核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形及熱套裝研究.pdf

1、轉(zhuǎn)子屏蔽套是AP1000核主泵的關(guān)鍵部件，其制造精度和裝配質(zhì)量對(duì)核主泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有重要影響。轉(zhuǎn)子屏蔽套由Hastelloy C-276合金薄板經(jīng)過(guò)剪裁和焊接工藝制造而成，AP1000核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套具有超薄大長(zhǎng)徑比和徑厚比，熱套裝前，其直徑偏差為±0.076mm，因此，轉(zhuǎn)子屏蔽套的制造與裝配難度非常大。為此，我們一方面提出了采用真空熱脹形技術(shù)對(duì)剪裁和焊接后的轉(zhuǎn)子屏蔽套進(jìn)行誤差治理的理論和方法，使其滿足熱套裝前的高精度要求;另一方面提出了

2、核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝控溫方法，以適當(dāng)減緩熱套裝過(guò)程中轉(zhuǎn)子屏蔽套溫度的下降速度，延長(zhǎng)允許的熱套裝時(shí)間，避免轉(zhuǎn)子屏蔽套過(guò)早地箍在轉(zhuǎn)子表面，確保轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝順利完成。
　　本文采用有限元模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，首先利用有限元軟件MSC.Marc對(duì)核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形和熱套裝過(guò)程進(jìn)行有限元模擬，深入分析轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形成形機(jī)理、成形規(guī)律以及工藝參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝的影響規(guī)律。然后設(shè)計(jì)并制造轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形模

3、具和熱套裝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)展轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形和熱套裝工藝實(shí)驗(yàn)，為剪裁和焊接后轉(zhuǎn)子屏蔽套的誤差治理和熱套裝配提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)參考。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　1.基于應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)建立了Hastelloy C-276合金的蠕變本構(gòu)模型，以有限元軟件MSC.Marc作為分析平臺(tái)，建立了核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形有限元模型，并利用其強(qiáng)大的子程序二次開(kāi)發(fā)功能，模擬了核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形過(guò)程。計(jì)算了真空熱脹形過(guò)程中轉(zhuǎn)子屏蔽套與模具

4、內(nèi)部的瞬時(shí)溫度場(chǎng)、徑向位移場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，深入地分析了轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形成形機(jī)理，預(yù)測(cè)了轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形脹形量。
　　2.利用建立的核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形有限元模型研究模具壁厚、保溫時(shí)間、保溫溫度及脹形間隙對(duì)轉(zhuǎn)子屏蔽套脹形量的影響規(guī)律，得到了優(yōu)化的真空熱脹形工藝參數(shù)選擇方案。模擬結(jié)果顯示，模具壁厚對(duì)轉(zhuǎn)子屏蔽套的脹形量影響不大，優(yōu)化的模具壁厚為20.00mm;保溫時(shí)間的延長(zhǎng)和保溫溫度的升高都會(huì)使轉(zhuǎn)子屏蔽套的脹形量增大，

5、優(yōu)化的保溫時(shí)間范圍為2h～3h，保溫溫度范圍為750℃～800℃;轉(zhuǎn)子屏蔽套的脹形量與脹形間隙近似呈線性關(guān)系，優(yōu)化的脹形間隙范圍是0.20mm～0.60mm。
　　3.設(shè)計(jì)并制造了核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形模具，開(kāi)展了轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形實(shí)驗(yàn)。對(duì)比結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)子屏蔽套脹形量的模擬值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，證明了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，脹形后，轉(zhuǎn)子屏蔽套的內(nèi)徑與目標(biāo)值的誤差為-0.04mm～+0.06mm，小于要求的直徑偏差±0.076m

6、m，說(shuō)明了采用真空熱脹形技術(shù)可以對(duì)剪裁和焊接后的轉(zhuǎn)子屏蔽套進(jìn)行精密的誤差治理，使其滿足熱套裝前的高精度要求。
　　4.利用自主研發(fā)的穩(wěn)態(tài)接觸換熱系數(shù)和瞬態(tài)換熱系數(shù)測(cè)量裝置對(duì)轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝過(guò)程中的換熱行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。測(cè)量了Hastelloy C-276合金與Hastelloy C-276合金間的穩(wěn)態(tài)接觸換熱系數(shù)以及Hastelloy C-276合金與硅鋼間的瞬態(tài)窄間隙換熱系數(shù)，研究了界面壓力、界面溫度、試樣的初始溫度及試樣間的

7、間隙尺寸對(duì)換熱系數(shù)的影響規(guī)律，為核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝過(guò)程的有限元模擬提供了必要的換熱數(shù)據(jù)。
　　5.基于有限元軟件MSC.Marc，通過(guò)編寫換熱子程序，模擬了核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的熱套裝過(guò)程。計(jì)算了熱套裝過(guò)程中轉(zhuǎn)子屏蔽套的徑向收縮量隨時(shí)間的變化，預(yù)測(cè)了轉(zhuǎn)子屏蔽套的熱套裝時(shí)間，研究了轉(zhuǎn)子屏蔽套的制造精度、熱套裝溫度及保溫層厚度對(duì)轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝的影響規(guī)律，優(yōu)化的保溫層厚度范圍是1.00mm～2.00mm。
　　6.設(shè)計(jì)并制造了一