基于金属与金属接触的蒸汽发生器螺栓预紧载荷研究.pdf

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1、基于金属与金属接触的蒸汽发生器螺栓预紧载荷研究汤臣杭，何劲松，余平，周永(中国核动力研究设计院，四川成都610041)摘要：基于金属与金属接触密封机理，对压水堆核电站蒸汽发生器密封结构螺栓预紧力的确定进行了探讨。通过有限元分析方法，获得了蒸汽发生器密封结构螺栓载荷一伸长量曲线，并给出了蒸汽发生器螺栓伸长量的确定方法。关键词：蒸汽发生器；金属与金属接触；预紧栽荷；螺栓伸长量中图分类号：TH136；TL353．13文献标志码：A文章编号：1001—4837(2014)06—0023—05doi：10．3969／j．issn．1001—4

2、837．2014．06．003ResearchofSteamGeneratorScrewPreloadBasedonMetal——to——MetalContactTANGChen—hang，HEJin—song，YUPing，ZHOUYong(NuclearPowerInstituteofChina，Chengdu610041，China)Abstract：Basedonmetal—to—metalcontacttheory，itmakesadetailedanalysisontheserewpreloaddetermination

3、forsteamgeneratorinPWRnuclearpowerplant．Byuseoffiniteelementcalculationandanalysis，apreload—elongationcurvewasobtained．Finally，itprovidesamethodondeterminingproperelongationforsteamgeneratorscrew．Keywords：steamgeneratorsuppo~；metal—to—metalcontact；screwpreload；elongati

4、on垫片压缩到预定的厚度后，继续追加螺栓载荷直0引言到盖板与法兰相互接触。因此，当存在介质压力和温度波动时，垫片上的密封载荷不发生改变，使压水堆核电厂中，由于安装、检修、在役检查整个密封结构保持在最佳的泄漏控制状态，同时等需要，蒸汽发生器设有人孔、手孔和检查孔等开螺栓也不承受循环载荷，减少了发生疲劳或松脱孔结构，这些开孔的密封方式通常采用螺栓一法的危险。兰密封。由于核电厂的特殊性，对密封结构要求十分常用的螺栓法兰密封结构有两种类型：一种严格，不允许出现任何泄漏，目前国内蒸汽发生器是金属与金属不接触或浮动型螺栓法兰接头；另开孔密封通常

5、采用金属与金属接触型的密封结一种是金属与金属接触型的法兰接头。相比于前构，垫片采用膨胀石墨垫。典型的密封结构如图者，金属与金属接触型的法兰接头主要特点是将1所示。·23·基于金属与金属接触的蒸汽发生器螺栓预紧载荷研究Vo131．No62014栓及密封结构应力不超过其应力限值。实际的螺栓载荷通常根据所计算的螺栓载荷的上、下限并结合工程经验确定。针对核设备设计，在RCC—M规范附录ZV中对螺栓预紧力的规定如下：螺栓预紧载荷必须满足设备承受压力之前的密封垫片压紧力F，和保证密封所需要的载荷FS的要求，并取两者中的大值。其中密封垫片压紧力F

6、，取决于垫片本身特性，保证密封所需要的力FS可按下式进行计算：FS=-C[FF(P)+FM(P)]图1典型的密封结构示意B^．在螺栓一法兰密封结构中，螺栓预紧力的控=15l0．785GP+FM(P)l(3)^制是保证整个密封结构可靠性的重要条件。文中式中E——室温下螺栓的弹性模量，MPa分析比较了传统方法中螺栓预紧力的确定方法，E——工作温度下螺栓的弹性模量，MPa并基于金属与金属接触的密封机理，对蒸汽发生(P)——在压力作用下使密封结构趋器密封结构螺栓载荷的确定进行了探讨；同时，结于分开的作用力，N合有限元分析方法，研究了螺栓载荷

7、与螺栓伸长FM(P)——在压力作用下保证密封所需量的关系，给出了蒸汽发生器密封结构螺栓伸长要的力，N量的确定方法。比较RCC—M规范和ASME标准，两者对螺栓预紧力的计算方法基本类似。RCC—M规范中1螺栓预紧载荷的确定规定的垫片压紧力F与ASME标准中规定的预紧工况下所需要的预紧力类似，该值取决于1．1传统的螺栓载荷确定方法垫片本身特性，其目的是确保垫片充分压紧。针对核设备设计，ASME规范第Ⅲ卷附录RCC—M规范中规定的保证密封所需要的载荷E_2规定螺栓载荷必须满足预紧工况下预紧力与ASME标准中规定操作工况下的预紧力和操作工况

8、下预紧力。，并取两者中的大。类似，不同的是，RCC—M规范中未引进垫片值。其中。和可根据下式进行计算：系数的概念，对于压力作用下保证密封所需要的1=H+。=0．785GP+2b,rrGmP(1)力FM(P)的计算未明确规定，另外，RC