本發(fā)明涉及一種抗瞬態(tài)變形一體式水潤(rùn)滑推力瓦。

背景技術(shù)：

三代核電具有更好的經(jīng)濟(jì)性和更高的安全指標(biāo)，其中先進(jìn)非能動(dòng)壓水堆核電站反應(yīng)堆采用屏蔽式主泵或濕繞組主泵。核主泵往往采用水潤(rùn)滑軸承，水的粘度較低，水膜一般只有油膜厚度的十分之一左右。在啟動(dòng)、停機(jī)和加減速時(shí)，推力瓦容易出現(xiàn)較大變形，進(jìn)而影響水潤(rùn)滑軸承的可靠性；水潤(rùn)滑軸承運(yùn)行的可靠性就成為保證反應(yīng)堆安全運(yùn)行的重要部件之一，需要針對(duì)瞬態(tài)運(yùn)行合理設(shè)計(jì)推力瓦的結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)水潤(rùn)滑推力瓦瓦面材料一般使用石墨，結(jié)構(gòu)為雙層夾板式，上層為石墨板，下層為不銹鋼瓦基，瓦基兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)檔板，將上層石墨板固定在不銹鋼瓦基上。傳統(tǒng)水潤(rùn)滑推力瓦存在四個(gè)問(wèn)題：第一，擋板采用螺釘固定，螺釘可能存在預(yù)緊失效脫落隱患；第二，擋板采用插板方式，為安裝順利，擋板與不銹鋼瓦基凹槽將設(shè)置較大間隙，在軸承運(yùn)行時(shí)上層石墨板將因間隙產(chǎn)生移動(dòng)并撞擊擋板，使得脆性石墨材料存在損耗脫落的隱患；第三，不銹鋼瓦基下面無(wú)隔熱層結(jié)構(gòu)，在熱瞬態(tài)工況下，推力瓦將產(chǎn)生較大變形，影響水膜的形成；第四，瓦面石墨為脆性材料，與推力盤(pán)往復(fù)沖擊接觸時(shí)易發(fā)生表面剝落。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的提供一種改善在熱瞬態(tài)工況下推力瓦變形過(guò)大、強(qiáng)度大、穩(wěn)定性好的抗瞬態(tài)變形一體式水潤(rùn)滑推力瓦。本發(fā)明的技術(shù)方案為：抗瞬態(tài)變形一體式水潤(rùn)滑推力瓦,由復(fù)合工作面、鋼基、復(fù)合隔熱面、限位部件四部分構(gòu)成，工作瓦面(2)連接在不銹鋼瓦基(1)上端，隔熱瓦面(3)連接在不銹鋼瓦基(1)下端，工作瓦面(2)與不銹鋼瓦基(1)之間設(shè)有第一結(jié)合面(4)，隔熱瓦面(3)與不銹鋼瓦基(1)之間設(shè)有第二結(jié)合面(5)，在不銹鋼瓦基(1)下端設(shè)有支撐凹槽(6)；在不銹鋼瓦基(1)上端內(nèi)圓設(shè)有第一凹槽(7)，在不銹鋼瓦基(1)上端右側(cè)設(shè)有第二凹槽(8)，不銹鋼瓦基(1)上端外圓設(shè)有第三凹槽(9)，不銹鋼瓦基(1)上端左側(cè)設(shè)有第四凹槽(10)；有第一凹槽(7)右側(cè)與第二凹槽(8)下側(cè)連接相通，第二凹槽(8)上側(cè)與第三凹槽(9)右側(cè)連接相通，第三凹槽(9)左側(cè)與第四凹槽(10)上側(cè)連接相通，第四凹槽(10)下側(cè)與第一凹槽(7)左側(cè)連接相通，第一粗糙面(4)在不銹鋼瓦基(1)上端表面；在不銹鋼瓦基(1)下端內(nèi)圓設(shè)有第五凹槽(18)，在不銹鋼瓦基(1)下端右側(cè)設(shè)有第六凹槽(17)，不銹鋼瓦基(1)下端外圓設(shè)有第七凹槽(16)，不銹鋼瓦基(1)下端左側(cè)設(shè)有第八凹槽(19)；有第五凹槽(18)右側(cè)與第六凹槽(17)下側(cè)連接相通，第六凹槽(17)上側(cè)與第七凹槽(16)右側(cè)連接相通，第七凹槽(16)左側(cè)與第八凹槽(19)上側(cè)連接相通，第八凹槽(19)下側(cè)與第五凹槽(18)左側(cè)連接相通；在不銹鋼瓦基(2)下端中間設(shè)有支撐凹槽(6)，第二粗糙面(5)在不銹鋼瓦基(2)下端表面；工作瓦面(2)嵌入不銹鋼瓦基(1)，第一連接線(xiàn)(11)經(jīng)第一夾角(14)與第二連接線(xiàn)(12)連接，第二連接線(xiàn)(12)經(jīng)第二夾角(15)與第三連接線(xiàn)(13)連接，第一夾角(14)大于60度且小于90度，第二夾角(15)大于60度且小于90度。

