[发明专利]一种超静音零泄漏核主泵/风机压缩机一体化设计方案

说明书

一种适用于核电站核岛及舰船核动力装置的核主泵或核风机/压缩机一体化耦合设计方案，其主要设计特征在于驱动电机和过流部件一体化两支点总体结构设计以减少噪声源；采取锥面非接触双向推力永磁轴承或电磁轴承以降低噪声值；配置钛合金、铝合金或碳纤维轻质叶轮以提升轴系静音水平；轴系转动部件内置于承压壳体边界之中防止工作介质破口外漏和放射性逸出；绕组采用增强绝缘技术以改善辐照老化性能；设置绝热屏以阻断热量向电机腔体传导。该方案具备超静音、零泄漏、耐辐照、省空间、高效率、低维护技术特点，媲美甚或优于欧洲美国同类产品。既适用于核电核军工领域，亦可用于光热发电、火力发电、石油化工、煤化工等行业，属于泵和风机压缩机技术领域。

(一)技术领域：

本发明是一种适用于核电站核岛一回路及舰船核动力装置的核主泵或核风机/压缩机设计方案，其主要结构特征在于驱动电机(驱动端)和过流部件(过流端)奉行一体化两点悬臂梁支承结构耦合设计理念，将轴系支承简化到最少的程度以减少噪声源；采取锥面非接触双向推力永磁轴承或电磁轴承作为轴系主力轴承，以传统滑动轴承或滚动轴承作为辅助轴承的转子动力学布置型式以降低噪声值；轴承和电机转子浸没于工作介质当中且被定子绕组和电机壳体所密闭在内可有效屏蔽或阻断设备噪声的传播；叶轮选用轻质材料(相对于钢质叶轮)比如钛合金、铝合金或碳纤维以改善转子动力学运转特性并提升轴系静音水平；机壳壳体、电机壳体一般作为核岛一回路承压边界，轴系内置于承压壳体边界之中，通过电气贯穿件输入电能，无需采用轴向机械密封或屏蔽套防止工作介质破口外漏和放射性逸出；电机定子绕组在常规绝缘的基础上叠加辐照交联聚乙烯增强绝缘技术、聚合物硅酸盐增强绝缘技术或陶瓷绝缘增强技术以提升绕组线圈在放射性工作介质当中的辐照老化性能；过流端和驱动端间按照“炉钩原理”设置绝热屏结构并作绝热涂层设计以阻断工作介质向驱动电机方向的热传导、热辐射；采用上述设计方案的核主泵、核风机/压缩机具有优异的超静音技术指标，可媲美甚或超过美国、欧洲及俄罗斯同等功率同类产品技术性能指标。该设计方案具备超静音、零泄漏、耐辐照、省空间、高效率、低维护的技术特点，既适合应用于核电核军工领域，亦可应用于光热发电、火力发电、石油化工、煤化工等领域，属于泵和风机压缩机技术领域。

(二)背景技术：

传统的核级泵和核级风机压缩机设备通常驱动端(一般为两轴承悬臂梁转子结构电动机)和过流端(一般为两轴承悬臂转子或两端支承结构泵或风机压缩机)是两个独立的单体设备，多数情况下由两个不同的生产部门制造试验且分体布置；两个单体设备共享焊接或铸造底座组成一个机组并结合成一个轴系，轴系靠膜片联轴器挠性连接或锥套联轴器刚性连接，通常根据运行工况需求既可以设计为刚性转子也可以设计为挠性转子，由于联轴器串起的轴系在驱动端和过流端各有两个支承点即两套轴承副，这样一个典型标准的转子动力学总体布置方案简称为“四轴承”布局方案。

驱动端和过流端转子轴承通常选用静音滚动轴承(设备PN值≤1000000时可选，PN值为额定功率和额定转速的乘积，表征选配轴承的极限使用工况)或动压滑动轴承(设备PN值≥1000000时必选)。油脂润滑、溅油润滑、油浴润滑一般适用于装配滚动轴承的设备，油站系统一般适用于滑动轴承的强制润滑和油温冷却，过流端轴承箱体有时会配置风冷或水冷辅助系统；动力端根据运行工况有时也会为了控制轴承和绕组线圈温升不超过规范要求而配置空冷或水冷系统。传统的设备“四轴承”总体布置方案也会产生若干变种方案：动力端功率不大的时候，设备有时会去掉一个流体端支承点简化为“三轴承”总体布置方案；大功率且配带惰飞轮的时候，流体端也会在惰飞轮前后各设置一个支承点形成“五轴承”总体布置方案，惰飞轮的功能是泵或风机在失电情况下靠惯性惰转排出堆芯余热。

传统布置方案一旦设计定型，其转子动力学特征就已固化确定，设备固有频率、临界转速、振动数值水平、噪声数值水平、机脚加速度水平就基本稳定在某个数量级水准。除了通过提高制造精度、轴系动平衡精度、轴承精度(选配静音轴承)和装配精度等能够略有改善之外，很难有本质上的提升和突破。这是目前军工转动设备“减振降噪”普遍面对的一个无法突破临界值的困境。