本發(fā)明屬于核電站設(shè)備的開發(fā)制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)周期短、質(zhì)量好的核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法。

背景技術(shù)：

葉輪是核電站主泵水力部件的關(guān)鍵部件之一，固定在泵軸下端，隨泵軸一起旋轉(zhuǎn)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為冷卻劑的壓能和動(dòng)能，為反應(yīng)堆一回路系統(tǒng)冷卻劑提供循環(huán)動(dòng)力，其水力性能將直接影響主泵的系統(tǒng)功能特性。在完成主泵水力設(shè)計(jì)后，需進(jìn)行水力性能試驗(yàn)，以驗(yàn)證其滿足系統(tǒng)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(jié)合機(jī)加工：適用于軸流式結(jié)構(gòu)或便于機(jī)加工的混流式結(jié)構(gòu)主泵葉輪，具有機(jī)械性能較好、缺陷少的特點(diǎn)。

2)鑄造：鑄造葉輪的產(chǎn)品質(zhì)量較鍛造葉輪要差，并且制造周期較長(zhǎng)，對(duì)于一種新水力模型的開發(fā)，往往無法一次成功，需要多次迭代和優(yōu)化，研發(fā)周期至少需要半年，大大延長(zhǎng)了主泵的研發(fā)周期；而且，鑄件經(jīng)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(fā)過程中，容易出現(xiàn)水力性能不能滿足系統(tǒng)功能要求的情況，需要不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化、模型試制與試驗(yàn)，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(shí)際產(chǎn)品的性能不滿足系統(tǒng)功能要求的情況。

有鑒于此，確有必要提供一種生產(chǎn)周期短、質(zhì)量好的核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生產(chǎn)周期短、質(zhì)量好的核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種核電站主泵葉輪的開發(fā)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(yàn)驗(yàn)證滿足要求后，初步確定水力設(shè)計(jì)；

制造全比例葉輪，隨主泵整機(jī)進(jìn)行全流量試驗(yàn)，驗(yàn)證水力性能滿足要求后，固化水力設(shè)計(jì)，完成核電站主泵葉輪的開發(fā)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(jié)構(gòu)分析，完成葉輪成形方案設(shè)計(jì)，得到原始3D打印模型；

原始葉輪3D打印模型轉(zhuǎn)換為STL格式模型文件，再進(jìn)行切片得到成形程序文件；

按照成形程序文件進(jìn)行金屬3D打印制造，經(jīng)表面處理和檢測(cè)后，得到葉輪產(chǎn)品。

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

作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一種改進(jìn)，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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一種改進(jìn)，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(yīng)STL格式的成形程序文件傳到3D打印設(shè)備中，依次將每一片層燒結(jié)或熔結(jié)并同時(shí)連結(jié)各層，得到縮比葉輪和全比例葉輪。

作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一種改進(jìn)，所述金屬3D打印時(shí)，可根據(jù)實(shí)際使用的打印設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，包括激光功率、光斑尺寸、實(shí)體掃描速度、支撐掃描速度、層厚、搭接率等。

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

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

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

作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一種改進(jìn)，所述金屬3D打印中，對(duì)隨爐打印和熱處理的試樣進(jìn)行化學(xué)分析檢測(cè)和力學(xué)性能測(cè)試。

作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一種改進(jìn)，制造縮比葉輪之前，先對(duì)葉輪進(jìn)行水力設(shè)計(jì)、水力分析和相似換算。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

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

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

3)本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法是在完成縮比葉輪水力性能試驗(yàn)驗(yàn)證后，再進(jìn)行全比例葉輪的水力性能試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證主泵的水力性能，可以獲得主泵的真實(shí)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(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法及其有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(shí)施方式

為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案和有益技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的實(shí)施例僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明，實(shí)施例的配方、比例等可因地制宜做出選擇而對(duì)結(jié)果并無實(shí)質(zhì)性影響。

請(qǐng)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(yàn)，驗(yàn)證滿足要求后，初步確定水力設(shè)計(jì)；如驗(yàn)證不滿足，則需返回重新設(shè)計(jì)進(jìn)行水力設(shè)計(jì)及其縮比葉輪的制造與試驗(yàn)；

步驟S003，制造全比例葉輪，隨主泵整機(jī)進(jìn)行全流量試驗(yàn)，驗(yàn)證水力性能，水力性能滿足要求后，固化水力設(shè)計(jì)，完成核電站主泵葉輪的開發(fā)制造；如水力性能不滿足要求，則需返回水力設(shè)計(jì)、縮比葉輪和全比例葉輪的制造與試驗(yàn)。

