核電站主泵葉輪的開發制造方法與流程

本發明屬于核電站設備的開發制造技術領域，更具體地說，本發明涉及一種生產周期短、質量好的核電站主泵葉輪的開發制造方法。

背景技術：

葉輪是核電站主泵水力部件的關鍵部件之一，固定在泵軸下端，隨泵軸一起旋轉將動能轉化為冷卻劑的壓能和動能，為反應堆一回路系統冷卻劑提供循環動力，其水力性能將直接影響主泵的系統功能特性。在完成主泵水力設計后，需進行水力性能試驗，以驗證其滿足系統的功能要求。

目前，核電站主泵葉輪的制造方法主要有如下幾種：

1)鍛造結合機加工：適用于軸流式結構或便于機加工的混流式結構主泵葉輪，具有機械性能較好、缺陷少的特點。

2)鑄造：鑄造葉輪的產品質量較鍛造葉輪要差，并且制造周期較長，對于一種新水力模型的開發，往往無法一次成功，需要多次迭代和優化，研發周期至少需要半年，大大延長了主泵的研發周期；而且，鑄件經常存在一些如氣孔、縮孔、縮松、砂眼等缺陷，成品率低。

在主泵研發過程中，容易出現水力性能不能滿足系統功能要求的情況，需要不斷進行設計優化、模型試制與試驗，而且，由于相似換算理論存在一定的誤差，即使縮比模型性能滿足要求后仍可能存在實際產品的性能不滿足系統功能要求的情況。

有鑒于此，確有必要提供一種生產周期短、質量好的核電站主泵葉輪的開發制造方法。

技術實現要素：

本發明的目的在于：克服現有技術的不足，提供一種生產周期短、質量好的核電站主泵葉輪的開發制造方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種核電站主泵葉輪的開發制造方法，其包括：

制造縮比葉輪；

縮比葉輪通過水力性能試驗驗證滿足要求后，初步確定水力設計；

制造全比例葉輪，隨主泵整機進行全流量試驗，驗證水力性能滿足要求后，固化水力設計，完成核電站主泵葉輪的開發制造；

其中，縮比葉輪和全比例葉輪的制造方法包括：

通過葉輪結構分析，完成葉輪成形方案設計，得到原始3D打印模型；

原始葉輪3D打印模型轉換為STL格式模型文件，再進行切片得到成形程序文件；

按照成形程序文件進行金屬3D打印制造，經表面處理和檢測后，得到葉輪產品。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一種改進，所述縮比葉輪和全比例葉輪的成形方案采用激光選區熔融技術，將葉輪倒置，在葉輪前蓋板和葉片上設置實體支撐，泵軸連接孔、導流管配合面處設置機加工余量。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一種改進，所述金屬3D打印所使用的原料是奧氏體不銹鋼粉末。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一種改進，所述金屬3D打印是將縮比葉輪和全比例葉輪原始3D打印模型中每一片層相應STL格式的成形程序文件傳到3D打印設備中，依次將每一片層燒結或熔結并同時連結各層，得到縮比葉輪和全比例葉輪。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一種改進，所述金屬3D打印時，可根據實際使用的打印設備設置相應的技術參數，包括激光功率、光斑尺寸、實體掃描速度、支撐掃描速度、層厚、搭接率等。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一種改進，所述縮比葉輪和全比例葉輪經3D打印成形后進行熱處理。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一種改進，所述縮比葉輪和全比例葉輪經3D打印成形后進行支撐去除、機加工余量去除和噴砂處理。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一種改進，所述縮比葉輪和全比例葉輪完成表面處理后，進行液體滲透檢測和尺寸檢查。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一種改進，所述金屬3D打印中，對隨爐打印和熱處理的試樣進行化學分析檢測和力學性能測試。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一種改進，制造縮比葉輪之前，先對葉輪進行水力設計、水力分析和相似換算。

與現有技術相比，本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法具有如下優點：

1)本發明核電站主泵葉輪的制造周期較傳統鑄造工藝的制造周期縮短60％，如果需要制造多個縮比葉輪的話，可大大縮短生產周期。

2)本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法制得的核電站主泵葉輪的質量好，有效解決了傳統的鑄造工藝中容易發生的缺陷。

3)本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法是在完成縮比葉輪水力性能試驗驗證后，再進行全比例葉輪的水力性能試驗，進一步驗證主泵的水力性能，可以獲得主泵的真實水力性能曲線，提高核電站的安全性和可靠性。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式，對本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法及其有益效果進行詳細說明。

圖1為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的流程圖。

圖2為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法中，縮比葉輪和全比例葉輪的金屬3D制造流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的發明目的、技術方案和有益技術效果更加清晰，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的實施例僅僅是為了解釋本發明，并非為了限定本發明，實施例的配方、比例等可因地制宜做出選擇而對結果并無實質性影響。

請參見圖1和圖2，以縮比葉輪和全比例葉輪的比例為1：2.5為例，本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法，包括：

