压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构及修复方法与流程

本发明属于内燃机修复技术领域，更具体地说，是涉及一种压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构及修复方法。

背景技术

一些大型设备如核电站的应急柴油机、汽轮机等的机体，壳体通常为铸造件。在设备运行过程中，一旦发现这些铸造件产生裂纹，将会很难去处理这些缺陷。其中，修复裂纹的常规手段为补焊，但因铸铁材料含碳量较高，韧性差，显然，其可焊性极差，即使对有裂纹缺陷的机体进行特殊的焊接工艺，其焊接的成功率也很低，且在尝试补焊的过程中，由于热应力还可能会造成裂纹扩展，甚至零件报废的情况也屡见不鲜。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构，用以解决现有技术中存在的核电应急柴油机机体的裂纹缺陷通过补焊难以修复的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构，包括经过裂纹且沿垂直于所述裂纹延伸方向开设于机体上的一排槽孔组和镶嵌于所述槽孔组内用以限制所述裂纹扩展的连接件，或者，

所述压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构包括经过裂纹且沿垂直于所述裂纹延伸方向开设于机体上的至少一排槽孔组和镶嵌于对应所述槽孔组用以限制所述裂纹扩展的连接件；所述压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构还包括沿所述裂纹开设的多个密封孔及插接于对应所述密封孔内用以密封所述裂纹和消除裂纹面应力集中的密封螺件；各所述密封孔分布于对应所述槽孔组的两侧，且各所述密封螺件相互贴设。

进一步地，所述槽孔组包括多个连接孔，且各所述连接孔相通。

进一步地，所述连接件为波浪键或呈直条状的连接键。

进一步地，所述连接孔和所述密封孔均为圆形孔，所述连接件为具有凸缘的金属波浪键。

进一步地，所述金属波浪键的各所述凸缘的直径d、相邻的两所述凸缘之间部分的长度l及各所述凸缘的厚度t与相邻的两所述凸缘之间部分的宽度b之间的尺寸关系为：

d＝(1.4～1.6)b；l＝(2～2.2)b；t＝(1～1.2)b

其中，b＝3～6mm。

进一步地，所述金属波浪键相对于所述裂纹对称布置。

进一步地，所述金属波浪键的所述凸缘的个数为5～9个。

进一步地，所述连接件与所述槽孔组之间相适配。

进一步地，所述连接件设有多个，各所述连接件沿所述裂纹的深度方向重叠设置。

进一步地，所述连接件和所述槽孔组的配合间隙为0.1～0.2mm。

进一步地，所述槽孔组为波形槽，且相邻两所述波形槽的间距w＝(5～6)×b，或者相邻两所述波形槽的间距其中，σr为所述金属波浪键铆击后的抗拉强度，σb为所述机体材料的抗拉强度。

对应地，本发明的目的在于还提供了一种核电应急柴油机机体裂纹修复方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种核电应急柴油机机体裂纹修复方法，其中，该方法为使用上述压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构进行裂纹修复的方法，且该方法的步骤如下：

s10：于所述机体上，沿垂直于所述裂纹延伸的方向开设所述槽孔组；

s20：将所述连接件镶嵌于所述槽孔组内；

或者，当需至少一个所述连接件时，该方法还包括以下步骤：

s30：在所述s20步骤的基础上，于所述机体上且在对应所述连接件的两侧，沿所述裂纹开设多个密封孔；

s40：将所述密封螺件插接于对应的所述密封孔内，并确保各所述密封螺件相互贴设以密封所述裂纹。

进一步地，在步骤s10之前，在所述裂纹的两端分别开设用以防止所述裂纹延伸的止裂孔。

进一步地，步骤s10具体为，根据所述裂纹的状态及部位，选用或制作开设有与所述槽孔组相适配的模型孔的模具，将所述模具定位在所述机体上并确保所述模型孔经过所述裂纹且垂直于所述裂纹的延伸方向，沿所述模具上的所述模型孔往所述机体上开孔。

进一步地，步骤s10中，所述模型孔的形状与所述槽孔组的形状相同，所述槽孔组一次性形成；或者，各所述模型孔的形状和布局分别与所述槽孔组中对应的所述连接孔的形状和布局相同，所述槽孔组通过在所述机体上按所述模型孔开孔后，再将各孔打通而成。

