一種飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置制造方法
【專利摘要】一種飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，包括安裝在電機(jī)支撐座上的拖動電機(jī)、安裝在飛輪支撐座上的飛輪轉(zhuǎn)子組件以及回流孔套筒，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過柔性聯(lián)軸器連接拖動電機(jī)，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件包括有下端設(shè)置的飛輪下端蓋，所述飛輪下端蓋內(nèi)部開設(shè)有回流孔套筒安裝槽，所述回流孔套筒設(shè)在回流孔套筒安裝槽，所述回流孔套筒入水口連接有入水口法蘭管，回流孔套筒出水口連接有出水口法蘭管。在調(diào)整裝置的飛輪下端蓋內(nèi)開設(shè)回流孔套筒安裝槽，使回流孔套筒可快速的安裝或是拆離回流孔套筒安裝槽，采用嵌入式理念設(shè)計(jì)了該調(diào)整裝置，在大型結(jié)構(gòu)件上增加了回流孔位置調(diào)整模塊化結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)不對試驗(yàn)臺整體進(jìn)行拆裝條件下的回流孔位置變更。
【專利說明】一種飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及流體機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一些屏蔽式電機(jī)用大型飛輪組件非對稱 水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 技術(shù)背景
[0002] 屏蔽泵以其無泄漏的技術(shù)優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于能源、化工等眾多行業(yè)。在某三代核 電技術(shù)中，為了提高反應(yīng)堆的安全性，屏蔽式主泵被用作堆芯冷卻劑循環(huán)動力源以取代傳 統(tǒng)的軸封式主泵。屏蔽式主泵的引入，以壓力邊界轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)理念，改善軸封式主泵動密封 的技術(shù)缺陷--采用完整壓力邊界來替代軸封泵不完整的壓力邊界，從而提高了堆芯安全 性。在主泵的設(shè)計(jì)過程中，為了實(shí)現(xiàn)非能動設(shè)計(jì)理念，斷電工況下對主泵惰轉(zhuǎn)性能提出了新 的要求，即在屏蔽泵內(nèi)增加大型飛輪結(jié)構(gòu)，增加轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，以滿足事故工況下系統(tǒng) 惰轉(zhuǎn)性能要求。
[0003] 然而正是屏蔽式主泵的顯著技術(shù)特征一變動密封為靜密封一帶來的無泄漏 技術(shù)優(yōu)勢，給大型屏蔽電機(jī)的設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。研究表明，流體中高速回轉(zhuǎn)的盤體，其 Ekman pump效應(yīng)隨著盤體半徑的增大而顯著增強(qiáng)，而盤體上下端面流動的差異性，會使得 結(jié)構(gòu)上保持對稱性盤體在高速回轉(zhuǎn)的過程中受到非對稱的水動力學(xué)作用力。文中涉及的某 屏蔽電機(jī)，由于大型飛輪組件在間隙流體中高速旋轉(zhuǎn)，Ekman Pump效應(yīng)使得飛輪組件的上 下端面沿著徑向方向壓力分布產(chǎn)生了變化，但仍然保持著水動力學(xué)的對稱性。然而屏蔽電 機(jī)功能部件的冷卻需求對介質(zhì)流體流動提出了新的設(shè)計(jì)要求，從而改變了飛輪回轉(zhuǎn)過程中 上下兩個端面之間的流動狀態(tài)，因此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)對稱的飛輪組件在流體動力學(xué)性能上的呈現(xiàn) 出非對稱性。壓力分布的非分對稱性對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)垂直于軸線方向的截面進(jìn)行積分后，給飛 輪結(jié)構(gòu)帶來了較為顯著的水動力學(xué)軸向作用力。而在屏蔽電機(jī)設(shè)計(jì)過程中，考慮到軸承承 載能力的要求，對轉(zhuǎn)子水動力學(xué)軸向作用力提出了控制要求。
[0004] 在進(jìn)行大型屏蔽電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，為了研究大型飛輪結(jié)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中上下端面 流動狀態(tài)對軸向力的影響，需要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證回流孔位置調(diào)整對飛輪下端面的流動狀態(tài)的 影響?？紤]到Ekman pump效應(yīng)引起的飛輪盤面壓力分布的嚴(yán)重非線性，需要進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn) 來反映壓力分布。