塑性工程學(xué)報:二次脹形工藝對核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套上環(huán)狀鼓包的治理能力分析
2022-03-28【作 者】 崔巖;張立文;張馳;李飛;申文飛
【引 言】
轉(zhuǎn)子屏蔽套是屏蔽式核主泵中的關(guān)鍵部件之一，將之套裝在轉(zhuǎn)子上可以將轉(zhuǎn)子與核電一回路中的冷卻介質(zhì)分隔開，從而避免轉(zhuǎn)子受到一回路中冷卻液的侵蝕，延長轉(zhuǎn)子的壽命。AP1000核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的內(nèi)半徑大于Φ275 mm，壁厚小于0．7 mm，由于其薄壁、大徑厚比的特點，屏蔽套的加工難度非常大。目前AP1000核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套多由Hastelloy c276薄板經(jīng)裁剪、滾圓、焊接制得，AP1000核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的半徑公差只有0．038 mm【1】，即使采用精密剪裁和精密焊接也難以將屏蔽套加工到要求尺寸。同時，焊接后由于焊縫處膨脹和收縮的不均勻在屏蔽套表面可能會產(chǎn)生凹凸不平的褶皺，影響后續(xù)的裝配過程。因此，在焊接后需要對屏蔽套進行矯形，使其尺寸精度和形狀符合要求。
真空熱脹形是一種利用工件與模具間熱膨脹系數(shù)的差異，通過加熱條件下模具對工件的熱膨脹力使工件成形的工藝，其本質(zhì)就是蠕變時效成形，可用于薄壁筒件的精密成形。目前國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對真空熱脹形工藝做了大量研究，sallahM等將蠕變時效成形過程劃分為加載、時效松弛和回彈3個階段，并用非線性理論分析了蠕變時效成形的應(yīng)力松弛階段，Ho K C等考慮了微觀組織演化，建立了鋁合金蠕變的本構(gòu)方程并通過有限元計算得到了板材蠕變時效成形過程中的應(yīng)力應(yīng)變分布和變形量。王春燕應(yīng)用Matlab軟件研究了不同因素對BT20鈦合金筒形件熱脹形精度的影響。
本文利用MSC．Marc有限元軟件模擬了帶有環(huán)狀鼓包的核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的二次脹形過程，提出了兩次脹形過程中模具半徑選擇的方案，分別計算了兩次脹形后屏蔽套上的溫度場、徑向位移場和應(yīng)力場，預(yù)測了屏蔽套的脹后半徑和環(huán)狀鼓包的脹后高度，并將計算結(jié)果與單次脹形工藝對相同屏蔽套治理結(jié)果進行了對比，分析了二次脹形過程的優(yōu)勢。
【結(jié) 論】
(1)基于MSC．Marc有限元軟件建立了帶有環(huán)狀鼓包的核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套二次脹形過程的有限元模型，通過有限元模型模擬了核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的二次脹形過程，計算了二次脹形過程中第1次脹形和第2次脹形后屏蔽套上的半徑分布，結(jié)果表明在兩次脹形后屏蔽套上的環(huán)狀鼓包高度均有明顯降低，而第2次脹形后屏蔽套鼓包區(qū)域的內(nèi)半徑分布均勻性有了明顯提高。
(2)將帶有環(huán)狀鼓包的核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套二次脹形的內(nèi)半徑分布計算結(jié)果與相同屏蔽套單次脹形后的結(jié)果進行了對比，發(fā)現(xiàn)單次脹形后的屏蔽套半徑最大值出現(xiàn)在鼓包中心處，且其值超過了要求的尺寸精度范圍。二次脹形后半徑最大值出現(xiàn)在鼓包中靠近鼓包邊緣一點處，且二次脹形后屏蔽套內(nèi)半徑始終在尺寸精度要求范圍內(nèi)。相比單次脹形，二次脹形后屏蔽套鼓包區(qū)域附近內(nèi)半徑分布均勻性有了明顯提升。
以下是正文：
