專利名稱：一種球床高溫氣冷堆離心式氦氣壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及球床高溫氣冷堆的一種離心式氦氣壓縮機，屬于反應(yīng)堆工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外小流量大壓升的氦氣壓縮機種類很少，用得較多的主要是往復(fù)式氦氣壓縮 機和離心式氦氣壓縮機，但由于往復(fù)式壓縮機需要定期更換易損零部件，當考慮長期運行和 較少維護時，離心式壓縮機則更加合適。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的氦氣壓縮機為臥式雙級離心式壓縮機，風(fēng)機葉輪由電機驅(qū)動，并與其驅(qū)動 電機同軸，葉輪懸臂安裝于電機軸兩端。壓縮機具有承壓機殼，整體設(shè)置在一回路介質(zhì)氦氣 冷卻劑的壓力環(huán)境內(nèi)，在反應(yīng)堆正常運行工況下， 一回路氦氣的壓力為7.0MPa，溫度為100 20(TC。
本發(fā)明提出的氦氣壓縮機，其入口氦氣壓力為7.0MPa，出口氦氣壓力為7.2MPa，即壓力 升為O. 2MPa，流量為800m3/hour，正常運行時電動機的轉(zhuǎn)速為10000r/min，氦氣的壓力升 和流量可以通過調(diào)整葉輪的形式和尺寸以及電機的轉(zhuǎn)速而在一定范圍內(nèi)進行調(diào)整。
本發(fā)明提出的小流量氦氣壓縮機為全密封式設(shè)備，葉輪后隔板上有軸封結(jié)構(gòu)，以減少氦 壓縮機的內(nèi)泄漏。為滿足氦氣壓縮機安裝和檢修的要求，壓縮機機殼兩端各有一個封頭，用 法蘭連接，打開封頭后可對氦氣壓縮機進行檢修。
離心式壓縮機要達到小流量和大壓升的要求，轉(zhuǎn)子和葉輪需要高速旋轉(zhuǎn)和多級壓縮。對 于充滿高壓氦氣的高溫堆一回路系統(tǒng)，與其連接的離心式壓縮機不能采用油或脂潤滑的機械 軸承，只能考慮采用氣體靜壓、氣體動壓和電磁軸承，本發(fā)明選用技術(shù)先進的電磁軸承支撐 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明提出的一種球床高溫氣冷堆離心式氦氣壓縮機,主要部件包括機殼、葉輪、轉(zhuǎn)軸、 電磁軸承、高速電機和電氣貫穿件，如圖1所示，圖中各部件分別為-
l-壓縮機機殼；2-—級壓縮側(cè)封頭；3-—級壓縮側(cè)葉輪；4一二級壓縮側(cè)封頭；5-二級壓 縮側(cè)葉輪；6-轉(zhuǎn)軸；7-二級壓縮側(cè)電磁軸承；8-—級壓縮側(cè)電磁軸承；9-高速電機轉(zhuǎn)子；10-高速電機定子；ll-電氣貫穿件；12-檢漏管；13-固定螺栓；14-一級壓縮側(cè)氦氣進氣室；15-一級壓縮側(cè)氦氣排氣室；16-二級壓縮側(cè)氦氣進氣室；17-二級壓縮側(cè)氦氣排氣室；18-電機腔
室冷卻氦氣入口管；19-機殼水冷套冷卻水入口管(與18不是同一根管道，在周向呈一定夾 角)；20-機殼水冷套；21-冷卻水出口管；22-電機腔室冷卻氦氣出口管(與21不是同一根管 道，在周向呈一定夾角)。
本發(fā)明提出的一種球床高溫氣冷堆離心式氦氣壓縮機的部件的安裝方式為 一級壓縮側(cè)封頭2和二級壓縮側(cè)封頭4通過固定螺栓13固定在機殼1上； 一級壓縮側(cè)葉 輪3和二級壓縮側(cè)葉輪5通過螺釘固定在轉(zhuǎn)軸6的兩端；二級壓縮側(cè)電磁軸承7和一級壓縮 側(cè)電磁軸承8位于轉(zhuǎn)軸6的兩端，對稱布置，用以支撐轉(zhuǎn)軸6和高速電機的轉(zhuǎn)子9以及電磁 軸承的轉(zhuǎn)子； 一級壓縮側(cè)電磁軸承8只承受徑向載荷，二級壓縮側(cè)電磁軸承7同時承受徑向 