但是大型試驗(yàn)臺的安裝調(diào)試費(fèi)時費(fèi)力，因此提出一種快速進(jìn)行回流孔位 置調(diào)整的方案，具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，以 解決現(xiàn)有大型屏蔽電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，為了研究大型飛輪結(jié)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中上下端面流動狀 態(tài)對軸向力的影響，需要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證回流孔位置調(diào)整對飛輪下端面的流動狀態(tài)的影響， 而在Ekman pump效應(yīng)下引起的飛輪盤面壓力分布的嚴(yán)重非線性，需要進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)來反映 壓力分布，就需增加試驗(yàn)臺的安裝調(diào)試的次數(shù)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程中費(fèi)時費(fèi)力的技術(shù)性問題。
[0006] 本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，包括安裝在電機(jī)支撐座上的 拖動電機(jī)、安裝在飛輪支撐座上的飛輪轉(zhuǎn)子組件以及回流孔套筒，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過 柔性聯(lián)軸器連接拖動電機(jī)，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件包括有下端設(shè)置的飛輪下端蓋，所述飛輪下 端蓋內(nèi)部開設(shè)有回流孔套筒安裝槽，所述回流孔套筒設(shè)在回流孔套筒安裝槽，所述回流孔 套筒入水口連接有入水口法蘭管，回流孔套筒出水口連接有出水口法蘭管。
[0007] 優(yōu)選地，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件還包括飛輪、設(shè)有飛輪連接鍵的飛輪軸，所述飛輪通過 飛輪連接鍵固定在飛輪軸上，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過徑向滾柱軸承4連接電機(jī)支撐座3,所 述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過下徑向軸承連接飛輪支撐座。
[0008] 優(yōu)選地，所述回流孔套筒通過回流孔壓蓋固定在回流孔套筒安裝槽內(nèi)，所述回流 孔壓蓋依次通過回流孔套筒壓蓋彈簧以及回流孔套筒緊固螺栓固定。
[0009] 優(yōu)選地，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件上端設(shè)有飛輪上端蓋，所述飛輪上端蓋連接電機(jī)支撐 座連接盤，所述飛輪上端蓋與電機(jī)支撐座連接盤連接處設(shè)有機(jī)械密封件。
[0010] 優(yōu)選地，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件外側(cè)設(shè)有飛輪外殼，所述飛輪外殼通過飛輪下端蓋連 接飛輪支撐座。
[0011] 優(yōu)選地，所述飛輪通過飛輪緊固螺母固定在飛輪軸上。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果： 1、 本發(fā)明的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，優(yōu)化了該調(diào)整裝置的 結(jié)構(gòu)，在調(diào)整裝置的飛輪下端蓋內(nèi)開設(shè)回流孔套筒安裝槽，使回流孔套筒可快速的安裝或 是拆離回流孔套筒安裝槽，即本發(fā)明采用嵌入式理念設(shè)計(jì)了該調(diào)整裝置，在大型結(jié)構(gòu)件上 增加了回流孔位置調(diào)整模塊化結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)不對試驗(yàn)臺整體進(jìn)行拆裝條件下的回流孔位置 變更； 2、 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在不對整體調(diào)整裝置進(jìn)行重新拆裝的情況下，通過更換帶有不同 回流孔的回流孔套筒，實(shí)現(xiàn)對飛輪水動力學(xué)軸向作用力的快速調(diào)整，從而簡化了實(shí)驗(yàn)調(diào)整 方案，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本，提高了實(shí)驗(yàn)測試效率； 3、 本發(fā)明采用在飛輪的下端面不同半徑上開回流孔，來改變飛輪上下兩個面之間的流 動狀態(tài)的差異，從而達(dá)到控制水動力學(xué)軸向力的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖； 圖2為本發(fā)明的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置的局部放大圖； 圖3為本發(fā)明的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置的局部放大圖； 圖4為本發(fā)明的不同類型回流孔套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0015] 請參閱圖1-2, 一種飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，包括安裝 