本發(fā)明屬于核工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種核電站主泵隔熱裝置及其制備方法。

背景技術(shù)：

主泵是壓水堆核電站一回路系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，主泵的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)才能確保核電站連續(xù)安全運(yùn)行。軸封型主泵目前在核電站中廣泛使用，為確保主泵軸封組件和水潤(rùn)滑軸承的正常運(yùn)行，設(shè)置有軸封注入水系統(tǒng)(包括化學(xué)容積控制系統(tǒng)注入水和應(yīng)急軸封注入水)，同時(shí)在泵本體內(nèi)部設(shè)置有隔熱裝置。

隔熱裝置的主要功能包括：

1)防止反應(yīng)堆冷卻劑的熱量向上傳遞至水潤(rùn)滑軸承和軸封組件；

2)引導(dǎo)軸封注入水潤(rùn)滑徑向軸承，冷卻、潤(rùn)滑徑向軸承；

3)保證注入水可以順暢向下流動(dòng)，而在全廠斷電工況下完全喪失注入水時(shí)，高溫反應(yīng)堆冷卻劑緩慢向上流動(dòng)，有效保護(hù)水潤(rùn)滑軸承和軸封組件。

隔熱裝置的結(jié)構(gòu)形式主要有以下兩種：

1)隔熱體+折流管結(jié)構(gòu)：隔熱體+折流管結(jié)構(gòu)型式隔熱裝置已在核電站中應(yīng)用。

2)隔熱體結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)沒有折流管，只有一個(gè)隔熱體，目前該結(jié)構(gòu)的隔熱裝置已在核電站中應(yīng)用。

隔熱體+折流管結(jié)構(gòu)隔熱裝置的技術(shù)缺陷主要有：

1)零部件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

2)在隔熱體和折流管之間設(shè)置有密封圈，需要定期維護(hù)與更換；

3)安裝要求高，安裝、維修不方便。

隔熱體結(jié)構(gòu)隔熱裝置的技術(shù)缺陷主要有：

1)隔熱效果較采用隔熱體+折流管結(jié)構(gòu)的隔熱裝置差；

2)在全廠斷電工況喪失軸封注入水時(shí)，高溫反應(yīng)堆冷卻劑將很快進(jìn)入到水潤(rùn)滑軸承和軸封組件，對(duì)水潤(rùn)滑軸承設(shè)計(jì)要求較高。

并且，上述現(xiàn)有的隔熱裝置均是基于傳統(tǒng)的加工工藝進(jìn)行制造的，如鍛造、機(jī)加工等，其制作工藝復(fù)雜，周期長(zhǎng)，成本高，且質(zhì)量得不到保證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的核電站主泵隔熱裝置零部件數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝、維修不方便，隔熱效果較差，全廠斷電工況高溫反應(yīng)堆冷卻劑將很快進(jìn)入到水潤(rùn)滑軸承和軸封組件的問題，提供了一種核電站主泵隔熱裝置及其制備方法，該裝置由3D打印制造方法制備，不同于基于傳統(tǒng)的加工工藝進(jìn)行制造的現(xiàn)有隔熱裝置，減少了零件數(shù)量，提高了冷卻效果及隔熱效果。

本發(fā)明就上述技術(shù)問題而提出的技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明提供一種核電站主泵隔熱裝置，所述隔熱裝置包括主體部，所述主體部開設(shè)有用于套設(shè)主泵軸的軸向貫穿部、以及設(shè)置在所述軸向貫穿部外周的至少一個(gè)供冷卻水流通的環(huán)形流道，所述環(huán)形流道具有用于接收軸封注入水的輸入端和用于輸出所述軸封注入水的輸出端；

