核級(jí)高溫高壓閥門(mén)中腔法蘭結(jié)構(gòu)密封研究

鄧永剛 劉平

摘 要：由于核電站現(xiàn)場(chǎng)使用要求，部分核級(jí)高溫高壓閘閥及節(jié)流閥不適合采用自緊密封結(jié)構(gòu)，為了便于拆卸維護(hù)要求使用中法蘭結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的中腔墊片并不能滿足密封要求。在以往的制造試驗(yàn)過(guò)程中，通常會(huì)降低試驗(yàn)要求來(lái)達(dá)到密封要求。該文通過(guò)對(duì)核級(jí)高溫高壓閥門(mén)中法蘭結(jié)構(gòu)的分析，對(duì)密封性能進(jìn)行了驗(yàn)證，計(jì)算了墊片的最小預(yù)緊載荷、內(nèi)壓對(duì)墊片載荷的影響值計(jì)算、單個(gè)螺栓預(yù)緊扭矩值的計(jì)算、并給出了安裝與調(diào)試的方法。

關(guān)鍵詞：高溫高壓閥門(mén) 中腔法蘭結(jié)構(gòu)密封 線密封

中圖分類(lèi)號(hào)：TH136 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）05（a）-0042-02

1 適用范圍

該方案針對(duì)核級(jí)高溫高壓閥門(mén)中法蘭結(jié)構(gòu)中腔密封進(jìn)行設(shè)計(jì)形式、材料、設(shè)計(jì)要求、生產(chǎn)制造、檢驗(yàn)方法、安裝等內(nèi)容研究。

2 技術(shù)要求

研究試驗(yàn)體工況設(shè)計(jì)要求：閥門(mén)類(lèi)型：閘閥；閥門(mén)設(shè)計(jì)壓力：17.2 MPa（表壓）；閥門(mén)設(shè)計(jì)溫度：最高360 ℃；閥門(mén)殼體水壓試驗(yàn)：42.6 MPa（常溫）；試驗(yàn)介質(zhì)：去離子水。

3 引用標(biāo)準(zhǔn)

ASME BPVC-Ⅲ，核設(shè)施部件建造規(guī)則NB分卷。

JB/T 6628，柔性石墨復(fù)合增強(qiáng)（板）墊。

GB/T 1804，一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差。

Q/TS QPD830-2011，不合格品控制程序。

4 中腔密封結(jié)構(gòu)研究

4.1 項(xiàng)目背景

由于核電站現(xiàn)場(chǎng)使用要求，部分核級(jí)高溫高壓閘閥及節(jié)流閥不適合采用自緊密封結(jié)構(gòu)，為了便于拆卸維護(hù)要求使用中法蘭結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的中腔墊片并不能滿足密封要求。在以往的制造試驗(yàn)過(guò)程中，通常會(huì)降低試驗(yàn)要求來(lái)達(dá)到密封要求。在此筆者公司研制了核級(jí)柔性石墨復(fù)合墊片來(lái)用于核級(jí)高溫高壓閘閥及節(jié)流閥的中法蘭密封。這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)核電市場(chǎng)尚處于空白階段。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因核級(jí)高溫高壓閥門(mén)的中腔密封實(shí)現(xiàn)密封功能很困難，在進(jìn)行中腔結(jié)構(gòu)時(shí)筆者所在方對(duì)墊片的接觸寬度及高度都必須進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算來(lái)得出合理的數(shù)值。中腔示意圖見(jiàn)圖1。

中腔密封結(jié)構(gòu)計(jì)算如下。

（1）墊片的最小預(yù)緊載荷計(jì)算。

式中：A為總螺栓預(yù)緊載荷，取WA>WO，kN；d為螺栓名義直徑，m；n為螺栓數(shù)量；K為螺母系數(shù)，對(duì)于潤(rùn)滑狀況一般的螺栓，取K=0.2。

最小預(yù)緊載荷為理論計(jì)算值，是理想運(yùn)行情況下針對(duì)閥門(mén)墊片的載荷計(jì)算，對(duì)于該項(xiàng)中墊片的預(yù)緊載荷，可作為閥門(mén)墊片安裝時(shí)的參考值，實(shí)際安裝時(shí)可做調(diào)整。

4.3 墊片結(jié)構(gòu)選取

墊片結(jié)構(gòu)選取如圖2所示。

核級(jí)柔性石墨復(fù)合墊片的尺寸及其公差應(yīng)符合表1規(guī)定。

核級(jí)柔性石墨復(fù)合墊片的性能參數(shù)符合表2要求。

5 安裝與調(diào)試

核級(jí)柔性石墨復(fù)合墊片的安裝、維修等方式雖比較簡(jiǎn)便，但為了確保最佳的使用性能，應(yīng)遵從以下安裝方式。

5.1 檢查

（1）緊固件（螺母、螺栓或螺柱）材料和規(guī)格應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，其螺紋、螺桿、螺母與墊圈接觸面應(yīng)無(wú)裂痕、削屑、毛刺、銹蝕、毛邊和其他損傷。（2）法蘭密封面、溝槽內(nèi)無(wú)缺口毛邊或外來(lái)物。（3）法蘭密封面的粗糙度應(yīng)為Ra0.8或更高。

5.2 潤(rùn)滑

（1）允許使用規(guī)定的或認(rèn)可的潤(rùn)滑劑，均勻地涂敷在螺栓和螺母的內(nèi)外螺紋，以及螺栓頭上，以減小螺栓自身的摩擦力。（2）潤(rùn)滑劑應(yīng)適合緊固件（包括螺母和墊圈）材料、工藝介質(zhì)和使用溫度。

5.3 安裝

（1）在未完成上述調(diào)整之前，勿拆卸密封產(chǎn)品的外包裝。（2）小心拆開(kāi)核級(jí)柔性石墨復(fù)合墊片墊片外包裝，確認(rèn)密封面沒(méi)有劃痕、刮傷等缺陷后，將密封件放入需要密封的位置。

5.4 預(yù)緊螺栓

（1）選用合適的扭矩板手、液壓或其他拉伸器。（2）用手?jǐn)Q緊所有螺母（必要時(shí)用扳手）。（3）對(duì)稱(chēng)擰緊每一螺母至全部扭矩值的30%。（4）對(duì)稱(chēng)擰緊每一螺母至全部扭矩值的60%。（5）對(duì)稱(chēng)擰緊每一螺母至預(yù)定力矩值。

參考文獻(xiàn)

[1]沈陽(yáng)閥門(mén)研究所《閥門(mén)設(shè)計(jì)》編寫(xiě)組.閥門(mén)設(shè)計(jì)[M].沈陽(yáng)閥門(mén)研究所，1976.

[2]楊源泉.閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，1922.

[3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.