本發(fā)明提供水潤(rùn)滑推力瓦的解決新方案，采用降低系統(tǒng)復(fù)雜度的思想，將推力瓦結(jié)構(gòu)由插板鑲嵌式調(diào)整為一體式，并且增加的瓦背隔熱層結(jié)構(gòu)，提高在水潤(rùn)滑推力軸承在熱瞬態(tài)工況對(duì)抗不利形變的能力，增加水潤(rùn)滑軸承運(yùn)行的穩(wěn)定性。由于復(fù)合材料利于復(fù)合瓦面，并且具有較好的自潤(rùn)滑特性，因此使用此種一體式推力瓦的軸承，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以不使用高壓介質(zhì)頂起系統(tǒng)，提高了全廠(chǎng)失電時(shí)機(jī)組的可靠性。

大推力水潤(rùn)滑推力軸承要著重考慮提高推力瓦在系統(tǒng)起停機(jī)過(guò)程中的過(guò)度磨損問(wèn)題，選用了耐高溫樹(shù)脂基短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為工作瓦面和隔熱面的復(fù)合材料，考慮三代核電在反應(yīng)堆系統(tǒng)發(fā)生LOCA事件，導(dǎo)致高溫高壓的冷卻劑泄露，使得主泵被淹沒(méi)，在長(zhǎng)時(shí)間的淹沒(méi)狀態(tài)中，軸瓦環(huán)境溫度將長(zhǎng)時(shí)間維持著在140攝氏度左右，對(duì)于樹(shù)脂基限位增強(qiáng)復(fù)合材料，由于短纖維的加入，使得整體耐溫等級(jí)提高，但這只是提高了整體機(jī)械強(qiáng)度的失效溫度，在微觀(guān)程度上，樹(shù)脂基的耐熱溫度并沒(méi)有改變，這將導(dǎo)致，推力瓦在表面微觀(guān)上發(fā)生功能失效，瓦面的剛度硬度及彈性模量大幅度下降，進(jìn)而影響水潤(rùn)滑軸承的安全。用于工作面及隔熱面的瓦面復(fù)合。一體式推力瓦結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了軸承裝配的復(fù)雜度，降低了緊固件失效而導(dǎo)致軸承過(guò)度磨損的危險(xiǎn)，由于復(fù)合材料耐沖擊，也降低了在制造或裝配過(guò)程中對(duì)推力瓦瓦面的損害，降低了經(jīng)濟(jì)損失。一體式水潤(rùn)滑推力瓦瓦面材料，用于核主泵的水潤(rùn)滑推力軸承，需要耐高溫的同時(shí)，還要耐輻照，一般承受累計(jì)輻照劑量為100000至1000000Gy。

工作瓦面(2)與隔熱瓦面(3)分別布置在不銹鋼瓦基(1)上下兩側(cè)，當(dāng)主泵處于失水工況，軸承潤(rùn)滑水環(huán)境溫度迅速上升，90秒內(nèi)提升約20至30攝氏度，由于隔熱瓦面(3)存在，在軸向方向上，不會(huì)存在很大的溫度梯度，相比無(wú)隔熱瓦面(3)傳統(tǒng)方案，其因瞬態(tài)溫升而導(dǎo)致的工作瓦面(2)凹變形會(huì)大幅度降低。沒(méi)有隔熱瓦面(3)時(shí)，當(dāng)瞬態(tài)溫升為20K時(shí)，工作瓦面(2)凹變形最大值約為0.03mm，與水膜正常厚度接近，這樣就會(huì)導(dǎo)致彈流潤(rùn)滑失敗，摩擦副過(guò)度磨損甚至失效。當(dāng)本發(fā)明增加隔熱瓦面(3)后，可以在熱瞬態(tài)時(shí)，抑制不銹鋼瓦基(1)軸向的溫度梯度，進(jìn)而將工作瓦面(2)凹變形從0.03mm的量級(jí)降至不大于0.01mm的量級(jí)，核主泵在熱瞬態(tài)時(shí)最小水膜得以保證。