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(jié)構(gòu)分析，完成葉輪成形方案設(shè)計(jì)，得到原始3D打印模型；

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

步驟S103，按照成形程序文件進(jìn)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(yīng)STL格式的成形程序文件傳到3D打印設(shè)備中，依次將每一片層燒結(jié)或熔結(jié)并同時(shí)連結(jié)各層，得到葉輪產(chǎn)品；

步驟S104，對(duì)縮比葉輪和全比例葉輪的成形效果進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估合格，則對(duì)縮比葉輪和全比例葉輪進(jìn)行表面處理、性能/無損檢測(cè)和尺寸檢查，最后得到成品葉輪；如評(píng)估不合格，則需重新設(shè)計(jì)成形方案并再次打?。蝗缧阅?無損檢測(cè)未通過，則需重新打印縮比葉輪和全比例葉輪。

本發(fā)明在完成縮比葉輪的水力性能試驗(yàn)滿足要求后，在主泵全流量試驗(yàn)裝置上進(jìn)行全比例葉輪水力性能試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證主泵葉輪的水力性能，并獲得葉輪的真實(shí)性能曲線，提高葉輪開發(fā)的效率和成功率，確保核電站的安全、可靠運(yùn)行。

作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式，縮比葉輪和全比例葉輪的成形方案采用激光選區(qū)熔融技術(shù)，具體是將葉輪倒置，在葉輪前蓋板和葉片上設(shè)置實(shí)體支撐，解決懸空部分的成形問題，泵軸連接孔、導(dǎo)流管配合面處設(shè)置機(jī)加工余量，成形后通過機(jī)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個(gè)具體實(shí)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式，金屬3D打印時(shí)，可根據(jù)實(shí)際使用的打印設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，包括激光功率、光斑尺寸、實(shí)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(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式，縮比葉輪和全比例葉輪經(jīng)3D打印成形后進(jìn)行熱處理，以保證材料綜合力學(xué)性能滿足要求，包括強(qiáng)度、韌性和硬度等。

作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式，縮比葉輪和全比例葉輪經(jīng)3D打印成形后進(jìn)行支撐去除、機(jī)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式，縮比葉輪和全比例葉輪完成表面處理后，進(jìn)行液體滲透檢測(cè)和尺寸檢查。

作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式，制造縮比葉輪之前，先對(duì)葉輪進(jìn)行水力設(shè)計(jì)、水力分析和相似換算：

水力設(shè)計(jì)，根據(jù)主泵的水力設(shè)計(jì)參數(shù)，基于已有的水力模型利用相似設(shè)計(jì)法進(jìn)行葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或者利用速度系數(shù)法進(jìn)行過流部件的水力圖；水力分析，利用計(jì)算流體力學(xué)方法計(jì)算分析主泵內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)，預(yù)測(cè)主泵的水力性能，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，修正幾何尺寸，再進(jìn)行計(jì)算分析，反復(fù)迭代，直到得出性能優(yōu)良的水力結(jié)構(gòu)；相似換算，為了降低主泵水力模型的開發(fā)成本，利用縮比葉輪進(jìn)行水力性能測(cè)試，根據(jù)泵的相似理論換算理論，根據(jù)已完成設(shè)計(jì)的水力結(jié)構(gòu)，換算出1：2.5的水力結(jié)構(gòu)，完成水力模型試驗(yàn)泵的設(shè)計(jì)。

請(qǐng)參閱圖1，作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式，若縮比葉輪未通過水力性能試驗(yàn)，需重新進(jìn)行水力設(shè)計(jì)、水力分析和相似換算步驟，根據(jù)重新計(jì)算的結(jié)果打印縮比葉輪，直至通過水力性能試驗(yàn)。

請(qǐng)參閱圖1，作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個(gè)具體實(shí)施方式，若全比例葉輪未通過全流量試驗(yàn)，則需重新進(jìn)行水力設(shè)計(jì)、水力分析和相似換算、縮比葉輪制造、水力性能試驗(yàn)，并重新打印全比例葉輪，直至通過全流量試驗(yàn)。

結(jié)合以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述可以看出，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(fā)過程中大多數(shù)時(shí)間花費(fèi)在水力設(shè)計(jì)與分析，大大縮短了主泵葉輪的開發(fā)生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率；

本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法制得的主泵葉輪具有精度高、力學(xué)性能好、穩(wěn)定性高、一次成型等優(yōu)點(diǎn)，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(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。