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(jié)合秦山第三核電廠乏燃料通道球閥卸料過程中出現(xiàn)的閥位偏移及燃料棒束掛擦產(chǎn)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(yù)涂螺紋鎖固膠的方案進(jìn)行了分析。

關(guān)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(xiàn)由于乏燃料通道球閥位移導(dǎo)致的C桿無法回撤及乏燃料棒束刮擦產(chǎn)生亮痕問題。結(jié)合設(shè)備運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的螺栓松動及彈簧墊圈漲圈問題，初步確定閥位偏移現(xiàn)象是由于閥門驅(qū)動機(jī)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(fēng)險，擬采用合適的螺栓防松措施。原設(shè)計(jì)圖紙中為螺栓加彈簧墊圈防松，事實(shí)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(jīng)常出現(xiàn)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(yīng)用概況

2.1 螺紋松動原因分析

螺紋連接由于其結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、可靠性好、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等特點(diǎn)，在各種機(jī)械裝配中有廣泛的應(yīng)用。在裝配時，依靠緊固件擰緊過程中的預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦抵抗力，保持螺紋連接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(fā)生松動，但是在受到?jīng)_擊、振動、變載荷及工作溫度變化較大的情況下，預(yù)緊力就會降低，螺紋副之間發(fā)生松動，造成連接失效，進(jìn)而可能產(chǎn)生嚴(yán)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)橫向振動遠(yuǎn)超軸振動是螺紋自松動的主要原因，當(dāng)配套的螺紋和緊固件支撐表面發(fā)生相對運(yùn)動時，擰緊的緊固件就會發(fā)生松動現(xiàn)象，當(dāng)作用于被聯(lián)接件上的橫向力超過由預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦抵抗力時，相對運(yùn)動就會發(fā)生，重復(fù)的橫向運(yùn)動中，將導(dǎo)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(zhuǎn)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(jī)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(lián)鋼絲繩防松等，機(jī)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(diǎn)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(fù)使用。

除了上述常用的幾種防松方式外，根據(jù)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(yīng)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(guān)實(shí)驗(yàn)分析表明，在橫向振動的環(huán)境下，兩種螺栓初始預(yù)緊力的測試結(jié)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(yōu)于后者。

類似的實(shí)驗(yàn)分析有很多，無論是根據(jù)Junker振動測試原理進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，還是根據(jù)國標(biāo)GB/T10431-2008《緊固件橫向振動試驗(yàn)方法》進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果都證明，在高強(qiáng)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(tài)形態(tài)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(dá)到密封和鎖固的效果，使預(yù)緊螺紋的松動扭矩增大，可有效防止螺栓（螺母）的回轉(zhuǎn)松動，大大提升螺栓的防松效果，在工程機(jī)械行業(yè)應(yīng)用日益廣泛。

綜合判斷認(rèn)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(jié)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(huán)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(yù)裝好的完全相同的墊片組成，每片的外側(cè)帶有放射狀凸紋面，而內(nèi)側(cè)為斜齒面。當(dāng)連接件收到振動，并使螺栓發(fā)生松動趨勢時，仍然由于內(nèi)側(cè)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(nèi)側(cè)斜齒面所需高度，內(nèi)側(cè)斜齒面的少量抬升將使得螺栓預(yù)緊力增加，阻止松動的發(fā)生，并使墊圈和螺栓復(fù)位，從而達(dá)到良好的鎖緊效果。

一些廠家按照J(rèn)unker振動測試原理對這種防松墊圈進(jìn)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(yù)緊力有所降低，當(dāng)用扳手拆卸螺母時，預(yù)緊力明顯上升，表明這種墊圈優(yōu)越的鎖緊能力。因此在乏燃料通道球閥的使用環(huán)境下可以使用這種墊圈實(shí)現(xiàn)螺栓防松。

3.4 雙耳墊片與螺母間加平墊片

關(guān)于雙耳墊片移位問題，分析可能原因是雙耳墊圈內(nèi)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(nèi)徑與螺母下圓角發(fā)生干涉造成的。建議在雙耳墊圈與螺母接觸一側(cè)的內(nèi)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(hù)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(jié)構(gòu)的彎曲分別扣緊被連接件的邊緣和螺母，使其不能自由轉(zhuǎn)動，起到防松作用，屬于機(jī)械防松的一種，因此增加平墊圈不會影響結(jié)構(gòu)的防松效果。

4 結(jié)論

通過上述分析，可以得出以下的結(jié)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(huán)境中，兩種防松方式在實(shí)際效果上區(qū)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(yù)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(huán)境下，采用螺栓加防松墊圈也是一種合適的防松結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

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