步驟S001，制造縮比葉輪；

步驟S002，縮比葉輪通過水力性能試驗，驗證滿足要求后，初步確定水力設計；如驗證不滿足，則需返回重新設計進行水力設計及其縮比葉輪的制造與試驗；

步驟S003，制造全比例葉輪，隨主泵整機進行全流量試驗，驗證水力性能，水力性能滿足要求后，固化水力設計，完成核電站主泵葉輪的開發制造；如水力性能不滿足要求，則需返回水力設計、縮比葉輪和全比例葉輪的制造與試驗。

其中，縮比葉輪和全比例葉輪的制造步驟包括：

步驟S101，通過葉輪結構分析，完成葉輪成形方案設計，得到原始3D打印模型；

步驟S102，原始葉輪3D打印模型轉換為STL格式模型文件，再進行切片得到成形程序文件；

步驟S103，按照成形程序文件進行金屬3D打印制造，將縮比葉輪和全比例葉輪的原始3D打印模型中每一片層相應STL格式的成形程序文件傳到3D打印設備中，依次將每一片層燒結或熔結并同時連結各層，得到葉輪產品；

步驟S104，對縮比葉輪和全比例葉輪的成形效果進行評估，評估合格，則對縮比葉輪和全比例葉輪進行表面處理、性能/無損檢測和尺寸檢查，最后得到成品葉輪；如評估不合格，則需重新設計成形方案并再次打印；如性能/無損檢測未通過，則需重新打印縮比葉輪和全比例葉輪。

本發明在完成縮比葉輪的水力性能試驗滿足要求后，在主泵全流量試驗裝置上進行全比例葉輪水力性能試驗，進一步驗證主泵葉輪的水力性能，并獲得葉輪的真實性能曲線，提高葉輪開發的效率和成功率，確保核電站的安全、可靠運行。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一個具體實施方式，縮比葉輪和全比例葉輪的成形方案采用激光選區熔融技術，具體是將葉輪倒置，在葉輪前蓋板和葉片上設置實體支撐，解決懸空部分的成形問題，泵軸連接孔、導流管配合面處設置機加工余量，成形后通過機加工去除余量，以提高葉輪的尺寸精度和表面光潔度。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一個具體實施方式，金屬3D打印所使用的原料是奧氏體不銹鋼粉末，以滿足標準規范的要求。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一個具體實施方式，金屬3D打印時，可根據實際使用的打印設備設置相應的技術參數，包括激光功率、光斑尺寸、實體掃描速度、支撐掃描速度、層厚、搭接率等，確保成形方案的可行性，保證材料的硬度和金相組織結構。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一個具體實施方式，縮比葉輪和全比例葉輪經3D打印成形后進行熱處理，以保證材料綜合力學性能滿足要求，包括強度、韌性和硬度等。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一個具體實施方式，縮比葉輪和全比例葉輪經3D打印成形后進行支撐去除、機加工余量去除和噴砂處理，以保證葉輪的尺寸精度和表面粗糙度。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一個具體實施方式，縮比葉輪和全比例葉輪完成表面處理后，進行液體滲透檢測和尺寸檢查。

作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一個具體實施方式，制造縮比葉輪之前，先對葉輪進行水力設計、水力分析和相似換算：

水力設計，根據主泵的水力設計參數，基于已有的水力模型利用相似設計法進行葉輪結構設計，或者利用速度系數法進行過流部件的水力圖；水力分析，利用計算流體力學方法計算分析主泵內部流動結構，預測主泵的水力性能，根據計算結果，修正幾何尺寸，再進行計算分析，反復迭代，直到得出性能優良的水力結構；相似換算，為了降低主泵水力模型的開發成本，利用縮比葉輪進行水力性能測試，根據泵的相似理論換算理論，根據已完成設計的水力結構，換算出1：2.5的水力結構，完成水力模型試驗泵的設計。

請參閱圖1，作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一個具體實施方式，若縮比葉輪未通過水力性能試驗，需重新進行水力設計、水力分析和相似換算步驟，根據重新計算的結果打印縮比葉輪，直至通過水力性能試驗。

請參閱圖1，作為本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法的一個具體實施方式，若全比例葉輪未通過全流量試驗，則需重新進行水力設計、水力分析和相似換算、縮比葉輪制造、水力性能試驗，并重新打印全比例葉輪，直至通過全流量試驗。

結合以上對本發明實施方式的詳細描述可以看出，相對于現有技術，本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法具有如下優點：

本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法采用金屬3D打印制造主泵葉輪，其制造周期較鑄造工藝的制造周期縮短60％，且在葉輪開發過程中大多數時間花費在水力設計與分析，大大縮短了主泵葉輪的開發生產周期，提高了生產效率；

本發明核電站主泵葉輪的開發制造方法制得的主泵葉輪具有精度高、力學性能好、穩定性高、一次成型等優點，避免加工過程中的誤差積累、宏觀偏析、縮松、組織粗大等問題。

根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。