工作瓦面(2)與不銹鋼瓦基(1)通過(guò)燕尾槽方式結(jié)合，隔熱瓦面(3)與不銹鋼瓦基(1)也是通過(guò)燕尾槽方式結(jié)合，此種熱壓鑲嵌結(jié)構(gòu)，根據(jù)嵌入深度不同，可以保證等效剪切強(qiáng)度控制在10-30MPa；對(duì)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，省去了插板和緊固螺釘，降低了復(fù)雜度，提高了可靠性。

在工作瓦面(2)上，由第一凹槽(7)、第二凹槽(8)、第三凹槽(9)和第四凹槽(10)依次相連圍城了一個(gè)扇形限位槽，扇形限位槽可以使得軸瓦在起動(dòng)、停機(jī)、加減速時(shí)，工作瓦面(2)可靠地與不銹鋼瓦基(1)接合，不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)彈性塑料金屬瓦銅絲層與鋼基脫離的情況。

在隔熱瓦面(3)上，由第七凹槽(16)、第六凹槽(17)、第五凹槽(18)和第八凹槽(19)依次相連圍城了一個(gè)扇形限位槽，扇形限位槽可以使得隔熱瓦面(3)穩(wěn)固地接合在不銹鋼瓦基(1)上；相比傳統(tǒng)把合隔熱板結(jié)構(gòu)，去除了緊固件，降低了復(fù)雜度，提供了可靠性。

徑向限位槽(20)設(shè)置在隔熱瓦面(3)內(nèi)側(cè)，軸向限位槽(44)設(shè)置在隔熱瓦面(3)外側(cè)，具有較好位置度控制作用。當(dāng)推力瓦沿著徑向擺動(dòng)時(shí)，徑向限位槽(20)為限位，軸向限位槽(44)為轉(zhuǎn)軸；當(dāng)推力瓦沿著周向擺動(dòng)時(shí)，徑向限位槽(20)為為轉(zhuǎn)軸，軸向限位槽(44)為限位。本發(fā)明結(jié)構(gòu)，在徑向擺動(dòng)或周向擺動(dòng)時(shí)，兩個(gè)限位槽，一個(gè)轉(zhuǎn)軸，一個(gè)定位，不存在定位不足，或過(guò)定位，提高了推力瓦運(yùn)行的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明的抗瞬態(tài)變形一體式水潤(rùn)滑推力瓦結(jié)構(gòu)圖