所述輸入端開設(shè)有圓周分布的多個(gè)軸向孔，用于接收軸封注入水并均勻進(jìn)入環(huán)形流道；

所述輸出端開設(shè)有圓周分布的多個(gè)徑向孔，用于將向下流動(dòng)的所述軸封注入水潤(rùn)滑徑向軸承；

所述軸向貫穿部設(shè)置多個(gè)均勻分布的凹槽，用于阻止反應(yīng)堆冷卻劑和所述軸封注入水沿主泵軸流動(dòng)。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置中，所述軸向貫穿部包括頂部，與所述頂部連通的管狀中部主體，以及與所述管狀中部主體下部連通的底部，所述頂部、所述管狀中部主體及所述底部的主軸線在同一直線上，所述頂部底面直徑大于所述管狀中部主體的直徑，所述底部的頂面直徑大于所述管狀中部主體的直徑，所述管狀中部主體的表面上向外凸出形成有若干均勻分布的所述凹槽。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置中，所述環(huán)形流道包括相互連通的第一環(huán)形通道，第二環(huán)形通道和第三環(huán)形通道，所述輸入端設(shè)置在所述頂部的底面與所述第一環(huán)形通道的連接處，所述軸向孔環(huán)繞所述頂部的底面設(shè)置，所述軸向孔的中心軸與所述軸向貫穿部的中心軸的平行，所述輸出端設(shè)置在所述底部的上端與所述第三環(huán)形通道的連接處，所述徑向孔環(huán)繞所述底部的上端設(shè)置，所述徑向孔的中心軸與所述軸向貫穿部的中心軸的垂直。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置中，所述軸封注入水從所述輸入端依次沿呈平行設(shè)置的所述第一環(huán)形通道、第二環(huán)形通道和第三環(huán)形通道內(nèi)折返流動(dòng)至所述輸出端。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置中，所述第一環(huán)形通道的下端與第二環(huán)形通道的下端設(shè)置有圓周分布的多個(gè)第一通道連接孔，所述第二環(huán)形通道的上端與第三環(huán)形通道的上端設(shè)置有圓周分布的多個(gè)第二通道連接孔，所述第一通道連接孔和所述第二通道連接孔的中心軸與所述軸向貫穿部的中心軸的垂直。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置中，所述第三環(huán)形通道的橫截面積小于所述第一環(huán)形通道的橫截面積，所述第一環(huán)形通道的橫截面積小于所述第二環(huán)形通道的橫截面積。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置中，所述主體部還設(shè)置有環(huán)形空腔，所述環(huán)形空腔設(shè)置在所述第三環(huán)形流道的外周且環(huán)繞所述第三環(huán)形流道。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置中，所述主體部上還設(shè)置有沿所述主體部向外周延伸的用于與導(dǎo)葉及泵蓋相配合、定位的環(huán)形圓臺(tái)及分別位于所述環(huán)形圓臺(tái)上部和下部的第一斜面和第二斜面，所述第一斜面上靠近所述頂部處設(shè)置有第一凹位，所述第一斜面靠近環(huán)形空腔處設(shè)置有第二凹位，所述第二斜面緊貼所述環(huán)形圓臺(tái)處設(shè)置有第三凹位。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置中，所述頂部上還設(shè)置有用于安裝固定在泵軸上的內(nèi)部輔助葉輪及其相應(yīng)的軸向定位裝置的第一環(huán)形凹位，所述底部上還設(shè)置有用于安裝徑向軸承的第二環(huán)形凹位。

另一方面，本發(fā)明還提供一種核電站主泵隔熱裝置的制備方法，包括如下步驟：

S1、建立隔熱裝置的三維實(shí)體模型并將三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換成STL格式的標(biāo)準(zhǔn)文件，制定3D打印制造工藝；

S2、根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)文件利用金屬3D打印逐層打印工藝進(jìn)行所述隔熱裝置的制造，將上述每一片層的資料傳到3D打印設(shè)備中，通過控制打印參數(shù)，依次將每一層燒結(jié)或熔結(jié)并同時(shí)連結(jié)各層；

S3、在3D打印制造過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行機(jī)加工，在所述隔熱裝置逐層打印到一預(yù)設(shè)高度后，利用機(jī)加工設(shè)備進(jìn)行機(jī)加工，以形成軸向孔、環(huán)形流道及徑向孔；

S4、對(duì)所述隔熱裝置進(jìn)行熱處理、外表面機(jī)加工、表面處理，得到成型后的隔熱裝置。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置的制備方法中，所述預(yù)設(shè)高度為5mm～20mm。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置的制備方法中，所述打印參數(shù)包括鋪粉厚度、燒結(jié)厚度、激光的輸出功率、掃描速度、掃描寬度及掃描路徑。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置的制備方法中，所述燒結(jié)厚度為20μm。

