本發(fā)明屬于核電站設備的開發(fā)制造技術領域，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：

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(tǒng)冷卻劑提供循環(huán)動力，其水力性能將直接影響主泵的系統(tǒng)功能特性。在完成主泵水力設計后，需進行水力性能試驗，以驗證其滿足系統(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(chǎn)品質(zhì)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(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，需要不斷進行設計優(yōu)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(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。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：克服現(xiàn)有技術的不足，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(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(jīng)表面處理和檢測后，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，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，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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一種改進，所述金屬3D打印時，可根據(jù)實際使用的打印設備設置相應的技術參數(shù)，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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一種改進，所述縮比葉輪和全比例葉輪經(jīng)3D打印成形后進行熱處理。

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，所述縮比葉輪和全比例葉輪經(jīng)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(xiàn)有技術相比，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：

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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法及其有益效果進行詳細說明。

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。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的發(fā)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(fā)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(fā)明，并非為了限定本發(fā)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(zhì)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(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，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(fā)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(chǎn)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(fā)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(fā)的效率和成功率，確保核電站的安全、可靠運行。

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(qū)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(guī)范的要求。

作為本發(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個具體實施方式，金屬3D打印時，可根據(jù)實際使用的打印設備設置相應的技術參數(shù)，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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個具體實施方式，縮比葉輪和全比例葉輪經(jīng)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)制造方法的一個具體實施方式，縮比葉輪和全比例葉輪經(jīng)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(jù)主泵的水力設計參數(shù)，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(shù)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(nèi)部流動結構，預測主泵的水力性能，根據(jù)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(yōu)良的水力結構；相似換算，為了降低主泵水力模型的開發(fā)成本，利用縮比葉輪進行水力性能測試，根據(jù)泵的相似理論換算理論，根據(jù)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(jù)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(fā)明核電站主泵葉輪的開發(fā)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(fā)明實施方式的詳細描述可以看出，相對于現(xiàn)有技術，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：

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)時間花費在水力設計與分析，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、力學性能好、穩(wěn)定性高、一次成型等優(yōu)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(jù)上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當?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施方式，對本發(fā)明的一些修改和變更也應當落入本發(fā)明的權利要求的保護范圍內(nèi)。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(fā)明構成任何限制。