壓力容器螺孔塞壓緊裝置工具開發研究

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摘要：反應堆壓力容器螺孔塞設計用于保護反應堆壓力容器螺栓孔，為滿足快速拆裝螺孔塞的需求，需要設計出一種可以方便、快捷、可靠壓緊螺孔塞的專用工具，即螺孔塞壓緊裝置。闡述螺孔塞壓緊裝置的設計、應用過程：根據設計需求，制定設計規劃和運動系統方案，利用solidworks軟件設計螺孔塞壓緊裝置的三維結構并繪制二維圖紙，再結合ansys軟件對壓緊裝置進行力學強度分析，并經過產品試制與應用，驗證了螺孔塞壓緊裝置的可行性、可靠性。

關鍵詞：螺孔塞；壓緊裝置；效率

1概述

反應堆壓力容器螺栓孔密封塞（簡稱螺孔塞，每臺核電機組各58件螺孔塞）設計用于保護反應堆壓力容器螺栓孔（簡稱螺栓孔），在核電機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硼水侵入螺栓孔，腐蝕螺紋。螺孔塞每次使用前需更換其內部的密封圈，為了滿足快速拆裝螺孔塞的要求，需要設計制造可以簡便、快捷、有效壓緊螺孔塞的專用工具。本文利用solidworks軟件進行螺孔塞壓緊裝置的結構設計，結合ansys軟件校核壓緊裝置的強度，并通過實踐驗證壓緊裝置的可行性。

2設計需求

螺孔塞原始拆裝過程：將螺孔塞翻轉放置，使其背面朝上，一名工作人員用手向下按壓下端塞并持續施力，彈簧保持壓縮；同時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：拆裝過程中需人工持續用力來壓緊彈簧，費時費力，效率低下。針對該弊端，考慮使用機械傳動結構來實現彈簧持續壓緊。

3運動系統方案設計

根據設計需求———使用機械壓緊螺孔塞（彈簧），該動作是豎直方向的單一動作，考慮采用對心曲柄滑塊機構實現該動作。滑塊作為從動件，其運動過程即壓緊螺孔塞（彈簧）的過程。曲柄作為主動件，根據實際情況，考慮不使用機械動力，而采用人工向曲柄施加動力。此外，根據螺孔塞實際情況，在曲柄順時針旋轉至極限位置時，利用彈簧的反作用力，曲柄滑塊機構還具備自鎖功能。

4結構設計

根據設計需求及運動系統方案，利用solidworks軟件完成了螺孔塞壓緊裝置的零部件及總裝設計（壓緊裝置的三維結構示意圖見圖1）。將螺孔塞翻轉放置在壓緊裝置底板的中心位置，下壓手柄，通過曲柄滑塊傳動機構，壓緊塊豎直向下運動將螺孔塞壓緊；下壓手柄至極限位置后，螺孔塞彈簧的彈力使得機構實現自鎖。

5強度校核

根據螺孔塞彈簧特性圖，壓緊螺孔塞時需克服彈簧力為F=480.6N±10N。為計算方便，取克服彈簧力為500N。曲柄與連桿的轉軸銷直徑8mm，曲柄和連桿厚度均為5mm，轉軸銷剪切強度計算：遠小于許用剪切強度，滿足要求。轉軸銷擠壓強度計算：遠小于許用擠壓強度，滿足要求。將壓緊裝置三維建模導入有限元分析軟件ansys中，利用有限元數值計算方法分析裝置應力（應力云圖見圖2）。壓緊裝置部件采用不銹鋼材質，屈服強度σ屈服=175MPa；由ansys求解結果知，其最大等效應力僅為σ=77.266Mpa，遠小于屈服強度。

6結論

壓緊裝置樣品經過加工、安裝及調試，成功應用于現場調試工作，可以顯著提高螺孔塞拆裝過程的工作效率，使用壓緊裝置與原始拆裝方法的對比結果見表。

參考文獻

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[3]王新敏，李義強，許宏偉.Ansys結構分析單元與應用[M].北京：人民交通出版社，2011.

作者：黃帥 盧胡 祝飛 單位：福建福清核電有限公司