本發(fā)明提供的一種核電站主泵隔熱裝置的制備方法中，在所述步驟S4之后還包括：S5、對(duì)所述成型后的隔熱裝置進(jìn)行檢驗(yàn)處理和修復(fù)處理，所述檢驗(yàn)處理包括尺寸檢查、光潔度檢查和表面缺陷檢查。

本發(fā)明的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

1)隔熱裝置為整體式結(jié)構(gòu)，減少了零部件的數(shù)量，便于安裝與維護(hù)；

2)隔熱裝置內(nèi)設(shè)置環(huán)形流道和流量分配孔，軸封注入水對(duì)隔熱體進(jìn)行冷卻，有效降低了隔熱體的溫度；

3)隔熱裝置內(nèi)設(shè)置有環(huán)形空腔，提高了隔熱效果；

4)在配合泵軸上輔助葉輪的作用下，注入水向下流動(dòng)順暢，在SBO工況下可以延長(zhǎng)高溫反應(yīng)堆冷卻劑向上流動(dòng)的時(shí)間；

5)隔熱裝置不需要設(shè)置密封結(jié)構(gòu)，運(yùn)行過程中無需維護(hù)；

6)隔熱裝置內(nèi)設(shè)空腔，減輕了部件重量，并節(jié)省了所需材料；

7)隔熱裝置采用3D打印與機(jī)加工有機(jī)結(jié)合的復(fù)合制造工藝，提高了內(nèi)部流道的表面質(zhì)量，并縮短了產(chǎn)品的加工周期。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的核電站主泵隔熱裝置的剖視圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的核電站主泵隔熱裝置的軸封注入水流動(dòng)方向的示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的核電站主泵隔熱裝置制備方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中核電站主泵隔熱裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、隔熱性能差的問題，本發(fā)明提供了一種核電站主泵隔熱裝置及其制備方法，其核心思想是：用3D打印與機(jī)加工有機(jī)結(jié)合的制造方法制造出整體式結(jié)構(gòu)的隔熱裝置，能夠減少了零部件的數(shù)量，便于安裝和維護(hù)，隔熱裝置內(nèi)設(shè)置有折流管式的環(huán)形流道、多個(gè)流量分配孔及環(huán)形空腔，能有效降低了隔熱體的溫度，延長(zhǎng)高溫反應(yīng)堆冷卻劑向上流動(dòng)的時(shí)間，且減輕部件重量，復(fù)合制造工藝能提高內(nèi)部流道的表面質(zhì)量，并縮短產(chǎn)品的加工周期。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

本發(fā)明提供一種核電站主泵隔熱裝置，如圖1所示，該裝置包括主體部100,主體部100上開設(shè)有用于套設(shè)主泵軸的軸向貫穿部101、設(shè)置在所述軸向貫穿部101外周的至少一個(gè)供冷卻水流通的環(huán)形流道、以及設(shè)置在環(huán)形流道的外周且環(huán)繞環(huán)形流道的環(huán)形空腔110。

具體地，軸向貫穿部101包括頂部1011，與頂部1011連通的管狀中部主體1012，以及與管狀中部主體1012下部連通的底部1013，頂部1011上設(shè)置有第一環(huán)形凹位10111，第一環(huán)形凹位10111用于安裝固定在泵軸上的內(nèi)部輔助葉輪及其相應(yīng)的軸向定位裝置，底部1013上設(shè)置有第二環(huán)形凹位10131，第二環(huán)形凹位10131用于安裝徑向軸承。頂部1011、管狀中部主體1012及底部1013的主軸線在同一直線上，頂部1011與管狀中部主體1012接觸的底面直徑大于管狀中部主體1012的直徑，底部1013與管狀中部主體1012接觸的頂面直徑大于管狀中部主體1012的直徑，管狀中部主體1012的表面上向外凸出形成有若干均勻分布的凹槽106。凹槽106用于阻止反應(yīng)堆冷卻劑和軸封注入水沿泵軸流動(dòng)。多個(gè)均勻分布的凹槽106之間形成一系列的截流間隙與膨脹空腔，產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。由于主泵軸和隔熱裝置之間存在大量間隙，無需潤(rùn)滑，適用于高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。

