核反應(yīng)堆壓力容器主螺栓夾緊式支撐法蘭設(shè)計(jì)

摘 要：核反應(yīng)堆壓力容器主螺栓支撐法蘭是反應(yīng)堆壓力容器主螺栓超聲掃查的重要附件，針對不同堆型的主螺栓，從通用性角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出一種可夾緊式支撐法蘭，通過實(shí)驗(yàn)對傳統(tǒng)支撐法蘭與可夾緊式支撐法蘭進(jìn)行了性能對比，實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明，該支撐法蘭較傳統(tǒng)支撐法蘭安全性及穩(wěn)定性均有所提升，可滿足主螺栓超聲檢驗(yàn)的需求。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)堆壓力容器主螺栓;支撐法蘭;超聲檢測

中圖分類號(hào)：TL351+.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）04-0056-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.04.014

0" " 引言

核電站1級(jí)部件主螺栓是核電站反應(yīng)堆內(nèi)的重要部件，是反應(yīng)堆壓力容器和反應(yīng)堆壓力容器頂蓋密封連接的緊固件，這類鍛件需長期工作在高強(qiáng)度、高沖擊、高應(yīng)力、高輻射等惡劣環(huán)境下，要求鍛件具有很高的綜合力學(xué)性能和優(yōu)質(zhì)的材料組織，因此必須采用靈敏的超聲掃查裝置定期對主螺栓進(jìn)行全面掃查[1-2]。

主螺栓支撐法蘭作為掃查系統(tǒng)中的重要附件，其作用是為主螺栓和超聲掃查器提供連接，通過利用主螺栓頂部螺紋區(qū)，使掃查器可以安穩(wěn)放置在主螺栓上進(jìn)行掃查。然而，對于不同機(jī)組類型，其主螺栓螺紋規(guī)格及直徑也各有差別，傳統(tǒng)的支撐螺栓為螺紋旋緊式，直徑不可改變，從而導(dǎo)致支撐法蘭也產(chǎn)生了多種類型，且相互之間并不通用。基于此，本文設(shè)計(jì)出一種可變徑式夾緊支撐法蘭，實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明，該支撐法蘭可適用于多機(jī)組類型以提升設(shè)備工作穩(wěn)定性、安全性及可靠性，降低機(jī)械加工成本，并減輕設(shè)備管理人員負(fù)擔(dān)。

1" " 支撐法蘭設(shè)計(jì)

目前，核電廠主螺栓下螺紋段尺寸范圍為M116～M145，為滿足通用性要求，支撐法蘭需在110～150 mm范圍可調(diào)。并且根據(jù)超聲檢查要求，自動(dòng)化超聲檢查設(shè)備在運(yùn)動(dòng)過程中需保持穩(wěn)定，無影響超聲信號(hào)的抖動(dòng)。為滿足以上要求，設(shè)計(jì)了如圖1所示支撐法蘭。

支撐法蘭由上蓋板、殼體、齒輪環(huán)、導(dǎo)柱、錐齒輪、旋轉(zhuǎn)手柄、夾爪等組成。上蓋板與殼體采用螺栓連接，保證工作過程中殼體與上蓋板之間不發(fā)生相對移動(dòng)。齒輪環(huán)上端面為錐齒輪面，與錐齒輪形成齒輪副，下端面為螺旋槽，當(dāng)錐齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過螺旋槽帶動(dòng)夾爪內(nèi)外移動(dòng)。導(dǎo)柱固定在殼體之中，兩兩一對為錐齒輪旋轉(zhuǎn)提供軌道。上蓋板開有銷釘孔，用以與超聲掃查器連接。殼體下端面有工字形槽，用作夾爪的運(yùn)動(dòng)軌道。

2" " 支撐法蘭裝配

支撐法蘭裝配圖如圖2所示。

利用主螺栓上螺紋段防止掃查器發(fā)生傾倒，利用下螺紋段作為夾緊段。安裝時(shí)，支撐法蘭中心孔穿過上螺紋段，使法蘭底面與下螺紋段上端面重合。支撐法蘭的可調(diào)節(jié)夾爪向內(nèi)調(diào)節(jié)，即完成支撐法蘭的安裝。具體操作步驟如下：