进一步地，步骤s20具体为，将所述连接件与所述槽孔组对位，并铆击所述连接件以使其紧配合镶嵌于所述槽孔组内；当需至少一个所述连接件时，步骤s40具体为，将所述密封螺件与所述密封孔对位，并铆击所述密封螺件以使其插接于对应的所述密封孔内；铆击后的所述连接件和所述密封螺件均高于所述机体。

与现有技术相比，本发明提供的压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构及修复方法的有益效果在于：

该压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构包括槽孔组和连接件，在核电应急柴油机的机体出现裂纹时，通过在机体上沿垂直于裂纹延伸的方向开设经过裂纹的槽孔组，并将连接件镶嵌在槽孔组内，以此通过机械连接的方式，快速便捷地拉紧裂纹，限制裂纹扩展，及时地补充开裂后机体的强度损失。当裂纹较深、较长、较宽时，可将槽孔组设成多排，且在各槽孔组的两侧沿裂纹开设多个密封孔，将密封螺件插接在对应密封孔内，并让各密封螺件相互贴设紧挨，以此密封裂纹，消除裂纹面的应力集中，故而，该压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构及修复方法能有效地避开补焊手段引起的各种不足，在核电应急柴油机机体的裂纹修复中首次提出“金属链修复技术”，总体上，结构简单可靠，裂纹修复便捷且效果佳。

附图说明

为更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构中采用模具开设槽孔组时的加工结构示意图；

图2是本发明实施例中压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构中手工开设槽孔组时的加工结构示意图；

图3是本发明实施例中压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构采用一排槽孔组和一个波浪键时的立体爆炸结构图；

图4是图3中波浪键的平面结构示意图；

图5是本发明实施例中压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构采用多排槽孔组时开设密封孔过程中的加工结构示意图；

图6是本发明实施例中压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构采用多排槽孔组时的安装波浪键和密封螺件前的立体结构示意图；

图7是图6中安装密封螺件后的立体结构示意图。

其中，附图中的标号如下：

10－模具、11－模型孔、20－第一刀具、30－第二刀具；

100-机体、110-裂纹；200-槽孔组/波形槽、210-连接孔；

300-连接件/波浪键、310-凸缘、320-连接部；400-密封孔、500-密封螺件。

具体实施方式

为使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，进一步对本发明作详细说明。其中，本发明具体实施例的附图中相同或相似的标号表示相同或相似的元件，或者具有相同或类似功能的元件。应当理解地，下面所描述的具体实施例旨在用于解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅为便于描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。总之，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以下结合附图1至图7对本发明提供的一种压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构的实现进行详细地描述。

需说明的是，该压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构，主要用于修复核电应急柴油机机体100上的裂纹110，实际上，该修复结构还可用于汽缸盖、机架、凸轮轴及其他铸铁机件上的裂纹，当然，并不限于铸铁机件的修复。

还需说明的是，该压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构，采用的修复技术可称为“金属链修复技术”，该技术在核电领域中首次应用，其主要是利用高强度的材料制成特殊的连接件，以将机体100的损坏处用机械连接的方式连接起来，从而达到修复的目的。本发明首次采用“金属链修复技术”对核电应急柴油机凸轮轴孔上的裂纹110进行修复，总体上，该修复结构的结构简单可靠，修复便捷且修复效果佳。

如图3所示，该压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构，包括一排槽孔组200和一个连接件300。或者，如图6和图7所示，该压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构，包括至少一排槽孔组200和至少一个连接件300(图未示)，还包括多个密封孔400和多个密封螺件500。

需说明的是，在裂纹110较短、深度较浅、宽度较小的情况下，当计算得到机体所需的抗拉强度不大时，通常，如图3所示，采用一排槽孔组200和一个连接件300即可。对应地，在裂纹110较长、深度较深、宽度较大的情况，当计算得到机体所需的抗拉强度较大时，通常，采用至少一排槽孔组200和至少一个连接件300，且还需有多个密封孔400和多个密封螺件500。具体地，如图5所示，为一排槽孔组200、一个连接件300、多个密封孔400和多个密封螺件500的情况。如图7所示，为多排槽孔组200、多个连接件300、多个密封孔400和多个密封螺件500的情况。另外，当为多排槽孔组200时，各排槽孔组200或各连接件300之间的具体间距，主要由计算得到的机体100抗拉强度情况而定。

