一種用于壓力容器主螺栓孔的密封塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

彭 軍，楊 斌，郝慶軍，胡卉樺，郭友林

（中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，湖北武漢 430070）

0 引言

核島主設(shè)備，例如壓力容器在換料大修期間，必須對(duì)螺栓孔進(jìn)行清洗，去掉螺紋上干涸的防咬劑、鐵銹和金屬碎屑等異物。清洗完成后用密封塞將螺孔堵住，防止水位上升后，水進(jìn)入螺孔內(nèi)部，對(duì)螺孔造成二次污染，以保證螺孔回裝時(shí)不會(huì)發(fā)生卡澀。目前，核電廠普遍使用的密封塞結(jié)構(gòu)分為兩種，一種是利用錐面壓緊密封，將密封塞用工具擰在壓力容器主螺栓孔上，利用擰緊力將密封塞錐面與主螺栓孔貼合進(jìn)行密封；另一種是利用彈簧壓緊密封，用工具將密封塞彈簧壓縮，密封塞的密封圈縮回自然狀態(tài)，將密封塞放入主螺栓孔內(nèi)，然后將密封塞的彈簧釋放，利用彈簧壓力將密封塞的密封圈擠壓在主螺栓孔的內(nèi)壁上進(jìn)行密封。

現(xiàn)有的密封塞使用過程中由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于復(fù)雜、密封結(jié)構(gòu)材料老化、人為操作不當(dāng)?shù)葐栴}，存在不同程度的泄漏。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)上述問題，提出一種具有改良結(jié)構(gòu)的用于壓力容器主螺栓孔的臨時(shí)密封裝置，可快速安裝固定在壓力容器上，其核心是解決壓力容器主螺栓孔的臨時(shí)密封問題。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封效果良好、制造成本低，適用于所有核電機(jī)組，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 設(shè)計(jì)技術(shù)要求

本項(xiàng)目要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種壓力容器主螺栓孔的密封塞結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于核島主設(shè)備，例如，壓力容器在換料大修期間，主螺栓孔清洗后的封堵密封，以滿足水位上升10 m不泄漏的要求，還要具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件數(shù)量少和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2 密封塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓力容器主螺栓孔的密封塞結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由底座、壓板、O形圈及內(nèi)六角沉頭螺釘?shù)冉M成。底座為整體加工成型，是密封塞的主體結(jié)構(gòu)，用于安裝壓板及O形圈。底座外圓有螺紋，用于和壓力容器主螺孔安裝連接，底座材料為軟性材料，不會(huì)對(duì)螺孔造成損傷。底座上部有O形圈安裝槽，用于安裝O形圈，頂部有錐面，起到壓緊密封作用。壓板通過螺釘安裝在底座上，壓板上端為平面，中間有沉孔，并帶有4個(gè)定位銷，可配合密封塞操作工具對(duì)密封塞進(jìn)行安裝、拆卸、抓取及釋放。

壓力容器主螺栓孔密封塞的密封原理主要是通過底座的螺紋與主螺栓孔安裝擰緊，使得O形圈與主螺栓孔光孔段進(jìn)行擠壓密封。另外底座上部錐面與主螺栓孔頂部錐面貼合形成密封面，保證安裝密封塞后，水位上升10 m不會(huì)發(fā)生壓力容器主螺栓孔進(jìn)水的情況。

圖1 壓力容器主螺栓孔的密封裝置

3 實(shí)施方式

壓力容器主螺栓孔密封塞的工作狀況如圖2所示，通過密封塞操作工具抓取密封塞，放入壓力容器主螺栓孔內(nèi)，順時(shí)針擰緊，取出密封塞操作工具，安裝即完成。取出密封塞，使用密封塞操作工具逆時(shí)針將密封塞旋出即可。密封塞上設(shè)計(jì)有卡槽結(jié)構(gòu)，密封塞操作工具抓取過程中密封塞不會(huì)脫落。

圖2 密封塞安裝示意

4 水壓試驗(yàn)

壓力容器主螺栓孔密封塞使用的實(shí)際工況是在水位10 m，即水壓0.1 MPa情況下，不發(fā)生泄漏。按照水壓試驗(yàn)一般要求及相關(guān)準(zhǔn)則，試驗(yàn)壓力為實(shí)際使用壓力的1.5倍。將密封塞安裝在壓力容器主螺栓孔模擬體上（圖3），在進(jìn)水端注水，出水口排氣，直至密封腔內(nèi)充滿水，關(guān)閉出水口，繼續(xù)加壓至0.15 MPa，穩(wěn)壓30 min，觀察有無泄漏。若無泄漏，再泄壓至0.1 MPa，持續(xù)觀察90 min，如仍無泄漏，則試壓合格，如圖4所示。經(jīng)過實(shí)際試驗(yàn)，密封塞均無泄漏，試驗(yàn)合格，符合設(shè)計(jì)要求。

圖3 密封塞在模擬體上安裝

圖4 密封塞水壓試驗(yàn)

5 總結(jié)

該壓力容器主螺栓孔密封塞結(jié)構(gòu)原理清晰，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)單，零件數(shù)量少。密封塞工作性能良好、制造成本低，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。