[发明专利]超声冲击增强核主泵定子屏蔽套结构稳定性的加工方法

说明书

一种超声冲击增强核主泵定子屏蔽套结构稳定性的加工方法，属于核电装备设计与制造领域。该方法基于材料加工硬化原理，利用超声冲击枪对装配后的定子屏蔽套实施冲击强化处理，在内壁表面形成圆环、螺旋、网格等不同加工路径图案，由于材料内部位错增殖、晶粒细化等效应，这些设计图案塑性变形区域起到强化网络作用，相当于添加了具有规则几何图形的强化带构成的“隐形加强筋”。在不改变定子屏蔽套原有结构、尺寸条件下提高抗变形承载能力和抗疲劳性能，同时具有释放装配过程产生的残余拉应力和改善屏蔽套与定子铁芯贴合的效果，大大地提升了屏蔽套结构稳定性。此方法简单易行、经济合理。

技术领域

本发明涉及超声冲击增强核主泵定子屏蔽套结构稳定性的加工方法，属于核电装备设计与制造领域。

背景技术

核主泵作为核岛内唯一连续运转装备，驱动一回路高温高压高放射性水循环，将反应堆芯核裂变的热能传递给蒸汽发生器产生蒸汽，推动汽轮机发电，是核电站的“心脏”。屏蔽式核主泵为实现无泄漏、免维修等先进设计理念，定子内壁和转子外圆各装配一个薄壁屏蔽套。屏蔽套将电机的定转子绕组与一回路冷却剂完全隔绝开，防止冷却剂侵蚀定转子铁芯，保证绕组工作在可靠绝缘环境中。屏蔽套为耐腐蚀的非磁性金属材料HastelloyC-276 合金，长为3000-3500 mm，内径为600 mm，但厚度仅为0.3-0.5 mm，属于大长径比超薄圆筒零件（电机技术. 2016年，第5期：32-37页）。定子屏蔽套和转子屏蔽套之间是冷却电机的工质循环流动通道的一部分，有4.8 mm的环形间隙，这个间隙也是必要励磁损耗条件下核主泵定子、转子高速相对安全转动的保证，因此在核主泵服役期间屏蔽套不允许有任何变形，这就对核主泵屏蔽套的装配质量提出了很高的要求（机械设计与研究. 2013年，第29卷第4期：114-117页）。

转子屏蔽套与转子铁芯为过盈配合，屏蔽套立于立式加热炉内加热，达到热套状态后，要求转子铁芯快速插入，冷却后将屏蔽套与转子铁芯贴合。定子屏蔽套与定子铁芯为间隙配合，装配采用抽真空法和水压法。抽真空法是将定子铁芯与屏蔽套之间的空气抽出，屏蔽套产生塑性变形实现装配。而水压法通过向屏蔽套内注入液体并使液压达到设计压力，使运子屏蔽套变形贴附在定子铁芯内壁。热套装过盈配合的转子屏蔽套有较好的稳定性，而间隙配合定子屏蔽套装配阶段尺寸配合过松或使役环境内外压差过大等作用下会结构失稳造成变形或局部向内凸起，文献报道核主泵定子组件和泄露检测试验完成后出现严重屏蔽套鼓包问题（设备监理. 2016年，第4期：15-18页）。大长径比超薄圆筒定子屏蔽套结构稳定性是核主泵设计制造过程中迫切需要解决的一个技术难题。

常规圆筒类零件通过增加筒体的壁厚、减小筒体半径或适当缩短筒体长度都能有效提高筒体的承载能力，从而提高圆筒的结构稳定性。实际工程中在筒体上装置一些刚性加强筋增强筒体刚度也可以提高圆筒临界压力（压力容器. 2000年，第17卷第1期：9-12页），但采用上述这些办法都需要改变屏蔽套的结构、尺寸，势必带来核主泵需重新设计的新问题，因此不改变核主泵定子屏蔽套结构、尺寸条件下提高其稳定性是本发明追求的目标。

超声冲击技术是最早用于消除工件焊缝焊趾处有害残余拉应力、引进有益压应力的方法。利用高速弹射的冲击头在室温下撞击工件的表面，使表层材料产生弹、塑性变形，位错密度增加，晶粒细化，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀性能，超声冲击技术近年来发展成为一种表面工程技术。与相近表面处理技术喷丸比较，超声冲击适用性更广，经济性更强，强化效果更为明显。本发明充分利用超声冲击技术的优势，对装配后的定子屏蔽套内壁表面实施选择性强化，提高其结构稳定性。

发明内容

本发明在不改变屏蔽套结构设计前提下，基于材料加工硬化原理，利用超声冲击枪对装配后的定子屏蔽套实施冲击强化处理，在内壁表面形成圆环、螺旋、网格等不同加工路径图案，由于材料内部位错增殖、晶粒细化等效应，这些设计图案塑性变形区域起到网络强化作用，相当于添加了“隐形加强筋”，大大地提升了屏蔽套结构稳定性。