【摘  要】针对压水堆核电站重要厂用磁翻柱液位计在事故工况下发生水淹，磁翻柱液位计组仍能正常运行的要求，研究了一种轴承防水淹没保护机构，并通过试验验证证明该机构是安全可靠的。

一、前言

压水堆核电站重要厂用磁翻柱液位计是核安全三级磁翻柱液位计，是为设备冷却水系统热交换器服务的，用来将设备冷却水系统热交换器中的热量传到zui终热阱——大海。要求在事故工况下，磁翻柱液位计房发生水淹且水位未超过重要厂用磁翻柱液位计驱动端防尘盘时，重要厂用磁翻柱液位计仍能正常运行。如果普通离心磁翻柱液位计的轴承部件被水淹没，水就会立即进入轴承腔体，造成润滑脂失效，导致磁翻柱液位计因出现故障或损坏而不能正常运行。

二、磁翻柱液位计组安装

重要厂用磁翻柱液位计位于电厂的联合厂房（PX）地坑内，基础安装标高－20.00m。每个核反应堆分A、B两个系列，每个系列配置2台磁翻柱液位计，通过取水构筑物从zui终热阱（海水）吸水，磁翻柱液位计入口压力为3.5～20m。磁翻柱液位计在现场的管路布置及安装位置如图1和图2所示。

三、机构设计研究

1.磁翻柱液位计结构

重要厂用磁翻柱液位计为立式、单级、单吸、悬臂、径向剖分和双蜗壳结构，工作介质由磁翻柱液位计底部吸入，水平排出。该磁翻柱液位计主要由磁翻柱液位计体、磁翻柱液位计盖、叶轮、磁翻柱液位计轴和轴承等部件组成，磁翻柱液位计与电动机采用膜片式联轴器联接，轴封为填料密封，轴承由圆柱滚子轴承（非驱动端）与成对的角接触球轴承（驱动端）组合，轴承润滑为脂润滑。

2.轴承保护机构

（1）设计原理 磁翻柱液位计在运转过程中，转子上作用着轴向力，该力将拉动转子轴向移动。在设计磁翻柱液位计时必须设法消除或平衡此轴向力，方能使磁翻柱液位计正常工作。在设计中经常用到一种背叶片方法来平衡转子轴向力，背叶片平衡轴向力的原理如图3所示。

由上述公式可以看出，在其他参数一定的情况下，t值越大，即背叶片与壳体壁的间隙（s-t）越小、背叶片直径越大，背叶片平衡轴向力的能力越强。背叶片不仅能够平衡轴向力，同时还能减小轴封前液体的压力，有防止杂质进入轴封的功能。

（2）设计研究 根据背叶片工作原理及背叶片有能够防止杂质进入轴封的功能，假设外部压力一定的情况下，调整背叶片直径及背叶片与壳体壁间的间隙，背叶片能否完全阻止外部介质液体进入腔体内。对此，设计了密封动力轮及试验装置进行试验验证，试验装置如图4所示。密封动力轮安装在试验装置的zui下端，通过键与装置传动轴连接在一起，装置zui上端装有电动机，电动机通过联轴器带动传动轴转动，zui终使密封动力轮转动；装置中所有相对静止件间均有O形圈进行密封。

（3）试验验证 密封动力轮背部隔离腔盖的空腔内装有液位计接触板，当有水进入隔离腔盖的空腔内时，与液位计接触板连接的指示灯会亮，指示灯亮的数量代表进入空腔内水的液位；同时在支撑管上标记有刻度，可以直观反应当指示灯亮时密封动力轮被水淹深度。

试验时，起动电动机在密封动力轮转动的情况下将试验装置缓慢放入水池中，边下沉装置边观察指示灯，当指示灯亮时记录下此时装置插入水中的深度，如图5所示；通过调整密封动力轮直径、密封动力轮叶片与隔离腔盖间的间隙值进行多次试验，得到几组密封动力轮直径、密封动力轮叶片与防尘压盖间的间隙、插入深度、指示灯亮个数的数据见下表。

（4）试验验证结论 从试验验证结果可以得出，密封动力轮直径和密封动力轮叶片与壳体间的间隙匹配适当的话，当被水淹一定水位，磁翻柱液位计轴带动密封动力轮旋转，密封动力轮背部离心叶片对水做功并在离心力作用下使密封动力轮外边缘处形成高压区，能阻挡水进入轴承腔体。

四、产品应用

经试验验证，密封动力轮对水能起密封作用，将密封动力轮应用在重要厂用磁翻柱液位计的轴承部件的结构设计上，如图6所示。

密封动力轮设计有离心叶片，通过轴套和轴肩轴向定位，采用键连接并随轴转动；密封动力轮与磁翻柱液位计轴间安装有O形圈，实现了轴承腔体的轴向密封；隔离腔盖、轴承压盖设计有径向密封。为保证运行过程中，非驱动端轴承腔体处不形成较低负压区，产生油脂流失现象、影响轴承润滑，隔离腔盖上安装有平衡管，平衡管与隔离腔相通。平衡管末端高于水淹没液位且开口向下或水平，保证磁翻柱液位计正常运转或磁翻柱液位计房发生水淹时，能够保证非驱动端轴承腔体处的压力平衡，不影响磁翻柱液位计设备正常运转。

五、结语

该轴承防水淹没保护机构具有结构简单、安全可靠等特点，可以保证核电站在事故工况下，即磁翻柱液位计房发生水淹且水位淹没重要厂用磁翻柱液位计轴承部件时，重要厂用磁翻柱液位计轴承不失效，仍能正常运行，为设备冷却水系统热交换器提供冷却水，导出设备冷却水系统所传输的热量，确保核电站的安全。