精密成形工程：核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形原理及技術(shù)
2023-11-15【作 者】崔巖;張立文;張馳;李飛
屏蔽式核主泵由于其安全性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，在三代核電技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。與傳統(tǒng)軸封泵不同，屏蔽式核主泵的轉(zhuǎn)子直接暴露在核電站一回路的高壓冷卻液中。為保護(hù)轉(zhuǎn)子免受一回路冷卻液的侵蝕，需要在轉(zhuǎn)子外套裝轉(zhuǎn)子屏蔽套[2]。轉(zhuǎn)子屏蔽套通過熱套裝工藝裝配在轉(zhuǎn)子外側(cè)，屏蔽套的制造精度和加工質(zhì)量對(duì)熱套裝成功率和套裝質(zhì)量有著重要影響。AP1000 核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套通常由 Hastelloy C276 合金經(jīng)裁剪、滾圓、焊接制得[3]，其內(nèi)徑大于550 mm，而厚度只有 0.5 mm，為保證屏蔽套的熱套裝成功率及熱套裝質(zhì)量，進(jìn)而保證屏蔽套的安全服役，屏蔽套半徑誤差要求小于 0.038 mm[4]。薄壁、大徑厚比、高精度的要求使得 AP1000 核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的制造十分困難，即使采用精密剪裁、焊接，也很難達(dá)到誤差設(shè)計(jì)要求[5]。
文中對(duì) AP1000 核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形過程進(jìn)行了模擬及實(shí)驗(yàn)研究，首先，利用有限元軟件MSC.Marc 建立了 AP1000 核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形過程的有限元模型，測(cè)量焊接后屏蔽套以獲得模型中屏蔽套尺寸，并應(yīng)用此模型計(jì)算屏蔽套熱脹形過程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)及應(yīng)變場(chǎng)，預(yù)測(cè)屏蔽套在熱脹形過程中脹形量的大小，分析了真空熱脹形工藝對(duì)屏蔽套上環(huán)狀鼓包缺陷的矯形原理，并進(jìn)行了屏蔽套真空熱脹形試驗(yàn)及熱套裝試驗(yàn)，從而對(duì)模型的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。
【結(jié) 語 】
研究了 Hastelloy C276 合金薄壁屏蔽套的真空熱脹形過程，利用有限元軟件 MSC.Marc 建立了屏蔽套熱脹形過程的有限元模型，模型中屏蔽套的尺寸為實(shí)際測(cè)量所得，模擬了此轉(zhuǎn)子屏蔽套的熱脹形過程，并計(jì)算得到了脹形過程中屏蔽套上的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)，得到結(jié)論如下。
1）熱脹形工藝通過使屏蔽套發(fā)生塑性變形和蠕變變形，實(shí)現(xiàn)了對(duì)屏蔽套尺寸及形狀的精確控制，其中，塑性變形是熱脹形工藝可以對(duì)屏蔽套上的形狀缺陷進(jìn)行治理的原因。
2）對(duì)有缺陷的轉(zhuǎn)子屏蔽套進(jìn)行了真空熱脹形實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了脹形前后屏蔽套的內(nèi)徑變化，并將測(cè)量結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合良好，從而證明了轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形有限元模型的可靠性。
3）對(duì)脹形后的屏蔽套進(jìn)行了熱套裝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后屏蔽套完全套裝在了轉(zhuǎn)子上，說明經(jīng)熱脹形工藝矯形后的屏蔽套可以有效保證后續(xù)的熱套裝質(zhì)量。
以下是正文：
