【摘  要】針對(duì)壓水堆核電站重要廠用磁翻柱液位計(jì)在事故工況下發(fā)生水淹，磁翻柱液位計(jì)組仍能正常運(yùn)行的要求，研究了一種軸承防水淹沒(méi)保護(hù)機(jī)構(gòu)，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證證明該機(jī)構(gòu)是安全可靠的。

一、前言

壓水堆核電站重要廠用磁翻柱液位計(jì)是核安全三級(jí)磁翻柱液位計(jì)，是為設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱交換器服務(wù)的，用來(lái)將設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱交換器中的熱量傳到zui終熱阱——大海。要求在事故工況下，磁翻柱液位計(jì)房發(fā)生水淹且水位未超過(guò)重要廠用磁翻柱液位計(jì)驅(qū)動(dòng)端防塵盤(pán)時(shí)，重要廠用磁翻柱液位計(jì)仍能正常運(yùn)行。如果普通離心磁翻柱液位計(jì)的軸承部件被水淹沒(méi)，水就會(huì)立即進(jìn)入軸承腔體，造成潤(rùn)滑脂失效，導(dǎo)致磁翻柱液位計(jì)因出現(xiàn)故障或損壞而不能正常運(yùn)行。

二、磁翻柱液位計(jì)組安裝

重要廠用磁翻柱液位計(jì)位于電廠的聯(lián)合廠房（PX）地坑內(nèi)，基礎(chǔ)安裝標(biāo)高－20.00m。每個(gè)核反應(yīng)堆分A、B兩個(gè)系列，每個(gè)系列配置2臺(tái)磁翻柱液位計(jì)，通過(guò)取水構(gòu)筑物從zui終熱阱（海水）吸水，磁翻柱液位計(jì)入口壓力為3.5～20m。磁翻柱液位計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)的管路布置及安裝位置如圖1和圖2所示。

三、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

1.磁翻柱液位計(jì)結(jié)構(gòu)

重要廠用磁翻柱液位計(jì)為立式、單級(jí)、單吸、懸臂、徑向剖分和雙蝸殼結(jié)構(gòu)，工作介質(zhì)由磁翻柱液位計(jì)底部吸入，水平排出。該磁翻柱液位計(jì)主要由磁翻柱液位計(jì)體、磁翻柱液位計(jì)蓋、葉輪、磁翻柱液位計(jì)軸和軸承等部件組成，磁翻柱液位計(jì)與電動(dòng)機(jī)采用膜片式聯(lián)軸器聯(lián)接，軸封為填料密封，軸承由圓柱滾子軸承（非驅(qū)動(dòng)端）與成對(duì)的角接觸球軸承（驅(qū)動(dòng)端）組合，軸承潤(rùn)滑為脂潤(rùn)滑。

2.軸承保護(hù)機(jī)構(gòu)

（1）設(shè)計(jì)原理 磁翻柱液位計(jì)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子上作用著軸向力，該力將拉動(dòng)轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)。在設(shè)計(jì)磁翻柱液位計(jì)時(shí)必須設(shè)法消除或平衡此軸向力，方能使磁翻柱液位計(jì)正常工作。在設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到一種背葉片方法來(lái)平衡轉(zhuǎn)子軸向力，背葉片平衡軸向力的原理如圖3所示。

由上述公式可以看出，在其他參數(shù)一定的情況下，t值越大，即背葉片與殼體壁的間隙（s-t）越小、背葉片直徑越大，背葉片平衡軸向力的能力越強(qiáng)。背葉片不僅能夠平衡軸向力，同時(shí)還能減小軸封前液體的壓力，有防止雜質(zhì)進(jìn)入軸封的功能。

（2）設(shè)計(jì)研究 根據(jù)背葉片工作原理及背葉片有能夠防止雜質(zhì)進(jìn)入軸封的功能，假設(shè)外部壓力一定的情況下，調(diào)整背葉片直徑及背葉片與殼體壁間的間隙，背葉片能否完全阻止外部介質(zhì)液體進(jìn)入腔體內(nèi)。對(duì)此，設(shè)計(jì)了密封動(dòng)力輪及試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)裝置如圖4所示。密封動(dòng)力輪安裝在試驗(yàn)裝置的zui下端，通過(guò)鍵與裝置傳動(dòng)軸連接在一起，裝置zui上端裝有電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，zui終使密封動(dòng)力輪轉(zhuǎn)動(dòng)；裝置中所有相對(duì)靜止件間均有O形圈進(jìn)行密封。

