核电站主泵叶轮的开发制造方法技术

本发明专利技术公开了一种核电站主泵叶轮的开发制造方法，其包括：制造缩比叶轮；缩比叶轮通过水力性能试验验证满足要求后，初步确定水力设计；制造全比例叶轮，随主泵整机进行全流量试验，验证水力性能满足要求后，完成核电站主泵叶轮的开发制造，其中，缩比叶轮和全比例叶轮通过金属3D打印制造而得。相对于现有技术，本发明专利技术核电站主泵水力性能验证用试验叶轮的制造方法可以大大缩短叶轮的开发周期，提高叶轮质量，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核电站设备的开发制造
，更具体地说，本专利技术涉及一种生产周期短、质量好的核电站主泵叶轮的开发制造方法。
技术介绍
叶轮是核电站主泵水力部件的关键部件之一，固定在泵轴下端，随泵轴一起旋转将动能转化为冷却剂的压能和动能，为反应堆一回路系统冷却剂提供循环动力，其水力性能将直接影响主泵的系统功能特性。在完成主泵水力设计后，需进行水力性能试验，以验证其满足系统的功能要求。目前，核电站主泵叶轮的制造方法主要有如下几种：1)锻造结合机加工：适用于轴流式结构或便于机加工的混流式结构主泵叶轮，具有机械性能较好、缺陷少的特点。2)铸造：铸造叶轮的产品质量较锻造叶轮要差，并且制造周期较长，对于一种新水力模型的开发，往往无法一次成功，需要多次迭代和优化，研发周期至少需要半年，大大延长了主泵的研发周期；而且，铸件经常存在一些如气孔、缩孔、缩松、砂眼等缺陷，成品率低。在主泵研发过程中，容易出现水力性能不能满足系统功能要求的情况，需要不断进行设计优化、模型试制与试验，而且，由于相似换算理论存在一定的误差，即使缩比模型性能满足要求后仍可能存在实际产品的性能不满足系统功能要求的情况。有鉴于此，确有必要提供一种生产周期短、质量好的核电站主泵叶轮的开发制造方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种生产周期短、质量好的核电站主泵叶轮的开发制造方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种核电站主泵叶轮的开发制造方法，其包括：制造缩比叶轮；缩比叶轮通过水力性能试验验证满足要求后，初步确定水力设计；制造全比例叶轮，随主泵整机进行全流量试验，验证水力性能满足要求后，固化水力设计，完成核电站主泵叶轮的开发制造；其中，缩比叶轮和全比例叶轮的制造方法包括：通过叶轮结构分析，完成叶轮成形方案设计，得到原始3D打印模型；原始叶轮3D打印模型转换为STL格式模型文件，再进行切片得到成形程序文件；按照成形程序文件进行金属3D打印制造，经表面处理和检测后，得到叶轮产品。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一种改进，所述缩比叶轮和全比例叶轮的成形方案采用激光选区熔融技术，将叶轮倒置，在叶轮前盖板和叶片上设置实体支撑，泵轴连接孔、导流管配合面处设置机加工余量。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一种改进，所述金属3D打印所使用的原料是奥氏体不锈钢粉末。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一种改进，所述金属3D打印是将缩比叶轮和全比例叶轮原始3D打印模型中每一片层相应STL格式的成形程序文件传到3D打印设备中，依次将每一片层烧结或熔结并同时连结各层，得到缩比叶轮和全比例叶轮。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一种改进，所述金属3D打印时，可根据实际使用的打印设备设置相应的技术参数，包括激光功率、光斑尺寸、实体扫描速度、支撑扫描速度、层厚、搭接率等。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一种改进，所述缩比叶轮和全比例叶轮经3D打印成形后进行热处理。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一种改进，所述缩比叶轮和全比例叶轮经3D打印成形后进行支撑去除、机加工余量去除和喷砂处理。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一种改进，所述缩比叶轮和全比例叶轮完成表面处理后，进行液体渗透检测和尺寸检查。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一种改进，所述金属3D打印中，对随炉打印和热处理的试样进行化学分析检测和力学性能测试。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一种改进，制造缩比叶轮之前，先对叶轮进行水力设计、水力分析和相似换算。与现有技术相比，本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法具有如下优点：1)本专利技术核电站主泵叶轮的制造周期较传统铸造工艺的制造周期缩短60％，如果需要制造多个缩比叶轮的话，可大大缩短生产周期。2)本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法制得的核电站主泵叶轮的质量好，有效解决了传统的铸造工艺中容易发生的缺陷。3)本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法是在完成缩比叶轮水力性能试验验证后，再进行全比例叶轮的水力性能试验，进一步验证主泵的水力性能，可以获得主泵的真实水力性能曲线，提高核电站的安全性和可靠性。