轴承要选择推力盘或者是推力瓦的结构，轴承之间的润滑选择稀油，这样能做到强制润滑。

通过轴头油泵、油冷器、调压阀、过滤器、供油管、回油管以及测温元件等这些零件组成了轴承系统的润滑油系统，其中轴头油泵能够与泵轴进行联动是通过两只一大一小的齿轮来实现的。在机组起动之后，轴头油泵将油从油箱的底部吸出，被吸出的润滑油经过调压阀、油冷器以及过滤器以后再通过节流器分别运输到两端的滚动轴承以及推理抽成上，之后再经过回油管流回油箱，从而形成了一个回路，具体的核安全级离心泵的轴承系统的结构可以参照图1结构。

图1　轴承系统及润滑油系统

这个结构的轴承系统可以满足核安全级离心泵轴承系统的要求，但是在考虑到核电设备的安全性和特殊性的时候，发现如果润滑油的系统没有及时的做出反应或者是润滑油系统中的某一个元件突然间发生故障时，都会导致轴承系统的可靠性降低。也就是如果润滑油系统反应滞后，在整个机组已经启动一段时间之后润滑油系统才开始工作，这种状态下推力瓦会出现擦痕，因为推力轴承在工作中对润滑油系统有着一定的依赖性。因此核安全级离心泵的轴承系统结构存在一定的安全隐患。

3　核安全级离心泵轴承系统的可靠性

为了解决上述轴承结构存在的安全隐患，提高润滑油系统以及轴承系统的可靠性，对轴承系统以及润滑油系统进行更深入的设计和研究，对核安全级离心泵轴承系统的结构进行了改进。一般使用比较普遍的两种方式是加大余量设计和进行冗余设计。

3.1加大余量设计法

齿轮的传动效率、油冷器以及输油管路等的阻力、调压阀的泄露等等因素都会对润滑油系统造成影响，从系统启动到润滑油达到设定压力需要一定的时间，在这段时间内，两端的径向轴承和推力轴承都只能依靠在轴承腔内存留的少量的润滑油来进行工作，因此为了避免推力轴承的磨损，在轴承腔内增加预留的润滑油的量对于轴承系统的运行是有利的。

位于系统两端的径向轴承腔可以通过在轴承外侧增加辅助的小油箱来增加储油量。

3.2冗余设计法

为了从“质”的方面保证轴承系统的可靠性，在上述轴承系统的结构中增加设计了辅助用的推力轴承部件，由轴承的后支座、双向推力轴承、轴承内套、轴承外套、防转销以及弹簧板等零件组成。

轴承与其轴承内套和轴承外套采取过盈配合的形式，轴承外套和轴承后支座的轴承孔进行滑动配合，轴承系统启动以后，轴向力的迅速产生使得轴上面的转子部件进行轴向移动，推力盘以及推力轴承在此时跟随转子同时受到拉力作用，借助轴向间隙的控制，辅助轴承的轴承外套的断面与弹簧板进行接触，之后弹簧板的刚度支撑起它的轴向推力，从而轴向推力进一步加大，弹簧板变形，使得推力盘继续前进，然后靠近推力瓦。

这个过程中，润滑油已经在整个轴承腔内充满，推力瓦和推力盘之间的间隙到达一定程度之后，润滑油会形成一个油膜产生动压，而这个时候辅助轴承和推力盘一起工作来承担起剩余的轴向力。

3.3轴承可靠性的在各阶段的实现

（1）在离心泵的泵组启动阶段，离心泵的润滑油压力还没有正式建立，这种情况下可以利用QJ辅助推力轴承来承担泵组转子的一部分残余轴向力，同时能够实现推力盘的脱开。

（2）当经过启动时间实现泵组的正常运转之后，QJ辅助推力轴承和推力盘一起承担轴向力，保证泵组正常运转和轴承的正常使用。

（3）长期使用之后，泵组的推力瓦会出现不同程度的磨损，当严重磨损的情况下，推力盘无法正常工作，不能起到承担轴向力的作用，这种情况下需要QJ辅助推力轴承承担全部的轴向力。由于这里设计的QJ辅助推力轴承具有更高的承载性能，一般有2倍以上的富余承担力。

4　结论

本文通过分析现阶段核电厂使用的离心泵的轴承系统的结构设计，发现在结构设计中存在一定的问题，容易造成安全隐患。通过研究采取具体的改进措施能够有效对结构设计进行改进，提高轴承系统的可靠性。经过测试试验发现，通过对结构改进设计后，推力轴承在使用中不会出现严重的磨损，而且整个轴承系统的可靠性能够得到有效提高。在后期的工作中轴承系统设计人员要加强对轴承系统可靠性的研究，进一步完善提高整个系统运行的可靠性，从而有效保证核电系统的运行安全，从根本上避免系统故障和安全事故的发生。

［1］郑赟，顾伯勤，邵春雷等.离心泵转子-轴承系统临界转速的数值研究［J］.煤矿机械，2013，34（05）：76-78.

［2］张兴.核安全级离心泵轴承系统的可靠性设计与研究［J］.通用机械，2012（06）：75-77.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.239