湯臣杭 余平 談國偉

摘 要

蒸汽發(fā)生器為核電廠的重要設(shè)備，設(shè)備安裝過程中需要使用螺栓拉伸機(jī)對地腳螺柱進(jìn)行預(yù)緊。本文以某核電廠蒸汽發(fā)生器地腳螺柱預(yù)緊過程中發(fā)生的螺母卡澀為例，對螺母卡澀原因進(jìn)行了分析。分別從螺柱螺母公差配合，螺柱拉伸過程中的伸長量，螺柱螺母的配合間隙變化情況等方面進(jìn)行了定量分析，給出螺母卡澀的原因?；诜治鼋Y(jié)果，針對大直徑、高強(qiáng)度地腳螺柱，從螺紋副配合間隙設(shè)計角度，提出了防止卡澀措施。

關(guān)鍵詞

蒸汽發(fā)生器;地腳螺柱;卡澀;公差配合

中圖分類號： TE96? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.012

Abstract

The steam generator is an important equipment in nuclear power plant. In the process of equipment installation，it is necessary to use bolt stretcher to pre tighten the anchor bolts.In this paper，the cause of nut jam during the pre-tightening process of the anchor bolt of a nuclear power plant steam generator is analyzed.The quantitative analysis is made from the tolerance fit of stud and nut，the elongation in the process of stud stretching，the clearance change of stud and nut clearance.The causes of nut jam are given.Based on the analysis results，for the large-diameter and high-strength anchor studs， the measures to prevent jamming are given in view of fit clearance design of thread pair.

Key Words

Steam generator;Anchor bolt;Jamming;Tolerance fit

0 前言

蒸汽發(fā)生器為壓水堆核電廠反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，是壓水堆核電廠一回路、二回路的邊界[1]。蒸汽發(fā)生器為重型設(shè)備，地腳螺柱需采用大直徑的預(yù)埋螺柱。為有效控制地腳螺柱的預(yù)緊載荷，需要采用拉伸機(jī)進(jìn)行預(yù)緊。這種方法相比力矩法和螺母轉(zhuǎn)角法，具有操作簡單、預(yù)緊效率高、預(yù)緊精度高等優(yōu)點(diǎn)[2]。

核電設(shè)備螺柱螺母安裝過程中，容易出現(xiàn)螺紋卡澀、損傷現(xiàn)象[3]，但對于螺柱預(yù)緊過程中，出現(xiàn)的螺母卡澀，鮮有相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析。本文針對國內(nèi)某核電站蒸汽發(fā)生器地腳螺柱預(yù)緊時出現(xiàn)的螺母卡澀，進(jìn)行了分析和討論，并針對采用拉伸機(jī)預(yù)緊的地腳螺柱，從螺紋副配合間隙設(shè)計的角度提出了防止卡澀的措施。

1 設(shè)備及螺母卡澀概況

蒸汽發(fā)生器支承分為垂直支承和水平支承。水平支承中，共有24顆M76螺柱，需預(yù)埋在混凝土中，單顆螺柱結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其中螺母設(shè)計為拉伸專用的螺母，螺母端部帶有小孔。

螺柱預(yù)緊時，采用拉伸機(jī)在端部拉伸螺柱，然后通過螺母上的小孔，撥動螺母，以實現(xiàn)螺柱預(yù)緊，如圖2所示。

國內(nèi)某核電站蒸汽發(fā)生器地腳螺柱預(yù)緊時，3臺蒸汽發(fā)生器24顆螺柱，共有18顆螺柱拉伸至預(yù)緊力設(shè)計值的69%～97%，出現(xiàn)螺母卡澀現(xiàn)象，即螺柱可拉長，但螺母無法旋動，然而在螺柱卸載之后，螺母可正常旋入和旋出。

2 卡澀原因分析

2.1 公差配合分

蒸汽發(fā)生器支承用螺柱螺母的尺寸、材料和預(yù)緊力如表1所示。

螺柱與螺母的配合為6g6H配合關(guān)系，屬于GB/T 197-2003《普通螺紋公差》中推薦的中等精度的配合關(guān)系。根據(jù)公稱直徑、螺距和配合關(guān)系，螺紋中徑的名義尺寸、公差帶位置及公差帶大小如圖3所示。螺柱與螺母屬于間隙配合。螺母螺紋和螺柱螺紋的中徑差值在0.06～0.611mm之間。

在螺柱未拉伸的條件下，螺母可自由選入和旋出，不存在卡澀現(xiàn)象。螺柱、螺母采用相應(yīng)精度等級的螺紋量規(guī)，均檢驗合格。但由于螺柱預(yù)緊過程中，螺柱受到拉伸載荷，而螺母未受力，螺柱與螺母的螺紋牙間隙有減少趨勢，當(dāng)螺紋牙之間的間隙過小時，即可能出現(xiàn)螺母卡澀現(xiàn)象。

2.2 螺柱伸長量計算

需定量分析拉伸過程中螺柱與螺母螺紋之間的間隙變化情況，首先需計算螺柱與螺母嚙合區(qū)域螺柱的伸長量。

根據(jù)虎克定律，嚙合區(qū)域螺柱的伸長量可用以下公式（1）進(jìn)行計算。

從公式（5）可知，螺柱拉伸時的伸長量與嚙合長度和螺柱材料的屈服強(qiáng)度成正比。對于合金鋼螺柱，材料彈性模量E接近，而螺柱與螺母的嚙合長度通常為（1～1.25）倍公稱直徑。因此，螺柱的伸長量，正比于公公稱直徑和螺柱材料屈服強(qiáng)度。對于大直徑、高強(qiáng)度的螺柱，在采用螺栓拉伸機(jī)進(jìn)行預(yù)緊時，更容易出現(xiàn)預(yù)緊過程中的螺母卡澀情況。

從上述分析與討論中可知，對于采用螺栓拉伸機(jī)預(yù)緊的大直徑螺柱，直接采用GB/T 197-2003《普通螺紋公差》中推薦的配合關(guān)系，可能出現(xiàn)拉伸過程中螺母卡澀情況，有必要對螺紋副配合間隙進(jìn)行重新設(shè)計?；诘?.4節(jié)分析，在標(biāo)準(zhǔn)中推薦的公差配合關(guān)系基礎(chǔ)上，將螺紋公差帶縮為原先1/2，可有效避免拉伸過程中的螺母卡澀。

4 小結(jié)

（1）針對國內(nèi)某核電站蒸汽發(fā)生器地腳螺柱預(yù)緊過程出現(xiàn)的中螺母卡澀現(xiàn)象，分析了螺柱螺母螺紋副配合情況。

（2）定量分析了螺柱拉伸過程螺紋副間隙變化情況，給出了螺母卡澀的原因。

（3）對大直徑、高強(qiáng)度的地腳螺柱的螺紋副配合間隙設(shè)計提出了建議措施，可有效避免螺柱拉伸過程中的螺母卡澀問題，為大直徑、高強(qiáng)度螺柱螺紋副配合設(shè)計提供了改進(jìn)措施。

參考文獻(xiàn)

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[3]周萬云，許洪朋，劉東杰，楊景超.反應(yīng)堆壓力容器主螺栓孔修復(fù)方案探討[J]. 壓力容器，2015，（32）2：75-80.

[4]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊（第2卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.