載荷和軸向載荷；兩個電磁軸承的定子固定在機殼l上，轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)軸6上，高速電機轉(zhuǎn) 子9和高速電機定子IO布置在壓縮機的中間位置，高速電機轉(zhuǎn)子9固定在轉(zhuǎn)軸6上，高速電 機定子10固定在壓縮機機殼1上；高速電機轉(zhuǎn)子9、高速電機定子IO和兩套電磁軸承的電 源線和信號線通過電氣貫穿件11引到壓縮機機殼1外部； 一級壓縮側(cè)封頭2和二級壓縮側(cè)封 頭4與機殼1的連接法蘭、 一級壓縮側(cè)封頭2與一級壓縮側(cè)氦氣進氣室14法蘭、二級壓縮側(cè) 封頭4與二級壓縮側(cè)氦氣進氣室16法蘭的密封處都設(shè)置氣體泄漏測量管12，可實時監(jiān)測氦 氣的泄漏，保證良好的密封效果；固定螺栓13連接一級壓縮側(cè)封頭2與機殼1: 一級壓縮側(cè) 氦氣進氣室14位于一級壓縮側(cè)封頭2的外部，與一級壓縮側(cè)葉輪3相通； 一級壓縮側(cè)氦氣排 氣室15位于一級壓縮側(cè)葉輪3的外部；二級壓縮側(cè)氦氣進氣室16位于二級壓縮側(cè)封頭4的 外部，與二級壓縮側(cè)葉輪5相通；二級壓縮側(cè)氦氣排氣室17位于二級壓縮側(cè)葉輪5的外部； 電機腔室冷卻氦氣入口管18位于機殼1的外部，靠近一級壓縮側(cè)；機殼水冷套冷卻水入口管 19也位于機殼1的外部，靠近一級壓縮側(cè)，但與電機腔室冷卻氦氣入口管18不是同一根管 道，在周向呈一定夾角；機殼水冷套20位于機殼1的外部，呈環(huán)形布置；冷卻水出口管21 位于機殼l的外部，靠近二級壓縮側(cè)；電機腔室冷卻氦氣出口管22也位于機殼1的外部，靠 近二級壓縮側(cè)，但與冷卻水出口管21不是同一根管道，在周向呈一定夾角。 本發(fā)明提出的小流量氦氣壓縮機的工作原理為
兩套電磁軸承7和8通電后，將轉(zhuǎn)軸6和高速電機的轉(zhuǎn)子9、兩套電磁軸承的轉(zhuǎn)子以及 兩個葉輪3和5懸浮起來，然后高速電機啟動，帶動轉(zhuǎn)軸6和兩個葉輪3和5逐漸加速旋轉(zhuǎn)， 在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪作用下，氦氣首先從一級壓縮側(cè)氦氣進氣室14進入壓縮機內(nèi)進行第一級升 壓，升壓后的氦氣從一級壓縮側(cè)氦氣排氣室15流出壓縮機，由于經(jīng)過旋轉(zhuǎn)升壓和摩擦發(fā)熱， 經(jīng)過一級升壓后的氦氣溫度升高。
經(jīng)過一級升壓后的氦氣從二級壓縮側(cè)氦氣進氣室16進入壓縮機進行二級升壓，升壓后的 氦氣從二級壓縮側(cè)氦氣排氣室17流出壓縮機，完成氦氣的升壓過程。
升壓后的氦氣溫度較高，在輸送出去前需要進行冷卻，冷卻器位于壓縮機外部，為獨立 設(shè)備，冷卻器可采用管殼式換熱器，管內(nèi)為二次側(cè)的冷卻水，管外為需冷卻的氦氣，經(jīng)過冷
卻后的氦氣送往反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)完成其驅(qū)動功能后，返回壓縮機進行再次升壓。
在壓縮機運行過程中，高速電機和電磁軸承也會發(fā)熱，這部分熱量必須帶走，否則高速 電機和電磁軸承都無法正常工作，冷卻方式有兩種， 一種是將冷卻氦氣通入電機和電磁軸承 的腔室內(nèi)，將高速電機和電磁軸承的發(fā)熱及時帶走，另外一種是在壓縮機機殼上設(shè)置水冷套， 采用冷卻水直接冷卻機殼，把電機定子的發(fā)熱帶走，防止承壓機殼l過熱，保證機殼的強度 滿足承壓要求。
