螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)*

沈勇堅(jiān)，黃國(guó)軍，胡士光

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)*

沈勇堅(jiān)，黃國(guó)軍，胡士光

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院，上海 200233)

簡(jiǎn)要介紹了試驗(yàn)?zāi)M裝置在核電設(shè)備中的作用，主要對(duì)螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)目的是為了驗(yàn)證螺孔塞及操作工具的設(shè)計(jì)及培訓(xùn)人員對(duì)螺孔塞及操作工具的操作，達(dá)到螺孔塞預(yù)期的功能。對(duì)設(shè)計(jì)條件、設(shè)計(jì)方案到最終的設(shè)計(jì)及操作應(yīng)用均進(jìn)行了描述，明確了試驗(yàn)?zāi)M裝置在核電設(shè)備中的作用。

試驗(yàn)?zāi)M裝置；螺孔塞；核電設(shè)備

0 引 言

核電站是一個(gè)非常龐大的工程，電站由眾多的系統(tǒng)和設(shè)備組成，因此核電站的安全與核電設(shè)備密不可分。在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)核電設(shè)備中，需對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的試驗(yàn)確保設(shè)備能安全可靠的為核電站的運(yùn)行服務(wù)。

在核電設(shè)備中，有主設(shè)備，也有輔助設(shè)備、工具等。在整個(gè)核電站正式運(yùn)行之前，每個(gè)設(shè)備都必須進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)和測(cè)試。在核電站運(yùn)行后，需對(duì)核電站維修人員和運(yùn)行技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，尤其是需要對(duì)某些放射性劑劑量高及與核安全相關(guān)的設(shè)備的操作與維修進(jìn)行實(shí)體模擬培訓(xùn)；對(duì)于某些可能出現(xiàn)的故障和事故后的維修進(jìn)行培訓(xùn)，達(dá)到熟練操作程序和維修規(guī)程，提高維修、運(yùn)行人員的的操作技能，以便在以后的操作和維修過(guò)程中提高效率，縮短作業(yè)時(shí)間，減少人員受照射時(shí)間，提高核電站運(yùn)行的安全性。

因?yàn)楹穗娬镜姆派湫?、?fù)雜性和龐大性，不可能每個(gè)核電設(shè)備都在核電站上做性能測(cè)試、試驗(yàn)和人員培訓(xùn)，尤其是一些輔助設(shè)備和工具，數(shù)量多，用途廣，很難有實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合和設(shè)備做測(cè)試和培訓(xùn)。在這樣的情況下，為了能確保設(shè)備的性能，保證其安全性可靠性，設(shè)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)?zāi)M裝置就非常有必要，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M裝置對(duì)某些特定的設(shè)備進(jìn)行一一檢測(cè)和試驗(yàn)，測(cè)試其性能，改進(jìn)其設(shè)計(jì)，以達(dá)到設(shè)備在實(shí)際使用中的良好表現(xiàn)，使操作人員能達(dá)到熟練操作的目的。

1 試驗(yàn)?zāi)M裝置設(shè)計(jì)理念

試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)和基本理念：

(1) 相似性 由于試驗(yàn)?zāi)M裝置是針對(duì)設(shè)備在核電站中的情況，因此，在試驗(yàn)?zāi)M裝置設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要無(wú)限接近或者等同于實(shí)際運(yùn)行的真實(shí)情況，在此工作條件下的試驗(yàn)和測(cè)試才是真實(shí)可靠的。

(2) 有效性 試驗(yàn)?zāi)M裝置要滿足該設(shè)備性能測(cè)試的要求，使該設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到一個(gè)良好的效果。

(3) 方便性 模擬裝置在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該盡量避免體積龐大，盡可能設(shè)計(jì)成靈活可移動(dòng)式的，尤其是針對(duì)數(shù)量多的輔助設(shè)備和工具，可多次使用，節(jié)約成本，提高效率。

(4) 經(jīng)濟(jì)性 設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)M裝置時(shí)還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，綜合考慮，采取一個(gè)較合理的措施。

(5) 設(shè)計(jì)除了滿足功能要求外，包括設(shè)計(jì)中必須注意和權(quán)衡的基本點(diǎn)，即①原材料的可采購(gòu)性；②零件的可加工制造性和可檢驗(yàn)性；③部件和整機(jī)的可裝配性、可安裝性和可維修性；④使用的安全性、可靠性和耐久性。

根據(jù)以上的設(shè)計(jì)理念和原則完成了以下螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)。

2 螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置設(shè)計(jì)