1）將支撐法蘭套入固定好的主螺栓中，使上螺紋段穿過支撐法蘭中心孔，法蘭下端面與下螺紋段上端面重合。

2）旋轉(zhuǎn)手柄帶動(dòng)錐齒輪在一對導(dǎo)柱形成的軌道內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

3）錐齒輪驅(qū)動(dòng)齒輪環(huán)繞法蘭軸向中心線旋轉(zhuǎn)。

4）夾爪在齒輪環(huán)下端面的螺旋槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)齒輪環(huán)旋轉(zhuǎn)，夾爪與法蘭軸向中心線的距離隨著螺旋線半徑的縮小而縮小，表現(xiàn)為夾爪沿著殼體下端面的夾爪軌道向內(nèi)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對螺栓的夾緊。

5）將主螺栓超聲掃查器底部的銷釘插入支撐桿法蘭上端面的銷釘孔中，完成超聲掃查器的固定，開始超聲掃查。

3" " 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)在核級(jí)無損檢測實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)溫度26 ℃、濕度40%，所用超聲儀為SUMIAD-F1 COMPACT 8通道超聲儀，所用探頭頻率及折射角為2.5 MHz、45°，被檢主螺栓為CPR、EPR、HPR核電現(xiàn)場檢驗(yàn)所用標(biāo)定螺栓，圖3為主螺栓超聲檢查采集結(jié)果示意圖，標(biāo)定螺栓規(guī)格及刻槽信息如表1、表2所示。

在相同工況及相同超聲配置參數(shù)下，對CPR、EPR、HPR三種類型螺栓進(jìn)行傳統(tǒng)支撐法蘭與夾緊式支撐法蘭對比測試分析，結(jié)果如表3～5所示，并以幅值與本底信號(hào)的幅值差作為性能評價(jià)指標(biāo)，繪制兩者的幅值差對比圖，如圖4～6所示。

從測試結(jié)果可以看出，CPR、HPR傳統(tǒng)支撐法蘭采用螺紋擰緊式固定方式，掃查過程中設(shè)備引起的晃動(dòng)較低，本底噪聲也比較低，但由于是利用主螺栓頂部螺紋進(jìn)行擰緊，工作過程中操作不當(dāng)會(huì)傷害螺紋，夾緊式支撐法蘭與其相比超聲掃查效果基本無異，但利用其夾緊式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可在通用性的基礎(chǔ)上，遵循盡可能不傷害被檢螺栓的原則，保證檢驗(yàn)的安全性;EPR傳統(tǒng)支撐法蘭其頂部結(jié)構(gòu)特殊，采用了卡扣式固定方式，該種方式固定效果較差，掃查過程中設(shè)備晃動(dòng)較為嚴(yán)重，故本底噪聲也較大。采用夾緊式支撐法蘭可在使用過程中減小晃動(dòng)，保證超聲探頭架的定心，增強(qiáng)超聲采集的可靠性。

4" " 結(jié)束語

該文針對核電廠不同規(guī)格和類型的主螺栓，設(shè)計(jì)了一種支撐法蘭，實(shí)現(xiàn)了不同直徑主螺栓支撐法蘭的統(tǒng)一，該支撐法蘭具有可變徑、可夾緊、輕量化、不損傷螺栓螺紋的特點(diǎn)，增強(qiáng)了超聲掃查設(shè)備工作過程中的穩(wěn)定性與可靠性，并節(jié)約了成本，減輕了設(shè)備管理難度，同時(shí)為圓柱類、螺栓類被檢工件的內(nèi)孔檢測支撐法蘭設(shè)計(jì)提供了解決思路。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳智聰，任劍波，朱佳震.核電廠主螺栓超聲檢測與信號(hào)分析[J].核動(dòng)力工程，2020，41（3）：164-169.

[2] 馬官兵，肖學(xué)柱，袁書現(xiàn).反應(yīng)堆壓力容器主螺栓超聲波檢測技術(shù)[J].無損檢測，2010，32（10）：770-772.

收稿日期：2023-10-12

作者簡介：陳思遠(yuǎn)（1994—），男，河北廊坊人，超聲檢測助理工程師，研究方向：核電站超聲檢測。