電機腔室的冷卻氣體來自通過二級壓縮后經(jīng)過冷卻的高壓氦氣，這部分冷卻氦氣的流量 占總流量的20% 40%，其流量與高速電機和電磁軸承的發(fā)熱功率有關(guān)，冷卻氦氣從電機腔室 冷卻氦氣入口管22進入電機腔室，在流過電機定子鐵芯的軸向開孔、轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙、 定子繞組以及電磁軸承的過程中，將其發(fā)出的熱量帶走，吸熱后的氦氣從電機腔室冷卻氦氣 出口管18流出壓縮機，然后與進入一級壓縮側(cè)氦氣入口管的氦氣匯合， 一起進入壓縮機內(nèi)進 行第一級升壓。電機腔室內(nèi)氦氣溫度約為6(TC，最高不超過65'C。
機殼水冷套20的冷卻水由機殼水冷套冷卻水入口管19流入，在螺旋形的水冷套內(nèi)流動， 在吸收熱量后從冷卻水出口管21流出水冷套，帶走高速電機的運行發(fā)熱，保證壓縮機機殼1 的強度滿足承壓要求。
本發(fā)明提出的小流量氦氣壓縮機，其驅(qū)動電機為置入式鼠籠感應(yīng)異歩高速電動機，設(shè)計 壽命為40年。驅(qū)動電機的主要部件包括定子、轉(zhuǎn)子、水冷卻器、測速裝置及其有關(guān)附件。驅(qū) 動電機具有遠距離控制的功能。
本發(fā)明提出的小流量氦氣壓縮機，其左右軸承均為徑向電磁軸承、軸向電磁軸承和輔助 軸承的組合體。電磁軸承能承受氦壓縮機在各種運行條件下的所有載荷。電磁軸承控制系統(tǒng) 能滿足電磁軸承運行控制的所有要求，包括電氣參數(shù)的額定值及裕度、控制的精度、保護措 施、元器件的老化、線路的必要絕緣和屏蔽等。
本發(fā)明提出的小流量氦氣壓縮機，具有以下優(yōu)點-
1. 氦氣壓縮機機殼全密封設(shè)計，保證了高壓環(huán)境下氦氣的泄漏率非常低；
2. 氦氣通過兩級壓縮達到其目標壓升，降低了葉輪的制造難度；
3. 兩級葉輪對稱布置和安裝，減小了運行過程中的軸向力，從而減小了軸承的軸向承載 力，有利于壓縮機的長期運行；
4. 采用電磁軸承支撐轉(zhuǎn)軸和電機，可以達到很高的轉(zhuǎn)速，能夠長期可靠運行；
5. 電機腔室的冷卻氣體來自二級壓升后經(jīng)過冷卻的氦氣，無需外部冷卻氣源，簡化了壓 縮機的設(shè)計；
6. 電機密封在機殼內(nèi)部，通過電氣貫穿件將電源線和信號線引出機殼，無需設(shè)計高壓下 的密封部件，簡化了設(shè)計，提高了運行可靠性。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布置圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖1介紹本發(fā)明的具體實施方式
。
本發(fā)明提出的小流量離心式氦氣壓縮機，主要功能是提供高壓升和小流量的氦氣，供球 床高溫氣冷堆一回路系統(tǒng)使用。用途之一是在反應(yīng)堆功率運行過程中，輸送燃料球到反應(yīng)堆 堆芯，輸送球的動力源來自該小流量離心式氦氣壓縮機，在反應(yīng)堆運行過程中，該小流量離 心式氦氣壓縮機不間斷運行，連續(xù)提升燃料球供給堆芯。
圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布置圖。1-壓縮機機殼；2-—級壓縮側(cè)封頭；3-—級壓縮側(cè)葉輪；4 一二級壓縮側(cè)封頭；5-二級壓縮側(cè)葉輪；6-轉(zhuǎn)軸；7-二級壓縮側(cè)電磁軸承；8-—級壓縮側(cè)電 磁軸承；9-高速電機轉(zhuǎn)子；10-高速電機定子；11-電氣貫穿件；12-檢漏管；13-固定螺栓；
