精密成形工程：核主泵转子屏蔽套真空热胀形原理及技术
2023-11-15【作 者】崔岩;张立文;张驰;李飞
屏蔽式核主泵由于其安全性强、可靠性高等优势，在三代核电技术中得到了广泛的应用[1]。与传统轴封泵不同，屏蔽式核主泵的转子直接暴露在核电站一回路的高压冷却液中。为保护转子免受一回路冷却液的侵蚀，需要在转子外套装转子屏蔽套[2]。转子屏蔽套通过热套装工艺装配在转子外侧，屏蔽套的制造精度和加工质量对热套装成功率和套装质量有着重要影响。AP1000 核主泵转子屏蔽套通常由 Hastelloy C276 合金经裁剪、滚圆、焊接制得[3]，其内径大于550 mm，而厚度只有 0.5 mm，为保证屏蔽套的热套装成功率及热套装质量，进而保证屏蔽套的安全服役，屏蔽套半径误差要求小于 0.038 mm[4]。薄壁、大径厚比、高精度的要求使得 AP1000 核主泵转子屏蔽套的制造十分困难，即使采用精密剪裁、焊接，也很难达到误差设计要求[5]。
文中对 AP1000 核主泵转子屏蔽套的真空热胀形过程进行了模拟及实验研究，首先，利用有限元软件MSC.Marc 建立了 AP1000 核主泵转子屏蔽套真空热胀形过程的有限元模型，测量焊接后屏蔽套以获得模型中屏蔽套尺寸，并应用此模型计算屏蔽套热胀形过程中的温度场、应力场及应变场，预测屏蔽套在热胀形过程中胀形量的大小，分析了真空热胀形工艺对屏蔽套上环状鼓包缺陷的矫形原理，并进行了屏蔽套真空热胀形试验及热套装试验，从而对模型的可靠性进行了验证。
【结 语 】
研究了 Hastelloy C276 合金薄壁屏蔽套的真空热胀形过程，利用有限元软件 MSC.Marc 建立了屏蔽套热胀形过程的有限元模型，模型中屏蔽套的尺寸为实际测量所得，模拟了此转子屏蔽套的热胀形过程，并计算得到了胀形过程中屏蔽套上的温度场、应力场、应变场，得到结论如下。
1）热胀形工艺通过使屏蔽套发生塑性变形和蠕变变形，实现了对屏蔽套尺寸及形状的精确控制，其中，塑性变形是热胀形工艺可以对屏蔽套上的形状缺陷进行治理的原因。
2）对有缺陷的转子屏蔽套进行了真空热胀形实验，测量了胀形前后屏蔽套的内径变化，并将测量结果与模拟结果进行了对比，结果表明模拟结果与实验结果符合良好，从而证明了转子屏蔽套真空热胀形有限元模型的可靠性。
3）对胀形后的屏蔽套进行了热套装实验，实验后屏蔽套完全套装在了转子上，说明经热胀形工艺矫形后的屏蔽套可以有效保证后续的热套装质量。
以下是正文：
