CN105889311A - 蒸汽发生器支撑用自润滑球铰及其生产工艺 - Google Patents

蒸汽发生器支撑用自润滑球铰及其生产工艺 Download PDF

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邹峰
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Abstract

本发明涉及一种蒸汽发生器支撑用自润滑球铰及其生产工艺。它解决了现有技术设计不合理等问题。本蒸汽发生器支撑用自润滑球铰包括球铰外圈和设置在球铰外圈内的球铰内圈，球铰外圈的内壁为球形凹面，球铰内圈外壁为球形凸面，球形凹面与球形凸面相互匹配，在球形凹面和/或球形凸面上设有干膜润滑剂层，在所述球铰内圈的球形凸面上设有若干均匀分布的平底盲孔且所述的平底盲孔轴心线向内汇聚至球形凸面的圆心上，在每个平底盲孔中分别镶嵌有固体润滑柱且固体润滑柱的外端面与球形凸面齐平。本发明的优点在于：能够大幅缩小摩擦因素值且承载能力强。

Description

蒸汽发生器支撑用自润滑球铰及其生产工艺
技术领域
本发明属于核电蒸汽发生器技术领域，尤其涉及一种蒸汽发生器支撑用自润滑球铰及其生产工艺。
背景技术
在核电站运行期间，由于反应堆主冷却剂回路管道的热胀会推动蒸汽发生器缓慢移动，使蒸汽发生器产生微小位移，加上蒸汽发生器本身的热胀，使得热态时蒸汽发生器各横向支撑的角度相对其冷态位置产生一定角度的偏转。安装在蒸汽发生器各横向支撑上的向心关节轴承，允许蒸汽发生器各横向支撑随着反应堆主冷却剂回路管道和蒸汽发生器的热胀适当偏转，避免蒸汽发生器支撑系统产生过大的约束载荷。
由于蒸汽发生器支撑上使用的球铰，其承载要求远比目前国内市场上成熟应用的球铰大，除承载要求外，安全壳内高温高湿、热循环、辐照、腐蚀、粉尘等严苛的环境条件也对球铰的设计提出了严峻的考验，特别是对球铰的材料，包括球铰内外圈材料和摩擦副材料，目前该产品其还至少存在以下技术缺陷：承载能力较差且摩擦因素值较大，球铰的使用寿命较短且实用性较差。
为了适应我国新一代核电发展，急需开发一种能够解决上述技术问题的蒸汽发生器自润滑球铰。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种能够大幅缩小摩擦因素值且承载能力强的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰。
本发明的另外一个目的是针对上述问题，提供一种工艺简单，能够大幅缩小摩擦因素值且能提高承载能力的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本蒸汽发生器支撑用自润滑球铰包括球铰外圈和设置在球铰外圈内的球铰内圈，球铰外圈的内壁为球形凹面，球铰内圈外壁为球形凸面，球形凹面与球形凸面相互匹配，在球形凹面和/或球形凸面上设有干膜润滑剂层，在所述球铰内圈的球形凸面上设有若干均匀分布的平底盲孔且所述的平底盲孔轴心线向内汇聚至球形凸面的圆心上，在每个平底盲孔中分别镶嵌有固体润滑柱且固体润滑柱的外端面与球形凸面齐平。
在上述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰中，所述的球铰外圈包括两块对称设置的半体，两块半体的两端对接后在相对接的一端分别通过至少一根一体式螺钉销将所述的两块半体连接在一起。
在上述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰中，在任意一块半体的两端面上分别设有至少一个螺纹盲孔，在螺纹盲孔的孔口设有轴心线与螺纹盲孔轴心线重合的第一销孔，在另外一块半体的两端面上分别设有与所述的第一销孔一一对应的第二销孔，所述一体式螺钉销的螺纹段插于螺纹盲孔中且与螺纹盲孔螺纹连接，所述一体式螺钉销的销钉段插于所述的第一销孔和第二销孔中。
