基于金屬與金屬接觸的蒸汽發生器螺栓預緊載荷研究

湯臣杭，何勁松，余 平，周 永

(中國核動力研究設計院，四川成都 610041)

0 引言

壓水堆核電廠中，由于安裝、檢修、在役檢查等需要，蒸汽發生器設有人孔、手孔和檢查孔等開孔結構，這些開孔的密封方式通常采用螺栓－法蘭密封。

常用的螺栓法蘭密封結構有兩種類型:一種是金屬與金屬不接觸或浮動型螺栓法蘭接頭;另一種是金屬與金屬接觸型的法蘭接頭。相比于前者，金屬與金屬接觸型的法蘭接頭主要特點是將墊片壓縮到預定的厚度后，繼續追加螺栓載荷直到蓋板與法蘭相互接觸。因此，當存在介質壓力和溫度波動時，墊片上的密封載荷不發生改變，使整個密封結構保持在最佳的泄漏控制狀態，同時螺栓也不承受循環載荷，減少了發生疲勞或松脫的危險［1］。

由于核電廠的特殊性，對密封結構要求十分嚴格，不允許出現任何泄漏，目前國內蒸汽發生器開孔密封通常采用金屬與金屬接觸型的密封結構，墊片采用膨脹石墨墊。典型的密封結構如圖1所示。

圖1 典型的密封結構示意

在螺栓－法蘭密封結構中，螺栓預緊力的控制是保證整個密封結構可靠性的重要條件。文中分析比較了傳統方法中螺栓預緊力的確定方法，并基于金屬與金屬接觸的密封機理，對蒸汽發生器密封結構螺栓載荷的確定進行了探討;同時，結合有限元分析方法，研究了螺栓載荷與螺栓伸長量的關系，給出了蒸汽發生器密封結構螺栓伸長量的確定方法。

1 螺栓預緊載荷的確定

1.1 傳統的螺栓載荷確定方法

針對核設備設計，ASME規范第Ⅲ卷附錄E［2］規定螺栓載荷必須滿足預緊工況下預緊力Wm2和操作工況下預緊力Wm1，并取兩者中的大值?！?br>