螺孔塞是為核電廠工程反應(yīng)堆壓力容器主螺栓孔而設(shè)置的，它的主要功能是在反應(yīng)堆換料和檢修時(shí)封堵主螺栓孔，以防止硼酸水灌入主螺栓孔，導(dǎo)致主螺栓孔內(nèi)金屬腐蝕。本設(shè)備由螺孔塞、操作工具和存放箱組成，操作工具包括長(zhǎng)柄工具、長(zhǎng)柄扳手、短柄工具、短柄扳手。

實(shí)際的安裝過(guò)程為從工具箱里取出螺孔塞，用長(zhǎng)柄工具把裝配好的螺孔塞分別送入到主螺栓孔里；依次采用長(zhǎng)套筒扳手壓緊螺孔塞壓緊螺母；通過(guò)力矩扳手?jǐn)Q緊；螺孔塞使用完后，用短套筒扳手把螺母擰松，然后用短柄工具把螺孔塞提起并外表去污，裝入貯存箱，以備后用。

從螺孔塞的功能可看出，由于放射性，在運(yùn)行的核電廠反應(yīng)容器主螺栓孔上進(jìn)行試驗(yàn)和性能測(cè)試顯然是不可能的，所以設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)M裝置是必須的。

2.1 設(shè)計(jì)條件確定

試驗(yàn)?zāi)M裝置必須要無(wú)限接近或者具有相同的工況，這樣的試驗(yàn)和測(cè)試才有實(shí)際意義。

在螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)中，操作流程應(yīng)與實(shí)際的安裝過(guò)程一致，螺孔塞及操作工具將用于實(shí)際螺孔塞的安裝和使用中。在試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)中，主要需設(shè)置模擬主螺栓孔的模擬體，用于檢驗(yàn)和測(cè)試螺孔塞以及操作工具的實(shí)際效果，培訓(xùn)人員熟練使用。因此在螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)中，工作壓力、粗糙度、材料等設(shè)計(jì)條件必須與實(shí)際工況一致。由于沒(méi)有橫向的應(yīng)力，在設(shè)計(jì)中，可在筒體的設(shè)計(jì)厚度上滿足壓力條件，設(shè)計(jì)條件及螺孔塞及操作工具尺寸見(jiàn)表1、2。

表1 螺孔塞及其操作工具的設(shè)計(jì)條件

表2 螺孔塞及操作工具尺寸

2.2 設(shè)計(jì)方案

圖1所示為核電廠螺孔塞尺寸圖，根據(jù)表1、2及圖1所示設(shè)計(jì)條件和尺寸，螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)思路如下：

(1) 目的：本試驗(yàn)?zāi)M裝置用于測(cè)試螺孔塞的操作，測(cè)試螺孔塞的密封效果。

(2) 設(shè)計(jì)參數(shù)：工作壓力與實(shí)際工況一致，滿足密封試驗(yàn)的壓力要求。

(3) 整體方案：設(shè)計(jì)圓筒形實(shí)驗(yàn)裝置，分為上下管座，管座通過(guò)螺栓連接，用密封墊保證密封[1]。筒體長(zhǎng)度應(yīng)滿足實(shí)際操作工具使用需求，并且上管、下管長(zhǎng)度和內(nèi)徑應(yīng)滿足實(shí)際使用需求，如圖2、3所示。實(shí)際螺孔塞圖上的倒角對(duì)性能測(cè)試沒(méi)有影響，可不需設(shè)計(jì)。設(shè)置加壓泵，已達(dá)到實(shí)際所需的試驗(yàn)壓力。

圖1 核電廠螺孔塞尺寸圖

圖2 上管座 圖3 下管座

(4) 壁厚尺寸計(jì)算：由于試驗(yàn)壓力為0.1 MPa，為一個(gè)大氣壓的壓力，因此可初步確定壁厚[1]。然后筒體可根據(jù)承受內(nèi)壓計(jì)算， NB/T 47003.1-2009《鋼制焊接常壓容器》公式6-1進(jìn)行核算[2]。

計(jì)算公式：

(5) 材料選擇：采用不銹鋼材料，密封墊采用：石棉橡膠墊，主要用于以水、水蒸氣等介質(zhì)為主的設(shè)備管道法蘭連接處所用的密封襯墊材料。

(6) 尺寸公差、粗糙度等都應(yīng)該與實(shí)際工況相同，以滿足實(shí)際操作的需求。

(7) 由于螺孔塞還配備了操作工具，試驗(yàn)裝置還應(yīng)考慮其工具的操作性和使用情況。

2.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)計(jì)算和設(shè)計(jì)，最終的設(shè)計(jì)尺寸如表3所列。