在電機(jī)支撐座上3的拖動電機(jī)1、安裝在飛輪支撐座15上的飛輪轉(zhuǎn)子組件以及回流孔套筒 9,所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過柔性聯(lián)軸器2連接拖動電機(jī)1，拖動電機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)時通過柔性聯(lián)軸器 2帶動飛輪轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件包括有下端設(shè)置的飛輪下端蓋13,所述飛輪 下端蓋13內(nèi)部開設(shè)有回流孔套筒安裝槽22,所述回流孔套筒9設(shè)在回流孔套筒安裝槽22， 所述回流孔套筒9入水口連接有入水口法蘭管17,回流孔套筒9出水口連接有出水口法蘭 管18 ;所述飛輪轉(zhuǎn)子組件還包括飛輪8、設(shè)有飛輪連接鍵19的飛輪軸16,所述飛輪8通過 飛輪連接鍵19固定在飛輪軸16上，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過徑向滾柱軸承4連接電機(jī)支撐 座3,所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過下徑向軸承14連接飛輪支撐座15 ;所述回流孔套筒9通過回 流孔壓蓋12固定在回流孔套筒安裝槽22內(nèi)，所述回流孔壓蓋12依次通過回流孔套筒壓蓋 彈簧11以及回流孔套筒緊固螺栓10固定；所述飛輪轉(zhuǎn)子組件上端設(shè)有飛輪上端蓋20,所 述飛輪上端蓋20連接電機(jī)支撐座連接盤6，所述飛輪上端蓋20與電機(jī)支撐座連接盤6連接 處設(shè)有機(jī)械密封件5,所述機(jī)械密封件5結(jié)合飛輪支撐座15形成封閉間隙流道；所述飛輪 轉(zhuǎn)子組件外側(cè)設(shè)有飛輪外殼7,所述飛輪外殼7通過飛輪下端蓋13連接飛輪支撐座15,所 述飛輪外殼7與飛輪下端蓋13通過螺栓與飛輪支撐座15連接；所述飛輪8通過飛輪緊固 螺母21固定在飛輪軸16上。 實(shí)施例
[0016] 飛輪8通過飛輪連接鍵19固定在飛輪軸16上，通過飛輪緊固螺母21連接，形成 飛輪轉(zhuǎn)子組件。飛輪轉(zhuǎn)子組件通過徑向滾柱軸承4以及下徑向軸承14分別與電機(jī)支撐座3 以及飛輪支撐座15連接。飛輪外殼7與飛輪下端蓋13通過螺栓與飛輪支撐座連接，飛輪 外殼7、飛輪上端蓋20以及電機(jī)支撐座連接盤6與電機(jī)支撐座3連接，飛輪軸16上端采用 機(jī)械密封5進(jìn)行密封，結(jié)合飛輪支撐座15的使用，形成封閉的間隙流道。拖動電機(jī)1與電 機(jī)支撐座3連接，通過柔性聯(lián)軸器2與飛輪軸16連接，從而拖動飛輪組件運(yùn)轉(zhuǎn)?；亓骺滋?筒9安裝在飛輪下端蓋13內(nèi)，通過回流孔壓蓋12、回流孔套筒壓蓋彈簧11以及回流孔套筒 緊固螺栓10進(jìn)行固定。開始運(yùn)轉(zhuǎn)之前，在飛輪組件的間隙流道內(nèi)部充滿工作流體。飛輪組 件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，工作流體從入水口法蘭管17進(jìn)入，經(jīng)過飛輪的間隙流道后從出水口法蘭 管18流出。
[0017] 首先將入水口法蘭管17與水源連接，將出水口法蘭管18與排水管道連接。選擇 圖3中所顯示的一種回流孔套筒9安裝于飛輪下端蓋的徑向流道內(nèi)，并采用回流孔壓蓋12、 回流孔套筒壓蓋彈簧11以及回流孔套筒緊固螺栓10進(jìn)行緊固安裝。開始實(shí)驗(yàn)之前，打開 水源開關(guān)，在飛輪轉(zhuǎn)子組件與回流孔套筒9形成的流道內(nèi)充滿工作流體。然后采用拖動電 機(jī)1對飛輪組件進(jìn)行拖動，結(jié)合必要的測試手段來分析運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的飛輪轉(zhuǎn)子組件非對稱 水動力學(xué)軸向力。分析完成后，關(guān)閉拖動電機(jī)，擰下回流孔套筒緊固螺栓10,取出回流孔套 筒壓蓋彈簧11以及回流孔壓蓋12,將回流孔套筒9從飛輪下端蓋13上的徑向軸孔中取出， 更換如圖3所示的另一型號的回流孔套筒，完整安裝后，打開拖動電機(jī)，對不同型號的回流 孔套筒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。重復(fù)相同的操作過程，結(jié)合必要的數(shù)據(jù)分析，可得到位置回流孔套筒 9上不同位置的回流孔對飛輪組件水動力學(xué)軸向力的影響規(guī)律。
[0018] 請參照附圖3,非對稱水動力學(xué)軸向力產(chǎn)生的原因： 飛輪轉(zhuǎn)子組件在充滿流體的間隙流道內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)，在Ekman pump效應(yīng)下，飛輪的上下 端面的流體會在離心力作用下沿著徑向方向向外流動，從而在飛輪上下端面產(chǎn)生中心壓力 低，外緣壓力高的壓力分布特征，在飛輪上下端面無附加流動的干擾下，由于飛輪結(jié)構(gòu)的對 稱性，其在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的水動力學(xué)軸向力為對稱分布，可以相互抵消。在實(shí)際應(yīng)用中， 工作流體從入水口法蘭管17進(jìn)入飛輪支撐座15的腔體后，一部分通過下徑向軸承14背部 的流道流入回流孔套筒9,最終通過飛輪外殼7上的集水環(huán)匯集后，從出水口法蘭管18流 出；另一部分流體通過下徑向軸承14軸瓦之間的流道流入飛輪8下端面流道，通過飛輪下 端蓋13上的返回孔流入回流孔套筒9,最終通過飛輪外殼7上的集水環(huán)匯集后，從出水口法 蘭管18流出。工作流體的非對稱流動，改變了飛輪8上下端面的水動力學(xué)對稱性，從而使 得飛輪組件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生了軸向水動力學(xué)作用力。