（3）試驗(yàn)驗(yàn)證 密封動(dòng)力輪背部隔離腔蓋的空腔內(nèi)裝有液位計(jì)接觸板，當(dāng)有水進(jìn)入隔離腔蓋的空腔內(nèi)時(shí)，與液位計(jì)接觸板連接的指示燈會(huì)亮，指示燈亮的數(shù)量代表進(jìn)入空腔內(nèi)水的液位；同時(shí)在支撐管上標(biāo)記有刻度，可以直觀反應(yīng)當(dāng)指示燈亮?xí)r密封動(dòng)力輪被水淹深度。

試驗(yàn)時(shí)，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)在密封動(dòng)力輪轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下將試驗(yàn)裝置緩慢放入水池中，邊下沉裝置邊觀察指示燈，當(dāng)指示燈亮?xí)r記錄下此時(shí)裝置插入水中的深度，如圖5所示；通過(guò)調(diào)整密封動(dòng)力輪直徑、密封動(dòng)力輪葉片與隔離腔蓋間的間隙值進(jìn)行多次試驗(yàn)，得到幾組密封動(dòng)力輪直徑、密封動(dòng)力輪葉片與防塵壓蓋間的間隙、插入深度、指示燈亮個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。

（4）試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論 從試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果可以得出，密封動(dòng)力輪直徑和密封動(dòng)力輪葉片與殼體間的間隙匹配適當(dāng)?shù)脑挘?dāng)被水淹一定水位，磁翻柱液位計(jì)軸帶動(dòng)密封動(dòng)力輪旋轉(zhuǎn)，密封動(dòng)力輪背部離心葉片對(duì)水做功并在離心力作用下使密封動(dòng)力輪外邊緣處形成高壓區(qū)，能阻擋水進(jìn)入軸承腔體。

四、產(chǎn)品應(yīng)用

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，密封動(dòng)力輪對(duì)水能起密封作用，將密封動(dòng)力輪應(yīng)用在重要廠用磁翻柱液位計(jì)的軸承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，如圖6所示。

密封動(dòng)力輪設(shè)計(jì)有離心葉片，通過(guò)軸套和軸肩軸向定位，采用鍵連接并隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)；密封動(dòng)力輪與磁翻柱液位計(jì)軸間安裝有O形圈，實(shí)現(xiàn)了軸承腔體的軸向密封；隔離腔蓋、軸承壓蓋設(shè)計(jì)有徑向密封。為保證運(yùn)行過(guò)程中，非驅(qū)動(dòng)端軸承腔體處不形成較低負(fù)壓區(qū)，產(chǎn)生油脂流失現(xiàn)象、影響軸承潤(rùn)滑，隔離腔蓋上安裝有平衡管，平衡管與隔離腔相通。平衡管末端高于水淹沒(méi)液位且開(kāi)口向下或水平，保證磁翻柱液位計(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)或磁翻柱液位計(jì)房發(fā)生水淹時(shí)，能夠保證非驅(qū)動(dòng)端軸承腔體處的壓力平衡，不影響磁翻柱液位計(jì)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

五、結(jié)語(yǔ)

該軸承防水淹沒(méi)保護(hù)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠等特點(diǎn)，可以保證核電站在事故工況下，即磁翻柱液位計(jì)房發(fā)生水淹且水位淹沒(méi)重要廠用磁翻柱液位計(jì)軸承部件時(shí)，重要廠用磁翻柱液位計(jì)軸承不失效，仍能正常運(yùn)行，為設(shè)備冷卻水系統(tǒng)熱交換器提供冷卻水，導(dǎo)出設(shè)備冷卻水系統(tǒng)所傳輸?shù)臒崃?，確保核電站的安全。