在上述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰中，两块半体的两端对接后在相对接的一端分别通过两根并排的一体式螺钉销将所述的两块半体连接在一起。
在上述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰中，所述固体润滑柱外端面的总表面积为球形凸面表面积的34-40％。优化方案，本实施例的固体润滑柱外端面的总表面积为球形凸面表面积的37％。
在上述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰中，所述的平底盲孔深度相等。
在上述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰中，所述的球形凹面圆心与球形凸面圆心重合。
在上述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰中，所述的球铰外圈为不锈钢外圈；所述的球铰内圈为铜合金内圈；所述的固体润滑柱为高纯核用石墨；所述的干膜润滑剂层内含有高纯石墨微粒材料。
在上述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰中，本球铰的承载面压为400Mpa以上，工作面摩擦因数值小于0.3，在温度低于325℃且耐γ射线辐照5.26×105Gy情况下，球铰外圈、球铰内圈和固体润滑柱的性能无显著变化。
本蒸汽发生器支撑用自润滑球铰的生产工艺包括如下步骤：
A、加工球铰内圈，球铰内圈由以下步骤加工形成：
a1、制备铜合金毛坯，铜合金毛坯呈环形；
a2、粗车铜合金毛坯内外径，至少一次粗车铜合金毛坯的内径，至少粗车一次铜合金毛坯的外径，制得粗车球铰内圈，粗车球铰内圈外壁为粗车球形凸面；
a3、镶嵌固体润滑柱，在粗车球铰内圈的球形凸面上钻若干均匀分布的平底盲孔且所述的平底盲孔轴心线向内汇聚至球形凸面的圆心上，在每个平底盲孔中分别镶嵌有固体润滑柱且所述的平底盲孔与固体润滑柱过盈配合，制得球铰内圈组合件；
a4、粗车内圈外径，至少一次粗车球铰内圈组合件的外径且固体润滑柱的外端面与球形凸面齐平，制得球铰内圈半成品；
a5、精车内圈内外径，至少一次精车球铰内圈半成品的内外径，制得球铰内圈成品且在球铰内圈成品外壁形成球形凸面；
B、加工球铰外圈，球铰外圈由以下步骤加工形成：
b1、制备不锈钢毛坯，不锈钢毛坯呈环形且不锈钢毛坯内壁成型有球形凹坯面；
b2、粗车球形凹坯面，至少一次粗车球形凹坯面，制得粗车球铰外圈；
b3、粗车球铰外圈对剖，将b2步骤中的粗车球铰外圈分割成两块对称设置的半体，然后每块半体的两端面同时进行精铣加工，在任意一块半体的两端面上分别设有至少一个螺纹盲孔，在螺纹盲孔的孔口设有轴心线与螺纹盲孔轴心线重合的第一销孔，在另外一块半体的两端面上分别设有与所述的第一销孔一一对应的第二销孔；
b4、组装，制造与所述的螺纹盲孔数量相等的一体式螺钉销，一体式螺钉销螺纹段插于螺纹盲孔中且与螺纹盲孔螺纹连接，所述一体式螺钉销的销钉段插于所述的第一销孔和第二销孔中，制得组装球铰外圈；
b5、粗车组装球铰外圈，至少一次粗车组装球铰外圈的内外径，制得组装球铰外圈半成品；
b6、精车组装球铰外圈半成品，至少一次精车组装球铰外圈半成品外径和至少一次精车组装球铰外圈半成品内径，制得组装球铰外圈成品且组装球铰外圈成品的内壁形成球形凹面；
C、装配：在球形凸面和/或球形凹面上涂覆干膜润滑剂层，然后进行焊工，最后将球铰内圈成品放入两块半体之间，通过一体式螺钉销使所述的半体对接形成组装球铰外圈成品，即，制得所述蒸汽发生器支撑用自润滑球铰。
与现有的技术相比，本蒸汽发生器支撑用自润滑球铰及其生产工艺的优点在于：1、设计更合理，具有结构强度高，承载能力大，耐磨性能好和摩擦因素值小等优点。2、由于核电工况的限定，采用干膜润滑，且固体润滑柱固定不使用任何胶黏剂，免维护，设计年限长。3、结构简单且易于制造。4、材料耐辐照和耐腐蚀性能优，能够被应用于核电技术领域。
附图说明
图1是本发明提供的结构示意图。
图2是本发明提供的剖视结构示意图。