[0019] 請參照附圖4,回流孔位置快速調(diào)整方案： 在進(jìn)行水動力學(xué)軸向力調(diào)整的過程中，在如附圖2所示回流孔套筒安裝槽22的位置， 通過更換帶有不同回流孔位置的回流孔套筒9,可快速實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測試過程中的回流孔位置 調(diào)整。
[0020] 本發(fā)明的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，優(yōu)化了該調(diào)整裝置 的結(jié)構(gòu)，在調(diào)整裝置的飛輪下端蓋內(nèi)開設(shè)回流孔套筒安裝槽，使回流孔套筒可快速的安裝 或是拆離回流孔套筒安裝槽，即本發(fā)明采用嵌入式理念設(shè)計(jì)了該調(diào)整裝置，在大型結(jié)構(gòu)件 上增加了回流孔位置調(diào)整模塊化結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)不對試驗(yàn)臺整體進(jìn)行拆裝條件下的回流孔位 置變更；本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在不對整體調(diào)整裝置進(jìn)行重新拆裝的情況下，通過更換帶有不 同回流孔的回流孔套筒，實(shí)現(xiàn)對飛輪水動力學(xué)軸向作用力的快速調(diào)整，從而簡化了實(shí)驗(yàn)調(diào) 整方案，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本，提高了實(shí)驗(yàn)測試效率；本發(fā)明采用在飛輪的下端面不同半徑上開 回流孔，來改變飛輪上下兩個面之間的流動狀態(tài)的差異，從而達(dá)到控制水動力學(xué)軸向力的 效果。
[0021] 以上公開的僅為本申請的幾個具體實(shí)施例，但本申請并非局限于此，任何本領(lǐng)域 的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本申請的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，包括安裝在電機(jī)支撐座上 的拖動電機(jī)、安裝在飛輪支撐座上的飛輪轉(zhuǎn)子組件以及回流孔套筒，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通 過柔性聯(lián)軸器連接拖動電機(jī)，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件包括有下端設(shè)置的飛輪下端蓋，其特征在 于，所述飛輪下端蓋內(nèi)部開設(shè)有回流孔套筒安裝槽，所述回流孔套筒設(shè)在回流孔套筒安裝 槽，所述回流孔套筒入水口連接有入水口法蘭管，回流孔套筒出水口連接有出水口法蘭管。
2. 如權(quán)利要求1所述的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，其特征在 于，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件還包括飛輪、設(shè)有飛輪連接鍵的飛輪軸，所述飛輪通過飛輪連接鍵固 定在飛輪軸上，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件通過徑向滾柱軸承4連接電機(jī)支撐座3,所述飛輪轉(zhuǎn)子組 件通過下徑向軸承連接飛輪支撐座。
3. 如權(quán)利要求2所述的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，其特征在 于，所述回流孔套筒通過回流孔壓蓋固定在回流孔套筒安裝槽內(nèi)，所述回流孔壓蓋依次通 過回流孔套筒壓蓋彈簧以及回流孔套筒緊固螺栓固定。
4. 如權(quán)利要求3所述的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，其特征在 于，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件上端設(shè)有飛輪上端蓋，所述飛輪上端蓋連接電機(jī)支撐座連接盤，所述 飛輪上端蓋與電機(jī)支撐座連接盤連接處設(shè)有機(jī)械密封件。
5. 如權(quán)利要求4所述的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，其特征在 于，所述飛輪轉(zhuǎn)子組件外側(cè)設(shè)有飛輪外殼，所述飛輪外殼通過飛輪下端蓋連接飛輪支撐座。
6. 如權(quán)利要求2所述的飛輪間隙流體非對稱水動力學(xué)軸向力快速調(diào)整裝置，其特征在 于，所述飛輪通過飛輪緊固螺母固定在飛輪軸上。
【文檔編號】G01M10/00GK104122069SQ201410334690
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】姚振強(qiáng), 薛亞波, 成德, 徐正松, 沈洪, 王升德, 張磊華 申請人:上海交通大學(xué)