環(huán)形流道包括相互連通的第一環(huán)形通道107、第二環(huán)形通道108和第三環(huán)形通道109，第一環(huán)形通道107，第二環(huán)形通道108和第三環(huán)形通道109的中軸線及軸向貫穿部101的中軸線互相平行，頂部1011的底面連接有輸入端102，輸入端102與第一環(huán)形通道107連通，輸入端102開設(shè)有圓周均勻分布的多個(gè)軸向孔103，用于接收軸封注入水并均勻進(jìn)入環(huán)形流道，軸向孔103環(huán)繞輸入端102均勻設(shè)置，軸向孔103的中心軸與軸向貫穿部101的中心軸的平行。

輸出端104設(shè)置在底部1013的上端與第三環(huán)形通道108的連接處，輸出端104開設(shè)有圓周均勻分布的多個(gè)徑向孔105，用于將向下流動(dòng)的軸封注入水潤(rùn)滑徑向軸承，徑向孔105環(huán)繞底部1013的上端均勻設(shè)置，徑向孔105的中心軸與軸向貫穿部101的中心軸的垂直。

第一環(huán)形通道107的下端與第二環(huán)形通道108的下端設(shè)置有圓周均勻分布的多個(gè)第一通道連接孔111，第二環(huán)形通道108的上端與第三環(huán)形通道109的上端設(shè)置有圓周均勻分布的多個(gè)第二通道連接孔112，第一環(huán)形通道107和第二環(huán)形通道108通過第一通道連接孔111連通，第二環(huán)形通道108和第三環(huán)形通道109通過第二通道連接孔112連通。第一通道連接孔111和第二通道連接孔112的中心軸與軸向貫穿部101的中心軸的垂直。多個(gè)均勻分布的軸向孔103、徑向孔105、第一通道連接孔111及第二通道連接孔112能保證軸封注入水均勻地在環(huán)形通道中流動(dòng)，同時(shí)也可是整個(gè)隔熱裝置更加穩(wěn)定?？梢岳斫獾氖?，第一通道連接孔111、第二通道連接孔112、軸向孔103、徑向孔105的數(shù)量不受限制，但需確保軸封注入水流動(dòng)順暢。

參考圖2，軸封注入水從輸入端102上的多個(gè)軸向孔103進(jìn)入第一環(huán)形通道107，順著第一環(huán)形通道107向下流動(dòng)至第一環(huán)形通道107和第二環(huán)形通道108相連通的第一通道連接孔111，經(jīng)過第一通道連接孔111后沿著第二環(huán)形通道108向上流動(dòng)至第二環(huán)形通道108與第三環(huán)形通道109相連通的第二通道連接孔112，然后順著第三環(huán)形通道109向下流入輸出端104，并通過所述輸入端104上的多個(gè)徑向孔105流向底部1013。第一環(huán)形通道107、第一通道連接孔111、第二環(huán)形通道108、第二通道連接孔112及第三環(huán)形通道109構(gòu)成了S型折流管式的流道，能加長(zhǎng)軸封注入水的流程，大大提高隔熱裝置的換熱性能。

軸封注入水向下流動(dòng)的過程中，由于有泵軸上的輔助葉輪補(bǔ)償其壓力損失，注入水可以順暢流動(dòng)。當(dāng)發(fā)生全廠斷電工況時(shí)，將完全喪失軸封注入水，且主泵停運(yùn)后泵軸上的輔助葉輪停止工作，高溫反應(yīng)堆冷卻劑向上流動(dòng)的過程中除了克服流道的沿程阻力損失外，還需要克服兩個(gè)環(huán)形通道的介質(zhì)的勢(shì)能，有效阻止了高溫反應(yīng)堆冷卻劑向上流動(dòng)的速度。

第三環(huán)形通道109的橫截面積小于第一環(huán)形通道107的橫截面積，第一環(huán)形通道107的橫截面積小于第二環(huán)形通道108的橫截面積。這樣的設(shè)計(jì)能更好地使軸封冷卻水對(duì)隔熱裝置進(jìn)行冷卻且阻止高溫反應(yīng)堆冷卻劑向上流動(dòng)。

環(huán)形空腔110的設(shè)置能夠提高隔熱裝置的隔熱效果，并且減輕隔熱裝置的重量。環(huán)形空腔110的大小不受限定，但需保證隔熱裝置的穩(wěn)定。

