新型高效汽液分離干燥器裝置波紋板的制造

蔡振芳 趙金民 趙 鵬 王 燁

(上海東海壓力容器制造有限公司)

在國內(nèi)核電廠中，核島的主要設備裝置由反應器、蒸發(fā)器、穩(wěn)壓器及有關(guān)泵等組成,反應器產(chǎn)生高壓蒸汽后必須經(jīng)蒸發(fā)器,由一回路中間載熱體將其熱能在蒸發(fā)器中加熱二回路水，產(chǎn)生一定溫度和壓力的蒸汽。由于蒸汽含有大量水分將嚴重影響汽輪機的正常工作，因此必須經(jīng)分離干燥后將其水分分離到一定指標(干度達99.75%)，之后干蒸汽才能推動汽輪機正常工作發(fā)電。

1 蒸汽發(fā)生器簡介

蒸發(fā)器底部是一個U形換熱器(圖1)，其管程走一回路熱載體加熱殼程的二回路水并產(chǎn)生蒸汽,其蒸汽經(jīng)設在蒸發(fā)器頂部的汽液分離干燥器分離水并達到干燥的效果。為了保證汽輪機能在較高負荷、壓力和循環(huán)倍率下提供合格的蒸汽就要求有高效的分離和干燥裝置，而完成這一功能的關(guān)鍵則是分離和干燥裝置中的波紋板。我國已建和在建的核能裝置中的波紋板均為進口。為了打破西方壟斷，實現(xiàn)國產(chǎn)化，上海東海壓力容器制造有限公司(以下簡稱：上海東海)自2006年以來，在承接國家有關(guān)核電設計院、研究院、制造廠和使用廠的制造項目并在其協(xié)同下完成了相關(guān)堆型的波紋板研制,開發(fā)的8種波紋板結(jié)構(gòu)均已應用于有關(guān)堆型并取得了成功。

蒸汽發(fā)生器干燥器工作時，蒸汽經(jīng)一級分離器分離后，由干燥器底部進入干燥器，經(jīng)波形板分離后，經(jīng)過側(cè)向的分隔板從頂部排出以達到汽水分離干燥的效果。干燥器由底部法蘭、外側(cè)圍筒以及8組波形板分離組件等構(gòu)成，每個分離組件由疏水槽組件和波形板葉片組件構(gòu)成。應指出該裝置除了在核電裝置中應用外，因其功能和作用表明在火電、化工和石油系統(tǒng)凡需要獲得高指標干蒸汽的場合也可同樣適用。

圖1 蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡圖

2 波形板結(jié)構(gòu)簡介

上海東海在過去7年中分別為AP1000、CPR1000、國內(nèi)自主技術(shù)的CAP1400陸續(xù)開發(fā)了8種波紋板結(jié)構(gòu)，其中尤以研究制造完成的CPR1000波紋板結(jié)構(gòu)最為復雜，當然這8種波紋板結(jié)構(gòu)(圖2～9)繁簡不一，但都滿足設計和使用要求。

圖2 CAP1400單面雙鉤波紋板葉片組件

圖3 CAP1400帶支承隔板單面雙鉤波紋板葉片組件

圖4 C1-C4洽希瑪項目起始波紋板葉片組件

圖5 CAP1400雙鉤波紋板葉片組件

圖6 C1-C4洽希瑪項目終端波紋板葉片組件

圖7 ACP1000(B型干燥器試驗件)標準波紋板葉片組件

圖8 MSR性能試驗件標準波紋板葉片組件

圖9 沖壓V形組件

3 波紋板的制造

筆者以CPR1000為例進行說明，波紋板的研制需制備復雜的工裝和模具，經(jīng)大量試驗才得以完成。波紋板的結(jié)構(gòu)形式比較復雜，其尾鉤、擋水鉤和波紋板需要整體成型，要達到設計所要求的結(jié)構(gòu)形狀需經(jīng)過多道工藝才能完成。

3.1 模具的研制

經(jīng)分析研究設計圖紙中的要求，為能制造出合格產(chǎn)品首先通過分析確定模具套數(shù)，即用多少加工模具實現(xiàn)產(chǎn)品的壓制。在此基礎(chǔ)上首先進行小模試驗，待小模試驗成功后再擴大生產(chǎn)壓制實際產(chǎn)品用模。

首先筆者參考了產(chǎn)品圖紙和進口件產(chǎn)品，進行了仔細分析和研究，最終確定了加工工序，共分5副模具來完成波紋板產(chǎn)品的加工全過程：U形打彎模、S形打彎模、H形壓平模、V形打彎模和整體成型模。

在加工正式模具之前進行了大量小型模具的試驗工作，使每一道加工工序都能達到產(chǎn)品圖紙的要求。小型模具的尺寸為寬405mm，長100mm。因在試制過程中有很多不可預知的情況，如：變形量、回彈量以及延伸率等，經(jīng)許多試驗使每一道工序都得到了正確的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上最終確定了實際產(chǎn)品用模具的圖紙設計。

根據(jù)小型模具試制驗證，設計了產(chǎn)品模具，寬405mm、長1 400mm，其研制過程如下：

a. 按圖紙設計要求采購模具材料；

b. 根據(jù)圖紙進行粗加工，然后根據(jù)零件的要求進行熱處理，使每一只零件都能達到較好的機械性能和強度；

c. 按各零件設計要求在加工中心上進行精加工，使每一零件達到設計要求；

d. 采購模具裝配所需要的各種標準件及附件；

e. 裝配。

根據(jù)各道模具在沖壓過程中的使用要求進行裝配，使模具能非常正確的在導柱間進行靈活地上下運動，然后安裝各定位裝置，使每一道工序都能在加工時保證正確的尺寸要求。