14-一級壓縮側(cè)氦氣進氣室；15-—級壓縮側(cè)氦氣排氣室；16-二級壓縮側(cè)氦氣進氣室；17-二 級壓縮側(cè)氦氣排氣室；18-電機腔室冷卻氦氣入口管；19-機殼水冷套冷卻水入口管；20-機殼 水冷套；21-冷卻水出口管；22-電機腔室冷卻氦氣出口管。 一級壓縮側(cè)封頭2和二級壓縮側(cè) 封頭4通過固定螺栓13固定在壓縮機機殼1上； 一級壓縮側(cè)葉輪3和二級壓縮側(cè)葉輪5通過 螺釘固定在轉(zhuǎn)軸6的兩端；二級壓縮側(cè)電磁軸承7和一級壓縮側(cè)電磁軸承8位于轉(zhuǎn)軸6的兩 端，對稱布置；兩個電磁軸承的定子固定在壓縮機機殼l上，轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)軸6上；高速電 機轉(zhuǎn)子9和高速電機定子IO布置在壓縮機的中間位置，高速電機轉(zhuǎn)子9固定在轉(zhuǎn)軸6上，高 速電機定子10固定在壓縮機機殼1上；高速電機轉(zhuǎn)子9、高速電機定子10和兩套電磁軸承 的電源線和信號線通過電氣貫穿件11引到壓縮機機殼1外部； 一級壓縮側(cè)封頭2和二級壓縮 側(cè)封頭4與機殼1的連接法蘭、 一級壓縮側(cè)封頭2與一級壓縮側(cè)氦氣進氣室14法蘭、二級壓 縮側(cè)封頭4與二級壓縮側(cè)氦氣進氣室16法蘭的密封處設(shè)置有氣體泄漏測量管12; —級壓縮 側(cè)氦氣進氣室14位于一級壓縮側(cè)封頭2的外部，與一級壓縮側(cè)葉輪3相通； 一級壓縮側(cè)氦氣 排氣室15位于一級壓縮側(cè)葉輪3的外部；二級壓縮側(cè)氦氣進氣室16位于二級壓縮側(cè)封頭4
的外部，與二級壓縮側(cè)葉輪5相通；二級壓縮側(cè)氦氣排氣室17位于二級壓縮側(cè)葉輪5的外部； 電機腔室冷卻氦氣入口管18位于壓縮機機殼1的外部，靠近一級壓縮側(cè)；機殼水冷套冷卻水
入口管19位于壓縮機機殼1的外部，靠近一級壓縮側(cè)，但與電機腔室冷卻氦氣入口管18不 是同一根管道；機殼水冷套20位于壓縮機機殼1的外部，呈環(huán)形布置；冷卻水出口管21位 于壓縮機機殼1的外部，靠近二級壓縮側(cè)；電機腔室冷卻氦氣出口管22位于壓縮機機殼1的 外部，靠近二級壓縮側(cè)，但與冷卻水出口管21不是同一根管道。
氦氣壓縮機進口管與燃料球提升管路的氣體出口管道連接，IO(TC的冷氦氣吸入氦氣壓縮 機的一端，經(jīng)過一級壓縮后排出，再進入另外一端進行二級壓縮，經(jīng)過兩級升壓后的氦氣先
進行冷卻，冷卻后的氦氣通過氣體管路輸送到燃料球提升管路的氦氣入口端，驅(qū)動提升燃料 球到堆芯。氦氣冷卻器為獨立設(shè)備， 一次側(cè)為高溫氦氣，二次側(cè)為設(shè)備冷卻水。
為滿足驅(qū)動電機和電磁軸承工作溫度低于6(TC的要求，在壓縮機后面氦氣冷卻器的出口 取出部分經(jīng)過冷卻的氦氣(流量占總流量的20%~40%)，注入承壓殼內(nèi)，帶走電機和電磁軸 承的運行發(fā)熱，這部分氦氣從電機腔室流出后，重新返回壓縮機一級壓縮進氣管，與主氦氣 混合進行第一級升壓。此外，在氦壓縮機的承壓殼體上設(shè)有水冷套，用設(shè)冷水冷卻機殼。
為滿足氦壓縮機檢修、更換的要求，氦壓縮機兩端各設(shè)一個封頭，用法蘭連接，打開封 頭后可對氦壓縮機氣動部分進行檢測和檢修。氦壓縮機檢修時，將氦壓縮機與一回路的隔離 閥門關(guān)閉，保證一回路氦氣不會泄漏。
權(quán)利要求
1、一種球床高溫氣冷堆離心式氦氣壓縮機，其特征在于，該球床高溫氣冷堆離心式氦氣壓縮機包括壓縮機機殼(1)，一級壓縮側(cè)封頭(2)，一級壓縮側(cè)葉輪(3)，二級壓縮側(cè)封頭(4)，二級壓縮側(cè)葉輪(5)，轉(zhuǎn)軸(6)，二級壓縮側(cè)電磁軸承(7)，一級壓縮側(cè)電磁軸承(8)，高速電機轉(zhuǎn)子(9)，高速電機定子(10)，電氣貫穿件(11)，固定螺栓(13)，一級壓縮側(cè)氦氣進氣室(14)，一級壓縮側(cè)氦氣排氣室(15)，二級壓縮側(cè)氦氣進氣室(16)，二級壓縮側(cè)氦氣排氣室(17)，電機腔室冷卻氦氣入口管(18)，機殼水冷套冷卻水入口管(19)，機殼水冷套(20)，冷卻水出口管(21)，電機腔室冷卻氦氣出口管(22)；一級壓縮側(cè)封頭(2)和二級壓縮側(cè