壓力容器螺孔塞壓緊裝置專用工具開發(fā)

黃 帥 盧 胡 祝 飛

（福建福清核電有限公司，福建 福清350318）

1 概述

反應(yīng)堆壓力容器螺栓孔密封塞（簡(jiǎn)稱螺孔塞，每臺(tái)核電機(jī)組各58 件螺孔塞）設(shè)計(jì)用于保護(hù)反應(yīng)堆壓力容器螺栓孔（簡(jiǎn)稱螺栓孔），在核電機(jī)組換料停堆大修期間，螺孔塞可以防止堆芯換料水池充水時(shí)硼水侵入螺栓孔，腐蝕螺紋。螺孔塞每次使用前需更換其內(nèi)部的密封圈，為了滿足快速拆裝螺孔塞的要求，需要設(shè)計(jì)制造可以簡(jiǎn)便、快捷、有效壓緊螺孔塞的專用工具。本文利用solidworks 軟件進(jìn)行螺孔塞壓緊裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合ansys 軟件校核壓緊裝置的強(qiáng)度，并通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證壓緊裝置的可行性。

2 設(shè)計(jì)需求

螺孔塞原始拆裝過(guò)程：將螺孔塞翻轉(zhuǎn)放置，使其背面朝上，一名工作人員用手向下按壓下端塞并持續(xù)施力，彈簧保持壓縮；同時(shí)另一名工作人員使用螺絲刀將緊固螺釘擰出/擰入。存在的弊端：拆裝過(guò)程中需人工持續(xù)用力來(lái)壓緊彈簧，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。針對(duì)該弊端，考慮使用機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)彈簧持續(xù)壓緊。

3 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)需求——使用機(jī)械壓緊螺孔塞（彈簧），該動(dòng)作是豎直方向的單一動(dòng)作，考慮采用對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)該動(dòng)作。

滑塊作為從動(dòng)件，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程即壓緊螺孔塞（彈簧）的過(guò)程。曲柄作為主動(dòng)件，根據(jù)實(shí)際情況，考慮不使用機(jī)械動(dòng)力，而采用人工向曲柄施加動(dòng)力。

此外，根據(jù)螺孔塞實(shí)際情況，在曲柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至極限位置時(shí)，利用彈簧的反作用力，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)還具備自鎖功能。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)需求及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案，利用solidworks 軟件完成了螺孔塞壓緊裝置的零部件及總裝設(shè)計(jì)（壓緊裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖見圖1）。

將螺孔塞翻轉(zhuǎn)放置在壓緊裝置底板的中心位置，下壓手柄，通過(guò)曲柄滑塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，壓緊塊豎直向下運(yùn)動(dòng)將螺孔塞壓緊；下壓手柄至極限位置后，螺孔塞彈簧的彈力使得機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自鎖。

5 強(qiáng)度校核

根據(jù)螺孔塞彈簧特性圖，壓緊螺孔塞時(shí)需克服彈簧力為F=480.6N±10N。為計(jì)算方便，取克服彈簧力為500N。

圖1 螺孔塞壓緊裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖

曲柄與連桿的轉(zhuǎn)軸銷直徑8 mm，曲柄和連桿厚度均為5mm，

轉(zhuǎn)軸銷剪切強(qiáng)度計(jì)算：

遠(yuǎn)小于許用剪切強(qiáng)度，滿足要求。

轉(zhuǎn)軸銷擠壓強(qiáng)度計(jì)算：

遠(yuǎn)小于許用擠壓強(qiáng)度，滿足要求。

將壓緊裝置三維建模導(dǎo)入有限元分析軟件ansys 中，利用有限元數(shù)值計(jì)算方法分析裝置應(yīng)力（應(yīng)力云圖見圖2）。

壓緊裝置部件采用不銹鋼材質(zhì)，屈服強(qiáng)度σ屈服=175 MPa；由ansys 求解結(jié)果知，其最大等效應(yīng)力僅為σ=77.266 Mpa，遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度。

6 結(jié)論

壓緊裝置樣品經(jīng)過(guò)加工、安裝及調(diào)試，成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作，可以顯著提高螺孔塞拆裝過(guò)程的工作效率，使用壓緊裝置與原始拆裝方法的對(duì)比結(jié)果見表。

圖2 壓緊裝置克服彈簧力載荷下的應(yīng)力云圖

螺孔塞拆裝試驗(yàn)結(jié)果