图3是本发明提供的一体式螺钉销结构示意图。
图中，球铰外圈1、球形凹面11、半体12、螺纹盲孔13、第一销孔14、第二销孔15、球铰内圈2、球形凸面21、平底盲孔22、干膜润滑剂层3、固体润滑柱4、一体式螺钉销5。
具体实施方式
以下是发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-3所示，本蒸汽发生器支撑用自润滑球铰包括球铰外圈1和设置在球铰外圈1内的球铰内圈2，球铰外圈1为不锈钢外圈，不锈钢外圈材料为17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢；球铰内圈2为铜合金内圈。
球铰外圈1的内壁为球形凹面11，球铰内圈2外壁为球形凸面21，球形凹面11与球形凸面21相互匹配，球形凹面11圆心与球形凸面21圆心重合。在球形凹面11和/或球形凸面21上设有干膜润滑剂层3，干膜润滑剂层3内含有高纯石墨微粒材料且干膜润滑剂层3厚度为0.1-0.15mm。能够提高良好的润滑环境和润滑性能。
在所述球铰内圈2的球形凸面21上设有若干均匀分布的平底盲孔22且所述的平底盲孔22轴心线向内汇聚至球形凸面21的圆心上，平底盲孔22深度相等，本实施例的平底盲孔22孔径为Φ8mm且平底盲孔22的深度为3mm。
在每个平底盲孔22中分别镶嵌有固体润滑柱4且固体润滑柱4的外端面与球形凸面21齐平。固体润滑柱4为高纯核用石墨且不使用任何胶粘剂；其次，所述固体润滑柱4外端面的总表面积为球形凸面21表面积的34-40％。通过比例的设定达到最优化的摩擦因素和结构强度。本实施例的平底盲孔22孔径小于普通球铰盲孔的孔径，平底盲孔22的孔深小于普通球铰盲孔的深度结合34-40％的特征，不仅能够进一步提高结构强度，而且还降低了摩擦因素。
球铰外圈1包括两块对称设置的半体12，两块半体12的两端对接后在相对接的一端分别通过至少一根一体式螺钉销5将所述的两块半体12连接在一起。一体式螺钉销为304不锈钢螺钉销。
在任意一块半体12的两端面上分别设有至少一个螺纹盲孔13，在螺纹盲孔13的孔口设有轴心线与螺纹盲孔13轴心线重合的第一销孔14，在另外一块半体12的两端面上分别设有与所述的第一销孔14一一对应的第二销孔15，所述一体式螺钉销5的螺纹段插于螺纹盲孔13中且与螺纹盲孔13螺纹连接，所述一体式螺钉销5的销钉段插于所述的第一销孔14和第二销孔15中。
两块半体12的两端对接后在相对接的一端分别通过两根并排的一体式螺钉销5将所述的两块半体12连接在一起。
本球铰的承载面压为400Mpa以上，工作面摩擦因数值小于0.3，在温度低于325℃且耐γ射线辐照5.26×105Gy情况下，球铰外圈1、球铰内圈2和固体润滑柱4的性能无显著变化。
球铰外圈1、球铰内圈2和固体润滑柱4的性能见下表。
固体润滑柱4的耐辐照试验数据对照表见下表：
在本实施例中，平底盲孔22轴心线向内汇聚至球形凸面21的圆心上的结构，当球铰内圈2相对球铰外圈1转动时，能够大幅缩小摩擦因素和磨损量。
其次，通过设置了一体式螺钉销5结合螺纹盲孔13、第一销孔14和第二销孔15的结构，能够进一步提高连接结构强度，另外，一体式螺钉销5的结构避免了销钉与螺栓分体组装产品的组装效率低现象，即，进一步提高了组装效率，另外，球铰外圈1的轴对称性更好。
本蒸汽发生器支撑用自润滑球铰的生产工艺包括如下步骤：
A、加工球铰内圈，球铰内圈由以下步骤加工形成：
a1、制备铜合金毛坯，铜合金毛坯呈环形；
a2、粗车铜合金毛坯内外径，至少一次粗车铜合金毛坯的内径，至少粗车一次铜合金毛坯的外径，制得粗车球铰内圈，粗车球铰内圈外壁为粗车球形凸面；
a3、镶嵌固体润滑柱，在粗车球铰内圈的球形凸面21上钻若干均匀分布的平底盲孔22且所述的平底盲孔22轴心线向内汇聚至球形凸面21的圆心上，在每个平底盲孔22中分别镶嵌有固体润滑柱4且所述的平底盲孔22与固体润滑柱4过盈配合，制得球铰内圈组合件；
a4、粗车内圈外径，至少一次粗车球铰内圈组合件的外径且固体润滑柱4的外端面与球形凸面21齐平，制得球铰内圈半成品；