)封頭(4)通過固定螺栓(13)固定在壓縮機機殼(1)上；一級壓縮側(cè)葉輪(3)和二級壓縮側(cè)葉輪(5)通過螺釘固定在轉(zhuǎn)軸(6)的兩端；二級壓縮側(cè)電磁軸承(7)和一級壓縮側(cè)電磁軸承(8)位于轉(zhuǎn)軸(6)的兩端，對稱布置；兩個電磁軸承的定子固定在壓縮機機殼(1)上，轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)軸(6)上；高速電機轉(zhuǎn)子(9)和高速電機定子(10)布置在壓縮機的中間位置，高速電機轉(zhuǎn)子(9)固定在轉(zhuǎn)軸(6)上，高速電機定子(10)固定在壓縮機機殼(1)上；高速電機轉(zhuǎn)子(9)、高速電機定子(10)和兩套電磁軸承的電源線和信號線通過電氣貫穿件(11)引到壓縮機機殼(1)外部；一級壓縮側(cè)氦氣進氣室(14)位于一級壓縮側(cè)封頭(2)的外部，與一級壓縮側(cè)葉輪(3)相通；一級壓縮側(cè)氦氣排氣室(15)位于一級壓縮側(cè)葉輪(3)的外部；二級壓縮側(cè)氦氣進氣室(16)位于二級壓縮側(cè)封頭(4)的外部，與二級壓縮側(cè)葉輪(5)相通；二級壓縮側(cè)氦氣排氣室(17)位于二級壓縮側(cè)葉輪(5)的外部；電機腔室冷卻氦氣入口管(18)位于壓縮機機殼(1)的外部，靠近一級壓縮側(cè)；機殼水冷套冷卻水入口管(19)位于壓縮機機殼(1)的外部，靠近一級壓縮側(cè)，但與電機腔室冷卻氦氣入口管(18)不是同一根管道；機殼水冷套(20)位于壓縮機機殼(1)的外部；冷卻水出口管(21)位于壓縮機機殼(1)的外部，靠近二級壓縮側(cè)；電機腔室冷卻氦氣出口管(22)位于壓縮機機殼(1)的外部，靠近二級壓縮側(cè)，但與冷卻水出口管(21)不是同一根管道。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種球床高溫氣冷堆離心式氦氣壓縮機，其特征在于，所述球 床高溫氣冷堆離心式氦氣壓縮機在一級壓縮側(cè)封頭(2)和二級壓縮側(cè)封頭(4)與機殼(1) 的連接法蘭、 一級壓縮側(cè)封頭(2)與一級壓縮側(cè)氦氣進氣室(14)法蘭、二級壓縮側(cè)封頭(4) 與二級壓縮側(cè)氦氣進氣室(16)法蘭的密封處設(shè)置有氣體泄漏測量管(12)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種球床高溫氣冷堆離心式氦氣壓縮機，其特征在于，所 述機殼水冷套(20)位于壓縮機機殼(1)的外部，呈環(huán)形布置。
全文摘要
一種球床高溫氣冷堆離心式氦氣壓縮機，屬于反應(yīng)堆工程技術(shù)領(lǐng)域。壓縮側(cè)封頭通過固定螺栓固定在壓縮機機殼(1)上；二級壓縮側(cè)電磁軸承(7)和一級壓縮側(cè)電磁軸承(8)位于轉(zhuǎn)軸(6)的兩端，對稱布置；高速電機轉(zhuǎn)子(9)固定在轉(zhuǎn)軸(6)上，定子(10)固定在壓縮機機殼(1)上；高速電機轉(zhuǎn)子(9)、定子(10)和兩套電磁軸承的電源線和信號線通過電氣貫穿件(11)引到壓縮機機殼(1)外部；二級壓縮側(cè)氦氣排氣室(17)位于二級壓縮側(cè)葉輪(5)的外部；機殼水冷套(20)位于壓縮機機殼(1)的外部；本發(fā)明選用電磁軸承支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；機殼全密封設(shè)計；降低了葉輪的制造難度；減小了軸承的軸向承載力；能夠長期可靠運行。
文檔編號F04D29/05GK101109390SQ200710121178
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者劉繼國, 張海泉, 王金華, 雷 趙 申請人:清華大學(xué)