其中，如图3、图5和图7所示，槽孔组200开设在机体100上，且槽孔组200沿垂直于裂纹110延伸方向开设，并经过裂纹110。再如图7所示，当槽孔组200有多排时，各排槽孔组200沿裂纹110延伸的方向并排间隙设置，其中，各槽孔组200之间的间隙，应根据实际情况而定。对应地，连接件300镶嵌于对应的槽孔组200内，通过拉扯裂纹110两侧的机体100，即可限制裂纹110继续扩展。

另外，在裂纹110较长、深度较深、宽度较大的情况，当计算得到机体所需的抗拉强度较大时，如图5和图7所示，各密封孔400沿裂纹110开设，也即，各密封孔400均经过裂纹110，可以理解地，各密封孔400的大小大于裂纹110缝隙的宽度。不仅如此，各密封孔400沿裂纹110的延伸方向布置，并分布于对应槽孔组200的两侧。对应地，各密封螺件500插接于对应密封孔400内，且各密封螺件500之间相互贴设，也即，各密封螺件500紧挨着，故，一方面，对于有密封要求的位置，各密封螺件500起到密封裂纹110作用，另一方面能消除裂纹110面应力集中，去除裂纹110，避免裂纹110更进一步扩展。

需说明的是，在本实施例中，为确保密封性能，通常，各密封孔400的尺寸和形状应适配于对应的密封螺件500。其中，优选地，密封螺件500为密封螺钉，当然，实际上，密封螺件500还可为其它合适的密封用零部件。另外，在本实施例中，“槽孔组”顾名思义，其由一组槽孔组合而成。

总之，由上可以理解地，该压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构的修复原理及技术效果为：当机体100出现裂纹110时，且机体100所需抗拉强度较小时，通过在机体100上开设垂直于裂纹110延伸的方向且经过裂纹110的一排槽孔组200，并在槽孔组200上镶嵌一个连接件300，以此拉紧裂纹110两侧的机体100，限制裂纹110进一步扩展，及时地补充机体100的抗拉强度；当机体100所需的抗拉强度较大时，可以设置一排或多排槽孔组200，且还需在槽孔组200的两侧且沿裂纹110方向开设多个密封孔400，并将多个密封螺件500插接在对应的密封孔400上，以此密封裂纹110和消除裂纹面应力集中，避免裂纹110更进一步扩展。显然，该修复结构的结构简单可靠，且通过采用该修复结构，无需进行补焊，可以大大地缩短修复工期，减少机体100报废的几率，进而减少核电应急柴油机的维护成本，特别适用于铸铁件的裂纹修复。

进一步地，作为本发明提供的压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构的一种具体实施方式，如图2和图3所示，槽孔组200包括多个连接孔210，且各连接孔210相通。通常，各连接孔210的孔间距主要需根据机体100材料的抗拉强度、裂纹110的开裂情况等来确定。在本实施例中，先开设多个连接孔210，然后再将各连接孔210打通，当然，实际上，也可一次性加工出槽孔组200。

进一步地，作为本发明提供的压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构的一种具体实施方式，连接件300为波浪键或呈直条状的连接键。具体在本实施例中，为更好地增加机体100的抗拉强度，连接件300优选为波浪键。需说明的是，为确保该修复结构的可靠性，通常，连接件300与槽孔组200之间相适配。

还需说明的是，因通常一个波浪键300的抗拉强度是固定的，即，波浪键300具有固定的型号，故，根据机体100中裂纹110的深度等因素算得需补充的抗拉强度后，即可根据该数值，选择实际采用的波浪键300的性状和型号。对应地，因已选波浪键300的厚度是固定的，当裂纹110深度较深时，若需补充的抗拉强度较大，则可以同时设置多个连接件300，其中，各连接件300沿裂纹110的深度方向重叠设置。也即，通过将多个连接件300叠加在一起以确保机体100所需的抗拉强度。