a5、精车内圈内外径，至少一次精车球铰内圈半成品的内外径，制得球铰内圈成品且在球铰内圈成品外壁形成球形凸面21；
B、加工球铰外圈，球铰外圈由以下步骤加工形成：
b1、制备不锈钢毛坯，不锈钢毛坯呈环形且不锈钢毛坯内壁成型有球形凹坯面；
b2、粗车球形凹坯面，至少一次粗车球形凹坯面，制得粗车球铰外圈；
b3、粗车球铰外圈对剖，将b2步骤中的粗车球铰外圈分割成两块对称设置的半体12，然后每块半体12的两端面同时进行精铣加工，在任意一块半体12的两端面上分别设有至少一个螺纹盲孔13，在螺纹盲孔13的孔口设有轴心线与螺纹盲孔13轴心线重合的第一销孔14，在另外一块半体12的两端面上分别设有与所述的第一销孔14一一对应的第二销孔15；该步骤能进一步提高球铰外圈的圆度。
b4、组装，制造与所述的螺纹盲孔13数量相等的一体式螺钉销5，一体式螺钉销5螺纹段插于螺纹盲孔13中且与螺纹盲孔13螺纹连接，所述一体式螺钉销5的销钉段插于所述的第一销孔14和第二销孔15中，制得组装球铰外圈；
b5、粗车组装球铰外圈，至少一次粗车组装球铰外圈的内外径，制得组装球铰外圈半成品；
b6、精车组装球铰外圈半成品，至少一次精车组装球铰外圈半成品外径和至少一次精车组装球铰外圈半成品内径，制得组装球铰外圈成品且组装球铰外圈成品的内壁形成球形凹面11；
C、装配：在球形凸面21和/或球形凹面11上涂覆干膜润滑剂层，然后进行焊工，最后将球铰内圈成品放入两块半体12之间，通过一体式螺钉销5使所述的半体12对接形成组装球铰外圈成品，即，制得所述蒸汽发生器支撑用自润滑球铰。
通过本实施例的工艺设计，不仅提高了球铰的耐磨性能，而且还大幅降低了摩擦因素，同时还提高了承载能力，实用性强且符合当前社会技术的发展趋势，能够被应用于核电技术领域。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了球铰外圈1、球形凹面11、半体12、螺纹盲孔13、第一销孔14、第二销孔15、球铰内圈2、球形凸面21、平底盲孔22、干膜润滑剂层3、固体润滑柱4、一体式螺钉销5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种蒸汽发生器支撑用自润滑球铰，包括球铰外圈(1)和设置在球铰外圈(1)内的球铰内圈(2)，球铰外圈(1)的内壁为球形凹面(11)，球铰内圈(2)外壁为球形凸面(21)，球形凹面(11)与球形凸面(21)相互匹配，其特征在于，所述的球形凹面(11)和/或球形凸面(21)上设有干膜润滑剂层(3)，在所述球铰内圈(2)的球形凸面(21)上设有若干均匀分布的平底盲孔(22)且所述的平底盲孔(22)轴心线向内汇聚至球形凸面(21)的圆心上，在每个平底盲孔(22)中分别镶嵌有固体润滑柱(4)且固体润滑柱(4)的外端面与球形凸面(21)齐平。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰，其特征在于，所述的球铰外圈(1)包括两块对称设置的半体(12)，两块半体(12)的两端对接后在相对接的一端分别通过至少一根一体式螺钉销(5)将所述的两块半体(12)连接在一起。
3.根据权利要求2所述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰，其特征在于，在任意一块半体(12)的两端面上分别设有至少一个螺纹盲孔(13)，在螺纹盲孔(13)的孔口设有轴心线与螺纹盲孔(13)轴心线重合的第一销孔(14)，在另外一块半体(12)的两端面上分别设有与所述的第一销孔(14)一一对应的第二销孔(15)，所述一体式螺钉销(5)的螺纹段插于螺纹盲孔(13)中且与螺纹盲孔(13)螺纹连接，所述一体式螺钉销(5)的销钉段插于所述的第一销孔(14)和第二销孔(15)中。
4.根据权利要求2或3所述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰，其特征在于，两块半体(12)的两端对接后在相对接的一端分别通过两根并排的一体式螺钉销(5)将所述的两块半体(12)连接在一起。