表3 詳細(xì)設(shè)計(jì)尺寸

最終的設(shè)計(jì)如圖4～6所示。

圖4 試驗(yàn)?zāi)M裝置總圖

圖5 試驗(yàn)?zāi)M裝置三維圖 圖6 試驗(yàn)?zāi)M裝置與螺孔塞的配合剖面圖

在最終完成的設(shè)計(jì)中，試驗(yàn)?zāi)M裝置由上管座、下管座、推車支架、加壓泵等組成，如圖7所示。這個(gè)試驗(yàn)?zāi)M裝置可移動(dòng)，方便，并且可通過(guò)更換筒體，滿足不同尺寸的螺孔塞的測(cè)試需求。通過(guò)操作設(shè)置的手動(dòng)加壓泵，可達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的需求。整個(gè)設(shè)備不超過(guò)50 kg，經(jīng)濟(jì)性和攜帶性都相對(duì)較好。

圖7 試驗(yàn)?zāi)M裝置實(shí)體圖

2.4 實(shí)際測(cè)試

在螺孔塞安裝到主螺栓孔前，可先在模擬體上做螺孔塞的拆裝試驗(yàn)與封堵試驗(yàn)。

(1) 裝拆試驗(yàn)：安裝時(shí)，先用長(zhǎng)柄工具把組裝好的螺孔塞安裝到模擬試驗(yàn)裝置內(nèi)，而后旋出長(zhǎng)柄工具，再用長(zhǎng)套筒扳手旋緊螺孔塞上壓緊螺母；拆卸時(shí)，用套筒扳手把螺母擰松，然后用長(zhǎng)柄工具把螺孔塞提起。

(2) 封堵試驗(yàn)：螺孔塞安裝好后，往試驗(yàn)裝置里注滿除鹽水，然后把蓋板用螺栓緊固密封，再用手動(dòng)泵進(jìn)行打壓，試驗(yàn)壓力為0.1 MPa，保壓時(shí)間為10 min，無(wú)泄漏為合格。

從最后的使用情況來(lái)看，反應(yīng)良好，充分說(shuō)明了，此試驗(yàn)?zāi)M裝置對(duì)螺孔塞及其操作工具的測(cè)試和試驗(yàn)效果是可靠的。螺孔塞在試樣模擬裝置中測(cè)試使用合格后，應(yīng)用到了核電廠現(xiàn)場(chǎng)，在使用中未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，效果良好。

3 結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)核電設(shè)備不能在實(shí)際工況中進(jìn)行測(cè)試時(shí)，為了測(cè)試其性能，設(shè)計(jì)相應(yīng)的試驗(yàn)?zāi)M裝置是必要的。不同的設(shè)備需不同的試驗(yàn)?zāi)M裝置來(lái)進(jìn)行測(cè)試和試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)M裝置可在很大程度上測(cè)試核電設(shè)備或工具的性能和使用情況，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。筆者從螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置在核電設(shè)備中的重要性方面進(jìn)行了一些闡述和探討。

螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置模擬了實(shí)際螺孔塞的工況，驗(yàn)證了螺孔塞及其操作工具的合理性和可行性，培訓(xùn)了人員的操作，達(dá)到了預(yù)期的目的，并最終應(yīng)用到了實(shí)際的工程中。從螺孔塞試驗(yàn)?zāi)M裝置的設(shè)計(jì)到實(shí)際使用各個(gè)方面的情況綜合來(lái)看，效果顯著。

[1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[2] NB/T 47003.1-2009 鋼制焊接常壓容器[S],2009.

Design of the Testing Equipment for Stud Hole Plug

SHEN Yong-jian, HUANG Guo-jun, HU Shi-guang

(ShanghaiNuclearEngineeringResearchandDesignInstitute,Shanghai200233,China)

The act of the testing equipment in the nuclear equipment is simply introduced, and illuminated particularly about the testing equipment of stud hole plug. The testing equipment for stud hole plug is designed to test the stud hole plug and operation tools, training staff to operate the stud hole plug and tools, verifying the function of the stud hole plug. The design conditions, design scheme, final design and operation of the testing equipment are described, the function of the testing equipment is defined in nuclear power equipment.

testing equipment; stud hole plug; nuclear equipment

2014-01-03

沈勇堅(jiān)(1980-)，男，浙江東陽(yáng)人，工程師，碩士，研究方向：核電機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)。

TH122

A

1007-4414(2014)02-0136-03