具体在本实施例中，优选地，如图3所示，连接件300为具有凸缘310的金属波浪键。其中，为确保较高的抗拉强度，密封螺件500和连接件300一般均由镍铬合金制成。可以理解地，如图3所示，连接件300中，与槽孔组200中连接孔210部分对应的部分为凸缘310，各连接孔210之间被打通的部位为连接部320，也即，各凸缘310之间通过连接部320连接在一起。

另外，优选地，在本实施例中，连接孔210和密封孔400均为圆形孔，一来方便加工出对应的连接孔210和密封孔400，而来圆孔的应力分布均匀，利于安装对应的波浪键300和密封螺件500。

进一步地，作为本发明提供的压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构的一种具体实施方式，关于波浪键300的尺寸，如图4所示，金属波浪键300的各凸缘310的直径d、相邻的两凸缘310之间部分的长度l及各凸缘310的厚度t(图未示)与相邻的两凸缘310之间部分的宽度b之间的尺寸关系为：

d＝(1.4～1.6)b；l＝(2～2.2)b；t＝(1～1.2)b

可以理解地，b为基本尺寸，其通常为3～6mm，其它尺寸通常以其为参照。需说明的是，通常，为提高维护效率，可以将d、l、b均做成标准尺寸，然后根据有裂纹110的零件如机体100的壁厚和受力情况确定凸缘310的数量、波浪键300的数量以及机体100裂纹110上各槽孔组200之间的间距等。还需说明的是，凸缘310的厚度t即为波浪键300的厚度。

进一步地，作为本发明提供的压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构的一种具体实施方式，如图3所示，金属波浪键300相对于裂纹110对称布置，这样，裂纹110两侧机体100受到的拉扯力均衡，利于减少裂纹110进一步开裂的风险。

进一步地，作为本发明提供的压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构的一种具体实施方式，金属波浪键300的凸缘310的个数为5～9个。可以理解地，凸缘310的个数越多，因主要靠凸缘310来承受拉扯力，故，槽孔组200中各凹处端面上的应力越小，能使最大应力远离裂纹110，但凸缘310的个数越多，则会增加波浪键300的加工难度，故此，实际应用中，金属波浪键300的凸缘310数一般取5、7或9个。

进一步地，作为本发明提供的压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构的一种具体实施方式，关于槽孔组200，如图3所示，槽孔组200优选为波形槽，且其形状和尺寸分别与连接件300的形状和尺寸相适配。通常，为方便将连接件300安装到槽孔组200内及安装过程中尽可能减少继续开裂的几率，连接件300和槽孔组200的配合间隙为0.1～0.2mm。其中，槽孔组200的槽深一般由机体100的壁厚和裂纹110的深度等因素决定。

另外，当机体100为承受载荷不大的普通铸件时，则相邻两波形槽200之间的间距w＝(5～6)×b，或者，当机体100为承受高强度载荷的铸件时，相邻两波形槽200之间的间距其中，σr为金属波浪键300铆击后的抗拉强度(单位为mpa)，σb为机体材料的抗拉强度(单位为mpa)，可以理解地，相邻两波形槽200之间的间距w与机体材料的抗拉强度呈负相关关系，也即，机体材料的抗拉强度越大，则相邻两波形槽的排布越密集。

具体地，以裂纹110深度约10mm为例，根据“金属链修复技术”的相关原则，选取单层厚度为7mm，宽度为1/4英寸的波浪键300，对应采用1/4英寸的密封螺钉，且波浪键300和密封螺钉的材料均为镍铬合金。因波浪键300铆击后的抗拉强度为1200mpa，而产生裂纹110的机体为铸铁件，其抗拉强度为300mpa，也即，波浪键300经铆击后的抗拉强度是机体铸铁材料的抗拉强度的4倍，因此，波浪键300的间距宽度w＝4b时，可满足所需的抗拉强度要求。

