磁性聯軸器試驗設計與驗證 *

2021-05-18 05:33:00鄭富磊靳峰雷楊孔靂陳樹明秦沈杰唐劍鋒

機械研究與應用 2021年2期

鄭富磊，靳峰雷，楊孔靂，陳樹明，秦沈杰，唐劍鋒

(1.中國原子能科學研究院反應堆工程技術研究部，北京 102413； 2.上海第一機床廠有限公司，上海 201306)

0 引言

同軸磁性聯軸器是示范快堆非能動棒驅動機構(PSR-HRDM)的關鍵部件之一，是其傳動系統和密封邊界的重要組成部分。磁性聯軸器利用磁力無接觸傳遞扭矩的工作原理，使驅動部分和從動部分完全隔離開來[1]，用于實現輸入軸和輸出軸之間扭矩的傳遞，同時也避免了轉軸的動密封問題因而不存在外漏的可能性[2]。根據結構不同，磁性聯軸器主要分為平面傳動聯軸器和同軸聯軸器兩種[3]。在PSR-HRDM中，選用的是同軸型磁性聯軸器。

溫升和啟動偏轉角會對PSR-HRDM傳遞扭矩和傳動系統精度產生不利影響。PSR-HRDM要求選用的磁性聯軸器不僅能夠實現可靠的密封，扭矩輸出能力和啟動偏轉角也均應滿足使用要求。考慮到選用的磁性聯軸器缺少工作溫度下的溫升和啟動偏轉角數據，因此需要設計相關試驗，定量確定相關參數。

筆者針對某型用于PSR-HRDM磁性聯軸器的溫升和啟動偏轉角，確定了驗證指標，設計了試驗方案，并進行了試驗驗證。試驗結果表明，該型磁性聯軸器可以滿足工程需要。

1 磁性聯軸器的基本結構

磁性聯軸器結構簡圖如圖1所示，包括密封殼、輸入軸、內磁環、外磁環和輸出軸。輸入軸處于反應堆外，與電機連接。輸入軸處于反應堆內，與下部傳動元件連接。靜態時，內、外磁環無相對運動，無扭矩傳遞。啟動時，由于系統摩擦和傳動元件慣性的存在，在獲得穩定的傳遞扭矩之前，內磁環需相對外磁環轉動一定角度，即啟動偏轉角φ，該啟動偏轉角會對系統傳動精度產生一定的不利影響。在使用過程中，磁性聯軸器溫度會隨著時間的增加而升高，直至達到熱平衡。內外磁環的磁性會隨著溫度的上升而逐漸減弱，當達到其居里點時，磁性完全喪失。

有必要對PSR-HRDM用磁性聯軸器的啟動偏轉角和溫升特點進行定量研究，分析對PSR-HRDM整機的影響。

2 試驗設計

2.1 試驗對象

試驗對象：PSR-HRDM用磁性聯軸器，簡圖如圖1所示；內外磁環材料為SmCo。

圖1 磁性聯軸器基本結構1.密封殼 2.輸入軸 3.內磁環 4.外磁環 5.輸出軸

2.2 試驗條件

試驗溫度：(55±5)℃，同實際工作環境溫度；試驗介質：空氣，同輸入軸側實際工作環境介質；轉速：2 000 r/min。

2.3 試驗驗證指標

根據PSR-HRDM整機功能指標分解，確定磁性聯軸器的試驗驗證參數與驗收指標如表1所列。

表1 磁性聯軸器試驗驗證參數與驗收指標

2.4 測量器具

試驗用主要測量工具名稱、規格型號、精度、量程等相關數據信息，見表2。

表2 試驗用測量工具

2.5 試驗方法

2.5.1 溫升試驗

溫升試驗裝置主要由驅動電機、試驗用磁性聯軸器、動態扭矩傳感器、負載電機、空氣加熱器、紅外線溫度計等組成。驅動電機安裝在磁性聯軸器的輸出端，是磁性聯軸器的驅動裝置。動態扭矩傳感器用于測量磁性聯軸器傳遞扭矩。負載電機安裝在磁性聯軸器的輸出端，用于模擬相對應的負載扭矩。空氣加熱器用于控制試驗環境溫度。紅外線溫度計用于測試磁性聯軸器表面溫度。

在額定工作載荷下，間隔固定時間對磁性聯軸器表面溫度進行監測。當磁性聯軸器表面溫度連續20 min波動小于±1 ℃時，即認為磁性聯軸器達到熱平衡。

2.5.2 啟動偏轉角試驗

啟動偏轉角試驗裝置主要由：數顯傾角儀、靜態扭矩傳感器、扭矩盤、空氣加熱器、固定支架、磁性聯軸器和紅外線溫度計等組成。數顯傾角儀用于測試磁性聯軸器在扭矩作用下的啟動偏轉角度。靜態扭矩傳感器用于測試磁性聯軸器傳遞扭矩。扭矩盤用于磁性聯軸器受力扭矩發生與調節。空氣加熱器用于控制試驗環境溫度。固定支架用于固定磁性聯軸器的一端。紅外線溫度計用于測試磁性聯軸器表面溫度。