主體部100上還設(shè)置有沿主體部100向外周延伸的環(huán)形圓臺(tái)113，主體部100外周位于圓臺(tái)113上下位置處還包括第一斜面114和第二斜面115，第一斜面114靠近第一環(huán)形凹位10111處設(shè)置有第一凹位1141，第一斜面114靠近環(huán)形空腔110處設(shè)置有第二凹位1142，第二斜面115緊貼環(huán)形圓臺(tái)113處設(shè)置有第三凹位1151，環(huán)形圓臺(tái)113、設(shè)置有第一凹位1141和第二凹位1142的第一斜面114、設(shè)置有第三凹位1151的第二斜面115的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是用于將主體部100與導(dǎo)葉、泵蓋相配合、定位。

本實(shí)施例提供的隔熱裝置為整體式結(jié)構(gòu)，整個(gè)裝置一體成型，大大減少了零部件的數(shù)量，便于安裝與維護(hù)。而且隔熱裝置內(nèi)設(shè)置環(huán)形流道和多個(gè)流量分配孔，軸封注入水對(duì)隔熱體進(jìn)行冷卻，有效降低了隔熱體的溫度。隔熱裝置內(nèi)的環(huán)形空腔提高了隔熱效果且能夠減輕隔熱裝置的重量。在發(fā)生全廠斷電的工況下，折流管式的環(huán)形通道能有效延長(zhǎng)高溫反應(yīng)堆冷卻劑向上流動(dòng)的時(shí)間，避免高溫反應(yīng)堆冷卻劑對(duì)水潤(rùn)滑軸承和軸封組件造成傷害。另外，該隔熱裝置不需要設(shè)置密封結(jié)構(gòu)，運(yùn)行過程中無需維護(hù)，減少了成本。

實(shí)施例二

本發(fā)明還提供一種核電站主泵隔熱裝置制備方法，參考圖3，該方法包括以下步驟：

S1、建立隔熱裝置的三維實(shí)體模型并將三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換成STL格式的標(biāo)準(zhǔn)文件，三維實(shí)體模型轉(zhuǎn)換成STL格式的標(biāo)準(zhǔn)文件時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，需先對(duì)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行修補(bǔ)，然后制定出3D打印制造工藝；

S2、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文件利用金屬3D打印逐層打印工藝進(jìn)行隔熱裝置的制造，將上述每一片層的資料傳到3D打印設(shè)備中，通過控制打印參數(shù)，依次將每一層燒結(jié)或熔結(jié)并同時(shí)連結(jié)各層，打印參數(shù)包括鋪粉厚度、燒結(jié)厚度、激光的輸出功率、掃描速度、掃描寬度及掃描路徑，在本實(shí)施例中燒結(jié)厚度為20μm，對(duì)于不同的3D打印設(shè)備，激光的輸出功率、掃描速度、掃描寬度及掃描路徑不盡相同，在此不作限定；

S3、在3D打印制造過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行機(jī)加工，在隔熱裝置逐層打印到5～20mm的高度后，利用機(jī)加工設(shè)備進(jìn)行機(jī)加工，以形成軸向孔、環(huán)形流道及徑向孔，采用3D打印與機(jī)加工結(jié)合的復(fù)合制造工藝，能有效提高環(huán)形流道內(nèi)部的表面質(zhì)量；

S4、對(duì)隔熱裝置進(jìn)行熱處理、外表面機(jī)加工、表面處理，得到成型后的隔熱裝置；

S5、對(duì)成型后的隔熱裝置進(jìn)行檢驗(yàn)處理和修復(fù)處理，檢驗(yàn)處理包括尺寸檢查、光潔度檢查和表面缺陷檢查，尺寸、光潔度應(yīng)滿足圖紙要求，表面應(yīng)無劃痕、裂紋。

本實(shí)施例提供的隔熱裝置制備方法能制造出整體式結(jié)構(gòu)的隔熱裝置，優(yōu)化了隔熱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少了零部件的數(shù)量。且采用3D打印與機(jī)加工結(jié)合的復(fù)合制造工藝，能有效提高環(huán)形流道內(nèi)部的表面質(zhì)量，保證軸封注入水的順暢流動(dòng)。

上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。