本发明还提供一种核电应急柴油机机体裂纹修复方法，该核电应急柴油机机体裂纹修复方法为使用上述压水堆核电站应急柴油机机体裂纹修复结构进行裂纹110修复的方法，该方法的步骤如下：

s10：于机体100上，沿垂直于裂纹110延伸的方向开设槽孔组200。其中，槽孔组200经过裂纹110。

在该步骤s10中，关于槽孔组200的开设方式，具体地，在一实施例中，需先根据裂纹110的状态及裂纹110在机体100中的开裂部位，选用或制作模具10，其中，该模具10开设有与槽孔组200相适配的模型孔11。实际应用中，通常，为方便安装连接件300，模型孔11略大于槽孔组200。然后，如图1所示，将模具10定位在机体100上，定位时需确保模具10的模型孔11经过裂纹110且垂直于裂纹110的延伸方向。为防止开孔过程中模具10移动，通常，在简单的位置可以用手按住模具10，复杂的位置需采用专用的夹具夹住模具10。最后，再用第一刀具20沿模具10上的模型孔11往机体100上开孔。

更具体地，关于模型孔11的开设方式，具体在步骤s10中，在一实施例中，模型孔11的形状与槽孔组200的形状相同，槽孔组200一次性形成。也即，模型孔11为一波浪孔，直接采用特制的刀具(具体地，刀刃的形状和大小分别与波浪孔的形状和大小相同)一次性加工而成。但因定制刀具，加工成本较高，因而，很少采用此种模型孔11。或者，在另一实施例中，各模型孔11的形状和布局分别与槽孔组200中对应的连接孔210的形状和布局相同，通过在机体100上按照模型孔11开孔后，再将各孔打通即可成型出槽孔组200，也即，通过先一次定位，后在机体100上逐个开设连接孔210，再将各连接孔210间的材料凿除，即可成型出一波形槽200。

另外，实际上，关于槽孔组200的开设方式，如图2所示，在另一实施例中，无需模具10，还可直接通过第二刀具30在机体100上手动开凿出各连接孔210，然后，在将各连接孔210打通以形成波形槽200，即槽孔组200。

需说明的是，在开设槽孔组200前，通常需根据机体100材料及裂纹110的大小、深度等确定需补充的抗拉强度，然后根据该数值，选择相应连接件300的型号和数量，或者直接定制能满足该需求的连接件300。待连接件300确定好后，再根据确定的连接件300的形状和大小，以及裂纹110的开裂深度等来开设槽孔组200。

s20：将连接件300镶嵌于槽孔组200内。

在步骤s20中，具体地，通常，先将连接件300与槽孔组200对位，然后铆击连接件300以使其镶嵌于槽孔组200内，进而促使裂纹110两侧的机体100拉紧，防止裂纹110进一步开裂，增强机体100的抗拉强度。在实际应用中，铆击后的连接件300一般略高于机体100。可以理解地，连接件300紧配合于槽孔组200内，且连接件300与槽孔组200一一对应设置。

或者，关于机体100裂纹110的修复方法，在另一实施例中，当需至少一个连接件300时，也即，有裂纹110的机体100所需抗拉强度较大的情况下，该方法还包括以下步骤：

s30：在步骤s20的基础上，如图5和图6所示，于机体100上且在对应连接件300的两侧，沿裂纹110开设多个密封孔400。可以理解地，各密封孔400沿裂纹110布置，且各密封孔400大于裂纹110的裂缝。

s40：将密封螺件500插接于对应的密封孔400内，并确保各密封螺件500相互贴设以密封裂纹110。具体地，如图7所示，在步骤s40中，先将密封螺件500与密封孔400对位，然后铆击密封螺件500以使其插接于对应的密封孔400内。通常，铆击后的密封螺件500均高于机体100。

需说明的是，无论所需的抗拉强度较小还是较大，均需先进行上述步骤s10和s20。区别在于，所需抗拉强度较小时，在步骤s10中，通常只开设一排槽孔组200，且只需执行步骤s10和步骤s20即可；所需抗拉强度较大时，在步骤s10中，需开设一排槽孔组200，或者开设多排槽孔组200，除需执行步骤s10和步骤s20外，还需执行步骤s30和步骤s40。

进一步地，作为本发明提供的核电应急柴油机机体裂纹修复方法的一种具体实施方式，在步骤s10之前，在裂纹110的两端分别开设止裂孔(图未示)，其中，该止裂孔主要用以防止裂纹110延伸。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。