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法及其有益效果进行详细说明。图1为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的流程图。图2为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法中，缩比叶轮和全比例叶轮的金属3D制造流程图。具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术，实施例的配方、比例等可因地制宜做出选择而对结果并无实质性影响。请参见图1和图2，以缩比叶轮和全比例叶轮的比例为1：2.5为例，本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法，包括：步骤S001，制造缩比叶轮；步骤S002，缩比叶轮通过水力性能试验，验证满足要求后，初步确定水力设计；如验证不满足，则需返回重新设计进行水力设计及其缩比叶轮的制造与试验；步骤S003，制造全比例叶轮，随主泵整机进行全流量试验，验证水力性能，水力性能满足要求后，固化水力设计，完成核电站主泵叶轮的开发制造；如水力性能不满足要求，则需返回水力设计、缩比叶轮和全比例叶轮的制造与试验。其中，缩比叶轮和全比例叶轮的制造步骤包括：步骤S101，通过叶轮结构分析，完成叶轮成形方案设计，得到原始3D打印模型；步骤S102，原始叶轮3D打印模型转换为STL格式模型文件，再进行切片得到成形程序文件；步骤S103，按照成形程序文件进行金属3D打印制造，将缩比叶轮和全比例叶轮的原始3D打印模型中每一片层相应STL格式的成形程序文件传到3D打印设备中，依次将每一片层烧结或熔结并同时连结各层，得到叶轮产品；步骤S104，对缩比叶轮和全比例叶轮的成形效果进行评估，评估合格，则对缩比叶轮和全比例叶轮进行表面处理、性能/无损检测和尺寸检查，最后得到成品叶轮；如评估不合格，则需重新设计成形方案并再次打印；如性能/无损检测未通过，则需重新打印缩比叶轮和全比例叶轮。本专利技术在完成缩比叶轮的水力性能试验满足要求后，在主泵全流量试验装置上进行全比例叶轮水力性能试验，进一步验证主泵叶轮的水力性能，并获得叶轮的真实性能曲线，提高叶轮开发的效率和成功率，确保核电站的安全、可靠运行。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一个具体实施方式，缩比叶轮和全比例叶轮的成形方案采用激光选区熔融技术，具体是将叶轮倒置，在叶轮前盖板和叶片上设置实体支撑，解决悬空部分的成形问题，泵轴连接孔、导流管配合面处设置机加工余量，成形后通过机加工去除余量，以提高叶轮的尺寸精度和表面光洁度。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一个具体实施方式，金属3D打印所使用的原料是奥氏体不锈钢粉末，以满足标准规范的要求。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一个具体实施方式，金属3D打印时，可根据实际使用的打印设备设置相应的技术参数，包括激光功率、光斑尺寸、实体扫描速度、支撑扫描速度、层厚、搭接率等，确保成形方案的可行性，保证材料的硬度和金相组织结构。作为本专利技术核电站主泵叶轮的开发制造方法的一个具体实施方式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核电站主泵叶轮的开发制造方法，其特征在于，包括：制造缩比叶轮；缩比叶轮通过水力性能试验验证满足要求后，初步确定水力设计；制造全比例叶轮，随主泵整机进行全流量试验，验证水力性能满足要求后，固化水力设计，完成核电站主泵叶轮的开发制造；其中，缩比叶轮和全比例叶轮的制造方法包括：通过叶轮结构分析，完成叶轮成形方案设计，得到原始3D打印模型；原始叶轮3D打印模型转换为STL格式模型文件，再进行切片得到成形程序文件；按照成形程序文件进行金属3D打印制造，经表面处理和检测后，得到叶轮产品。

【技术特征摘要】
1.一种核电站主泵叶轮的开发制造方法，其特征在于，包括：制造缩比叶轮；缩比叶轮通过水力性能试验验证满足要求后，初步确定水力设计；制造全比例叶轮，随主泵整机进行全流量试验，验证水力性能满足要求后，固化水力设计，完成核电站主泵叶轮的开发制造；其中，缩比叶轮和全比例叶轮的制造方法包括：通过叶轮结构分析，完成叶轮成形方案设计，得到原始3D打印模型；原始叶轮3D打印模型转换为STL格式模型文件，再进行切片得到成形程序文件；按照成形程序文件进行金属3D打印制造，经表面处理和检测后，得到叶轮产品。2.根据权利要求1所述的核电站主泵叶轮的开发制造方法，其特征在于，所述缩比叶轮和全比例叶轮的成形方案采用激光选区熔融技术，将叶轮倒置，在叶轮前盖板和叶片上设置实体支撑，泵轴连接孔、导流管配合面处设置机加工余量。3.根据权利要求1所述的核电站主泵叶轮的开发制造方法，其特征在于，所述金属3D打印所使用的原料是奥氏体不锈钢粉末。4.根据权利要求1所述的核电站主泵叶轮的开发制造方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴江，刘彦章，张峰，方熙权，刘倩，李石磊，
申请(专利权)人：深圳中广核工程设计有限公司，中广核工程有限公司，中国广核集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44