【摘要】：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)量對核主泵的正常運轉(zhuǎn)有重要影響。轉(zhuǎn)子屏蔽套由HastelloyC-276合金薄板經(jīng)過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)減緩熱套裝過程中轉(zhuǎn)子屏蔽套溫度的下降速度,延長允許的熱套裝時間,避免轉(zhuǎn)子屏蔽套過早地箍在轉(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驗相結(jié)合的研究方法,首先利用有限元軟件MSC.Marc對核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形和熱套裝過程進(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)對轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝的影響規(guī)律。然后設(shè)計并制造轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形模具和熱套裝實驗平臺,開展轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形和熱套裝工藝實驗,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。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 1.基于應(yīng)力松弛實驗建立了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,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)大的子程序二次開發(fā)功能,模擬了核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的真空熱脹形過程。計算了真空熱脹形過程中轉(zhuǎn)子屏蔽套與模具內(nèi)部的瞬時溫度場、徑向位移場和應(yīng)力應(yīng)變場,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、保溫時間、保溫溫度及脹形間隙對轉(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；保溫時間的延長和保溫溫度的升高都會使轉(zhuǎn)子屏蔽套的脹形量增大,優(yōu)化的保溫時間范圍為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)計并制造了核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形模具,開展了轉(zhuǎn)子屏蔽套真空熱脹形實驗。對比結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)子屏蔽套脹形量的模擬值與實驗值吻合較好,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±0.076mm,說明了采用真空熱脹形技術(shù)可以對剪裁和焊接后的轉(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)測量裝置對轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝過程中的換熱行為進(jìn)行了實驗研究。測量了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間隙尺寸對換熱系數(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,通過編寫換熱子程序,模擬了核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套的熱套裝過程。計算了熱套裝過程中轉(zhuǎn)子屏蔽套的徑向收縮量隨時間的變化,預(yù)測了轉(zhuǎn)子屏蔽套的熱套裝時間,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)計并制造了一套核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝實驗平臺,開展了轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝工藝實驗。實驗結(jié)果表明,采用提出的核主泵轉(zhuǎn)子屏蔽套熱套裝控溫方法可以有效延長轉(zhuǎn)子屏蔽套允許的熱套裝時間。當(dāng)保溫層厚度為1.50mm時,轉(zhuǎn)子屏蔽套允許的熱套裝時間為37s,大大降低了熱套裝的難度,能夠提高轉(zhuǎn)子屏蔽套的熱套裝成功率。
【圖文】：

主果是核島中唯一的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，在超長使役時間內(nèi)，，經(jīng)受著各種極端工況長時間穩(wěn)定安全的運行對冷卻堆芯和防止核電站事故發(fā)生及惡化極為重的前提是制造出適合該工況長時間安全運行的核主粟[8]。1000核主粟采用的是帶屏蔽電機(jī)的屏蔽菜，其結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。AP100考慮了承受核反應(yīng)堆一回路不同工況運行模式下的壓力和溫度，其設(shè)計，是AP1000核電站中的關(guān)鍵設(shè)備。AP1000核主栗是世界上最大的屏蔽核電站采用的軸封式核主粟有很大不同，其技術(shù)難度大、加工精度高，2

圖1.2 AP1000核主栗結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1.2 Schematic diagram of API 000 reactor coolant pump主泉電機(jī)懫用的是立式、水冷、鼠籠式感應(yīng)電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子和蔽套內(nèi)，以避免轉(zhuǎn)子和定子受到粟內(nèi)冷卻劑的侵燭，如圖1.3所示[
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TL353.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2677498