5.根据权利要求1所述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰，其特征在于，所述固体润滑柱(4)外端面的总表面积为球形凸面(21)表面积的34-40％。
6.根据权利要求1所述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰，其特征在于，所述的平底盲孔(22)深度相等。
7.根据权利要求1所述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰，其特征在于，所述的球形凹面(11)圆心与球形凸面(21)圆心重合。
8.根据权利要求1所述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰，其特征在于，所述的球铰外圈(1)为不锈钢外圈；所述的球铰内圈(2)为铜合金内圈；所述的固体润滑柱(4)为高纯核用石墨；所述的干膜润滑剂层(3)内含有高纯石墨微粒材料。
9.根据权利要求1所述的蒸汽发生器支撑用自润滑球铰，其特征在于，本球铰的承载面压为400Mpa以上，工作面摩擦因数值小于0.3，在温度低于325℃且耐γ射线辐照5.26×105Gy情况下，球铰外圈(1)、球铰内圈(2)和固体润滑柱(4)的性能无显著变化。
10.一种权利要求1-9任意一项所述蒸汽发生器支撑用自润滑球铰的生产工艺，其特征在于，本工艺包括如下步骤：
A、加工球铰内圈，球铰内圈由以下步骤加工形成：
a1、制备铜合金毛坯，铜合金毛坯呈环形；
a2、粗车铜合金毛坯内外径，至少一次粗车铜合金毛坯的内径，至少粗车一次铜合金毛坯的外径，制得粗车球铰内圈，粗车球铰内圈外壁为粗车球形凸面；
a3、镶嵌固体润滑柱，在粗车球铰内圈的球形凸面(21)上钻若干均匀分布的平底盲孔(22)且所述的平底盲孔(22)轴心线向内汇聚至球形凸面(21)的圆心上，在每个平底盲孔(22)中分别镶嵌有固体润滑柱(4)且所述的平底盲孔(22)与固体润滑柱(4)过盈配合，制得球铰内圈组合件；
a4、粗车内圈外径，至少一次粗车球铰内圈组合件的外径且固体润滑柱(4)的外端面与球形凸面(21)齐平，制得球铰内圈半成品；
a5、精车内圈内外径，至少一次精车球铰内圈半成品的内外径，制得球铰内圈成品且在球铰内圈成品外壁形成球形凸面(21)；
B、加工球铰外圈，球铰外圈由以下步骤加工形成：
b1、制备不锈钢毛坯，不锈钢毛坯呈环形且不锈钢毛坯内壁成型有球形凹坯面；
b2、粗车球形凹坯面，至少一次粗车球形凹坯面，制得粗车球铰外圈；
b3、粗车球铰外圈对剖，将b2步骤中的粗车球铰外圈分割成两块对称设置的半体(12)，然后每块半体(12)的两端面同时进行精铣加工，在任意一块半体(12)的两端面上分别设有至少一个螺纹盲孔(13)，在螺纹盲孔(13)的孔口设有轴心线与螺纹盲孔(13)轴心线重合的第一销孔(14)，在另外一块半体(12)的两端面上分别设有与所述的第一销孔(14)一一对应的第二销孔(15)；
b4、组装，制造与所述的螺纹盲孔(13)数量相等的一体式螺钉销(5)，一体式螺钉销(5)螺纹段插于螺纹盲孔(13)中且与螺纹盲孔(13)螺纹连接，所述一体式螺钉销(5)的销钉段插于所述的第一销孔(14)和第二销孔(15)中，制得组装球铰外圈；
b5、粗车组装球铰外圈，至少一次粗车组装球铰外圈的内外径，制得组装球铰外圈半成品；
b6、精车组装球铰外圈半成品，至少一次精车组装球铰外圈半成品外径和至少一次精车组装球铰外圈半成品内径，制得组装球铰外圈成品且组装球铰外圈成品的内壁形成球形凹面(11)；
C、装配：在球形凸面(21)和/或球形凹面(11)上涂覆干膜润滑剂层，然后进行焊工，最后将球铰内圈成品放入两块半体(12)之间，通过一体式螺钉销(5)使所述的半体(12)对接形成组装球铰外圈成品，即，制得所述蒸汽发生器支撑用自润滑球铰。
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