圖2為圖1的A-A剖視圖

圖3為圖1的B-B剖視圖

圖4為圖1的Ⅰ放大視圖

圖5為圖1的C向視圖

圖6為圖5的D-D剖視圖

圖7為圖5的E-E剖視圖

圖8為圖5的F-F剖視圖

圖9為推力瓦圓形瓦面俯視圖

圖10為推力瓦橢圓形瓦面俯視圖

圖11為推力瓦凸扇形瓦面俯視圖

具體實(shí)施方式：

圖1為抗瞬態(tài)變形一體式水潤(rùn)滑推力瓦結(jié)構(gòu)，由復(fù)合工作面、鋼基、復(fù)合隔熱面、限位部件四部分構(gòu)成，如圖1所示，工作瓦面2采用熱壓的方式復(fù)合連接在不銹鋼瓦基1的上端，隔熱瓦面3同樣采用熱壓的方式復(fù)合連接在不銹鋼瓦基1的下端，在工作瓦面2與不銹鋼瓦基1之間設(shè)有第一結(jié)合面4，在隔熱瓦面3與不銹鋼瓦基1之間設(shè)有第二結(jié)合面5，第一結(jié)合面4的表面狀態(tài)為滾花，第二結(jié)合5的表面狀態(tài)也為滾花，不僅提高工作瓦面2與不銹鋼瓦基1的結(jié)合穩(wěn)定性，也提高了隔熱瓦面3與不銹鋼瓦基1的結(jié)合穩(wěn)定性，也有利于控制工作瓦面2在精加工時(shí)表面的有害微量變形，在不銹鋼瓦基1下端設(shè)有支撐凹槽6；在熱瞬態(tài)工作狀態(tài)下，隔熱瓦面3的設(shè)置有利益于抑制不銹鋼瓦基1和工作瓦面2的凹變形，將凹變形從與水膜厚度相當(dāng)，到相比水膜厚度降低約一個(gè)數(shù)量級(jí)，進(jìn)而避免了熱瞬態(tài)時(shí)工作瓦面2的過(guò)度磨損問(wèn)題。

如圖2所示，在不銹鋼瓦基1上端的內(nèi)圓設(shè)有第一凹槽7，第一凹槽7的形狀為圓弧，在不銹鋼瓦基1上端的右側(cè)設(shè)有第二凹槽8，第二凹槽的形狀為直線(xiàn)，在不銹鋼瓦基1上端的上端外圓設(shè)有第三凹槽9，第三凹槽形狀為圓弧，在不銹鋼瓦基1上端的左側(cè)設(shè)有第四凹槽10，第四凹槽的形狀為直線(xiàn)；第一凹槽7右側(cè)與第二凹槽8下側(cè)連接相通，第二凹槽8上側(cè)與第三凹槽9右側(cè)連接相通，第三凹槽9左側(cè)與第四凹槽10的上側(cè)連接想通，第四凹槽10下側(cè)與第一凹槽7左側(cè)連接想通；第一粗糙面4在不銹鋼瓦基1的上端表面，第一粗糙面4一般采用滾花工藝進(jìn)行處理，提高了不銹鋼瓦基1與工作瓦面2的結(jié)合可靠性，等效抗剪切結(jié)合強(qiáng)度可以控制在10-30MPa。

如圖3所示，在不銹鋼瓦基1下端內(nèi)圓設(shè)有第五凹槽18，第五凹槽18形狀為圓弧，在不銹鋼瓦基1下端右側(cè)設(shè)有第六凹槽17，第六凹槽17形狀為直線(xiàn)，在不銹鋼瓦基1下端要外圓設(shè)有第七凹槽16，第七凹槽16形狀為圓弧，在不銹鋼瓦基1下端左側(cè)設(shè)有第八凹槽19，第八凹槽19形狀為直線(xiàn)；第五凹槽18右側(cè)與第六凹槽17連接相通，第六凹槽17上側(cè)與第七凹槽16右側(cè)連接相通，第七凹槽16左側(cè)與第八凹槽19上側(cè)連接想通，第八凹槽19下側(cè)與第五凹槽18左側(cè)連接相通；在不銹鋼瓦基2下端中間設(shè)有支撐凹槽6，第二粗糙面5在不銹鋼瓦基2下端表面，第二粗糙面5一般采用滾花工藝進(jìn)行處理；提高了不銹鋼瓦基1與隔熱瓦面2的結(jié)合可靠性，等效抗剪切結(jié)合強(qiáng)度可以控制在10-30MPa。

如圖4所示，工作瓦面2嵌入不銹鋼瓦基1，第一連接線(xiàn)11經(jīng)第一夾角14與第二連接線(xiàn)12連接，第二連接線(xiàn)12經(jīng)第二夾角15與第三連接線(xiàn)13連接，第一夾角14大于60度且小于90度，第二夾角15大于60度且小于90度，即提高了工作瓦面2與不銹鋼瓦基1結(jié)合強(qiáng)度，又降低了熱壓工作瓦面2時(shí)的成型難度。