3.2 波紋板制造方法及工藝路線的確定

經(jīng)研究確定具體技術(shù)方法及工藝路線如下：

a. 波紋板下料，下料用剪切方法并于剪切后去除毛刺；

b. 第一道工序沖壓尾鉤；

c. 通過7道工序完成雙曲S形狀，同樣通過七道工序?qū)形波紋板改變成U形；

d. U形壓扁整體校正整形；

e. 壓制V形板，同樣通過7道工序完成波紋板基本形狀和尺寸；

f. 波紋板整體整形壓模。

通過上述6步工序完成波紋板的試制工作，在完成小試的基礎(chǔ)上，本公司進行了大尺寸的試制，此后又完成了預投件(10件)的生產(chǎn)制造。在完成研制過程中，除了完成模具的研發(fā)及修正、有關(guān)工裝的試制、測量檢具的試制外還完成了有關(guān)制造文件、質(zhì)量控制文件和程序文件，具體包括：蒸汽發(fā)生器波形板(折板)科研方案、制造大綱、質(zhì)量計劃、尺寸檢查程序、壓制程序、液體滲透程序、清潔程序、制造工藝流轉(zhuǎn)卡以及專業(yè)檢測量具等。

3.3 原材料采購及選用

試件采用厚度為1.2mm，ASME A240-316L材料(抗拉強度485MPa，屈服強度170MPa，延伸率55%)，材料采購經(jīng)入廠驗收入庫，化學成分見表1。

表1 試件化學成分表 wt%

3.4 試制工藝

試制工藝流程為：

a. 完成模擬模具和生產(chǎn)模具的研制及試驗修正，模擬模具經(jīng)4次修正和4次試壓成形滿足圖紙要求后,再進行生產(chǎn)模具的設計制作(經(jīng)3次修正,3次試壓)，完成后壓制科研件4件；

b. 按圖紙尺寸下料后進行檢查，滿足通過模擬壓制確定的波紋板展開幾何尺寸，并去除毛刺；

c. 下料后成形前作目視檢查其表面質(zhì)量，不允許存在任何刮傷、皺紋、裂縫、凹坑、疤痕、嵌入物及金屬異物等；

d. 按工藝文件壓制波紋板；

e. 壓制后用堿性溶液清洗，禁止酸洗；

f. 壓制各中間過程均采用樣板檢查；

g. 壓制后作目視檢查以不存在任何刮傷、皺紋、裂縫、凹坑、疤痕、嵌入物及金屬異物為合格；

h. 按蒸汽發(fā)生器波形板液體滲透檢驗程序?qū)Σㄐ伟鍓褐剖軝z表面進行液體滲透檢驗；

i. 成品表面作防鐵素體污染清洗，按蒸汽發(fā)生器波形板清潔程序。

3.5 有關(guān)幾何尺寸的檢查

為了能正確檢查試制件的幾何尺寸，公司制訂了專用樣板并取得檢驗證書，經(jīng)檢驗各件幾何尺寸完全符合圖紙的要求。

3.6 試壓產(chǎn)品

用設計好的產(chǎn)品模具首先壓制了產(chǎn)品波形板，在檢驗合格后又壓制了預投件10件，在進行試壓過程中比較順利，經(jīng)檢驗試壓出的產(chǎn)品都能達到圖紙要求。

4 波紋板壓制

波紋板壓制步驟和程序為：

a. 下料。為防止板材表面劃傷，工作場所應進行適當隔離，工件的存放應設有保護措施。下料采用一臺2600mm×6mm數(shù)控切機完成。

b. 沖壓S形板片尾鉤。尾鉤沖壓在160t專用沖壓折邊機上用專用模具沖壓成形(圖10)。

c. 沖壓S形板片擋水鉤。擋水鉤在320t專用沖壓折邊機上用專用模具沖壓成形(圖11)。通過7道步驟完成S形板片，沖壓在四立柱320t油壓機上進行，工作臺面尺寸為1000mm×2000mm，行程大于800mm。

d. 沖壓U形板片。在四立柱320t油壓機上用專用模具沖壓成形(圖12)，通過七道沖壓，將S形板片沖壓成U形板片。

e. U形板片整體校正。在800t油壓機上進行(圖13)。

f. 沖壓V形板。在320t油壓機上通過7道步驟完成波形板毛坯(圖9)。

g. 整形。波形板用專用模具在800t油壓機上整體整形(圖14)。

圖10 沖尾鉤

圖11 沖壓擋水鉤

圖12 沖壓U形板片

圖13 U形板片整體校正

圖14 整體整形

5 結(jié)束語

波紋板研制成功后召集了國內(nèi)核電領(lǐng)域?qū)＜以u審，經(jīng)過與國外同類產(chǎn)品的比較，審定認為：通過試驗試制和產(chǎn)品制造，上海東海完全掌握了波紋板的成型技術(shù)，生產(chǎn)的波紋板經(jīng)檢驗完全能滿足設計圖紙和使用要求，達到了國外同類產(chǎn)品的技術(shù)指標，現(xiàn)在都已應用于有關(guān)堆型的分離與干燥裝置中，打破了西方壟斷，實現(xiàn)了國產(chǎn)化，并希望為今后核電設備的生產(chǎn)作出應有的貢獻。同時因其功能和作用，可以將產(chǎn)品在其他領(lǐng)域中得到進一步推廣應用。