秦山三核乏燃料通道球閥螺栓防松方案分析楊鑫焱

宋黔

摘 要：文章結合秦山第三核電廠乏燃料通道球閥卸料過程中出現的閥位偏移及燃料棒束掛擦產生亮痕問題，介紹了螺栓松動的原因和常見的防松方法，對擬采用的螺栓加裝平墊片預涂螺紋鎖固膠的方案進行了分析。

關鍵詞：螺栓；防松

秦山第三核電廠的乏燃料通道球閥在卸料過程中出現由于乏燃料通道球閥位移導致的C桿無法回撤及乏燃料棒束刮擦產生亮痕問題。結合設備運行過程中發現的螺栓松動及彈簧墊圈漲圈問題，初步確定閥位偏移現象是由于閥門驅動機和閥門之間的螺栓松動造成的。

1 方案描述

為降低螺栓松動風險，擬采用合適的螺栓防松措施。原設計圖紙中為螺栓加彈簧墊圈防松，事實證明其防松效果很差。目前臨時采用螺栓加裝平墊圈和螺紋鎖固膠的緊固方式。在球閥中有雙耳墊片和螺母緊固過程中經常出現墊片移位問題，擬在雙耳墊片與螺母之間加裝一個平墊片。

2 螺栓防松應用概況

2.1 螺紋松動原因分析

螺紋連接由于其結構簡單、拆裝方便、可靠性好、標準化程度高等特點，在各種機械裝配中有廣泛的應用。在裝配時，依靠緊固件擰緊過程中的預緊力產生的摩擦抵抗力，保持螺紋連接結構的穩定，使螺紋連接帶有一定的自鎖性，在靜載荷及工作溫度變化不大時，不會發生松動，但是在受到沖擊、振動、變載荷及工作溫度變化較大的情況下，預緊力就會降低，螺紋副之間發生松動，造成連接失效，進而可能產生嚴重的后果。

在螺紋松動問題上，最有影響的研究是Gerhard Junker的振動測試實驗，實驗結果發現橫向振動遠超軸振動是螺紋自松動的主要原因，當配套的螺紋和緊固件支撐表面發生相對運動時，擰緊的緊固件就會發生松動現象，當作用于被聯接件上的橫向力超過由預緊力產生的摩擦抵抗力時，相對運動就會發生，重復的橫向運動中，將導致緊固件松動。

2.2 螺栓防松方法介紹

螺紋連接防松的主要在于防止螺紋副的相對轉動，通常采用的防松方式主要有三類：

（1）摩擦防松。利用彈簧墊圈、自鎖螺母、對頂螺母防松，這種防松方式在受沖擊時容易松脫。

（2）機械防松。常見的形式有槽形螺母加開口銷防松、圓螺母加止動墊圈防松、單耳（雙耳）止動墊圈防松、串聯鋼絲繩防松等，機械防松的方法比較可靠，比較重要的連接常使用這種方法。

（3）永久防松。主要有螺紋沖邊、點焊、鉚接、粘合防松等，這種防松方式在拆卸時大多要破壞螺紋緊固件，無法重復使用。

除了上述常用的幾種防松方式外，根據引起螺紋松動的原理，一些新型的防松方式逐漸獲得廣泛應用，例如采用凹凸雙螺母防松、唐氏螺紋對頂螺母防松、尼龍圈防松螺母和施必牢防松螺母防松、鉸制孔螺栓防松、防松墊圈防松等。

3 方案分析

3.1 兩種螺栓防松措施比較

目前臨時采用六角頭螺栓加裝平墊圈和螺紋鎖固膠的緊固方式，替代螺栓加彈簧墊圈的防松措施。相關實驗分析表明，在橫向振動的環境下，兩種螺栓初始預緊力的測試結果都表明，六角頭螺栓與平墊圈組合的軸力殘余比都大于六角頭螺栓與彈簧墊圈的組合，其防松效果優于后者。

類似的實驗分析有很多，無論是根據Junker振動測試原理進行的實驗，還是根據國標GB/T10431-2008《緊固件橫向振動試驗方法》進行的實驗，其結果都證明，在高強螺栓連接中，六角頭螺栓與平墊圈組合的防松效果要好于六角頭螺栓與彈簧墊圈的組合。

3.2 螺紋鎖固膠防松

螺紋鎖固膠是一種膏狀液體，主要成分是丙烯酸酯，在有氧情況下以液態形態存在，在隔絕空氣的情況下固化成固體，因此稱為厭氧膠，它具有良好的浸潤能力和粘附性能，很容易將凹凸不平處填滿并粘貼在接合面上，固化后形成具有彈性的膠層，從而達到密封和鎖固的效果，使預緊螺紋的松動扭矩增大，可有效防止螺栓（螺母）的回轉松動，大大提升螺栓的防松效果，在工程機械行業應用日益廣泛。

綜合判斷認為，目前臨時采用的六角頭螺栓加裝平墊圈和螺紋鎖固膠的緊固方式是可行的。通過咨詢廠家，高輻射劑量不影響螺紋鎖固膠（樂泰243）的使用性能。

3.3 其它螺栓防松措施

通過第2.2節螺栓防松措施的介紹，除了螺栓加裝平墊圈和螺紋鎖固膠的緊固方式外，在乏燃料通道球閥的工作環境下，采用防松墊圈也是一種可行的防松措施。

防松墊圈是由兩片預裝好的完全相同的墊片組成，每片的外側帶有放射狀凸紋面，而內側為斜齒面。當連接件收到振動，并使螺栓發生松動趨勢時，仍然由于內側斜齒面傾斜角度大于螺栓螺紋傾斜角度，螺紋抬升一圈所需要的高度低于內側斜齒面所需高度，內側斜齒面的少量抬升將使得螺栓預緊力增加，阻止松動的發生，并使墊圈和螺栓復位，從而達到良好的鎖緊效果。

一些廠家按照Junker振動測試原理對這種防松墊圈進的振動測試顯示，只在振動開始時由于正常的接觸面下陷使預緊力有所降低，當用扳手拆卸螺母時，預緊力明顯上升，表明這種墊圈優越的鎖緊能力。因此在乏燃料通道球閥的使用環境下可以使用這種墊圈實現螺栓防松。

3.4 雙耳墊片與螺母間加平墊片

關于雙耳墊片移位問題，分析可能原因是雙耳墊圈內徑過小，與螺栓軸的配合過于緊密，這樣在緊固的過程中，墊圈內徑與螺母下圓角發生干涉造成的。建議在雙耳墊圈與螺母接觸一側的內徑做倒角處理。

平墊圈的作用是增加被連接零件接觸面面積，保護被連接零件表面不被損壞。從螺栓防松的角度看，雙耳墊圈是利用其耳部結構的彎曲分別扣緊被連接件的邊緣和螺母，使其不能自由轉動，起到防松作用，屬于機械防松的一種，因此增加平墊圈不會影響結構的防松效果。

4 結論

通過上述分析，可以得出以下的結論：在乏燃料通道球閥的螺栓防松措施中，六角頭螺栓加平墊圈的防松效果好于六角頭螺栓加彈簧墊圈。但在有振動的環境中，兩種防松方式在實際效果上區別并不大，都起不到足夠的防松作用。采用螺栓加裝平墊圈，并預涂螺紋鎖固膠的緊固方式在該工況下是可行的。在乏燃料通道球閥的工作環境下，采用螺栓加防松墊圈也是一種合適的防松結構。

參考文獻

[1] GB/T10431-2008.緊固件橫向振動試驗方法[S].2008.