如圖5所示，徑向限位槽20設(shè)置在隔熱瓦面內(nèi)側(cè)，具備徑向定位作用和軸向?qū)蜃饔茫S向限位槽44設(shè)置在隔熱瓦面3外側(cè)，具備軸向定位作用和徑向?qū)蜃饔?；?dāng)推力瓦沿著徑向擺動(dòng)時(shí)，徑向限位槽20為限位，軸向限位槽44為轉(zhuǎn)軸；當(dāng)推力瓦沿著周向擺動(dòng)時(shí)，徑向限位槽20為為轉(zhuǎn)軸，軸向限位槽44為限位。本發(fā)明結(jié)構(gòu)，在徑向擺動(dòng)或周向擺動(dòng)時(shí)，兩個(gè)限位槽，一個(gè)轉(zhuǎn)軸，一個(gè)定位，不存在定位不足，或過(guò)定位，提高了推力瓦運(yùn)行的穩(wěn)定性。

如圖6所示，第四連接線(xiàn)21與第五連接線(xiàn)22相連，第四連接線(xiàn)21與第五連接線(xiàn)22垂直，第五連接線(xiàn)22與第六連接線(xiàn)23相連，第五連接線(xiàn)22與第六連接線(xiàn)23垂直，第六連接線(xiàn)23與第七連接線(xiàn)24相連，第六連接線(xiàn)23與第七連接線(xiàn)24垂直，第七連接線(xiàn)24與第八連接線(xiàn)25相連，第七連接線(xiàn)24與第八連接線(xiàn)25垂直，第八連接線(xiàn)25與第九連接線(xiàn)26相連，第八連接線(xiàn)25與第九連接線(xiàn)26垂直，第九連接線(xiàn)26與第十連接線(xiàn)27相連，第九連接線(xiàn)26與第十連接線(xiàn)27垂直，可以提高徑向限位槽20的定位精度，并增加限位的穩(wěn)定性。

如圖7所示，第十一連接線(xiàn)28與第十二連接線(xiàn)29相連，第十一連接線(xiàn)28與第十二連接線(xiàn)29垂直，第十二連接線(xiàn)29與第十三連接線(xiàn)30相連，第十二連接線(xiàn)29與第十三連接線(xiàn)30垂直，第十三連接線(xiàn)30與第十四連接線(xiàn)31相連，第十三連接線(xiàn)30與第十四連接線(xiàn)31垂直，第十四連接線(xiàn)31與第十五連接線(xiàn)32相連，第十四連接線(xiàn)31與第十五連接線(xiàn)32垂直，第十五連接線(xiàn)32與第十六連接線(xiàn)33相連，第十五連接線(xiàn)32與第十六連接線(xiàn)33垂直，第十六連接線(xiàn)33與第十七連接線(xiàn)34相連，第十六連接線(xiàn)33與第十七連接線(xiàn)34垂直可以提高軸向限位槽44的定位精度，并增加限位的穩(wěn)定性。

如圖8所示，隔熱瓦面3與不銹鋼瓦基1連接并接觸，不銹鋼瓦基1與工作瓦面2連接并接觸，在不銹鋼瓦基1內(nèi)側(cè)設(shè)有限位凹槽35，限位凹槽35形狀為矩形，限位凹槽35在隔熱瓦面3與工作瓦面2之間，限位凹槽35簡(jiǎn)化了軸向方向的限位結(jié)構(gòu)。

如圖9所示，推力瓦端面瓦形為圓形，圓形限位槽36內(nèi)側(cè)連接圓形粗糙面42，圓形粗糙面42表面一般采用滾花工藝處理；推力瓦端面瓦形為圓形比推力瓦端面瓦形為扇形具有更好的水膜壓力分布，節(jié)省空間。

如圖10所示，推力瓦端面瓦形為橢圓形，橢圓形限位槽37內(nèi)側(cè)連接橢圓形粗糙面43，橢圓形粗糙面43表面一般采用滾花工藝處理，比較接近水膜壓力的真實(shí)分布，使得推力瓦瓦溫更為合理。

如圖11所示，推力瓦端面瓦形為外凸扇形，第九凹槽40右側(cè)與第十凹槽39下側(cè)連接，第十凹槽39上側(cè)與第十一凹槽38右側(cè)連接，第十一凹槽38左側(cè)與第十二凹槽41上側(cè)連接，第十二凹槽41下側(cè)與第九凹槽左側(cè)連接，內(nèi)部設(shè)置外凸扇形粗糙面44，外凸扇形粗糙面44表面一般采用滾花工藝處理，即保留了推力瓦端面為扇形利于限位的優(yōu)點(diǎn)，也使得在水膜壓力分布方面更為合理，可以較好降低磨損程度。