CN108071720A - 一种大补偿量异形弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种大补偿量异形弹簧，所述异形弹簧的主体结构为锥角θ为140—180°的锥形壳体，锥形壳体包括第一圆弧形部、斜面部、第二圆弧形部，第一圆弧形部通过斜面部与第二圆弧形部连接，第一圆弧形部靠近锥形壳体的锥顶，第二圆弧形部靠近锥形壳体的锥底。本技术方案所述的异形弹簧刚度适中，可靠性高，弹簧变形补偿大，加工简单，特别适合内外温差大的容器的内部构件的压紧，如ACP100反应堆堆内构件及其他化工容器的内部构件的压紧，市场应用前景广阔。

Description

一种大补偿量异形弹簧

技术领域

本发明涉及反应堆堆内构件技术领域，具体涉及一种大补偿量异形弹簧。

背景技术

压紧弹簧是堆内构件的重要部件，其主要作用为压紧堆内构件，防止堆内构件在运行中出现横向滑移磨损，以及补偿堆内构件制造偏差及堆内构件与压力容器间的热胀。

三代核电ACP100模块式一体化反应堆由于结构设计的需要，反应堆压力容器与堆内构件轴向热胀差较大，可达到5mm，现有反应堆堆内构件压紧弹簧的结构形式已经不能满足使用要求，必须设计一种可靠性高、补偿量大的堆内构件压紧弹簧。

基于此，提供一种大补偿量异形弹簧。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：现有应用于反应堆堆内构件的弹簧，不能满足应用要求，现在提供一种大补偿量异形弹簧，对该异形弹簧的结构进行设计，采用第一弧形部、第二弧形部、斜面部，使其适用于内外温差大的容器中内部构件的压紧，且兼具刚度和弹性，解决了现有异形弹簧不能填充反应堆压力容器与堆内构件轴向热胀差较大等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种大补偿量异形弹簧，所述异形弹簧的主体结构为锥角θ为140°—180°的锥形壳体，锥形壳体包括第一圆弧形部、斜面部、第二圆弧形部，第一圆弧形部通过斜面部与第二圆弧形部连接，第一圆弧形部靠近锥形壳体的锥顶，第二圆弧形部靠近锥形壳体的锥底。

针对现有技术中容器内外温差大中内部构件的压紧操作中，需要通过压紧弹簧来填充反应堆压力容器与堆内构件轴向热胀差的技术问题，通常采用的异形弹簧结构为：锥顶通过过渡段与锥底连接，该过渡段为：从靠近到原离锥顶部分依次为圆环段、斜面段、圆环段，该结构的异形弹簧具有一定的刚度，但是在内外温度差较大时，该结构压紧力较小，无法满足堆内构件的压紧要求，尤其是在内外温度相差较大时，热胀冷缩的效应，该弹簧的变形量无法达到反应堆堆内构件的压紧要求。

本技术方案中采用的异形弹簧，其主体结构为锥角θ为140°—180°的锥形壳体，锥形壳体设置的具体结构，设置在靠近锥顶位置的第一圆弧形部通过斜面部与设置在靠近锥底位置的第二圆弧形部连接，其对于温差较大的反应堆堆内构件、化工容器内部构件等对象来说，其冷态压缩量、压紧力，热态压缩量、高温下的压紧力，相对现有技术的异形弹簧均具有显著的提高，在性能上更优越，其压紧力和变形更能满足堆内构件的压紧要求。

大补偿异形弹簧弹力刚度及应力计算公式：

不考虑弹簧与压紧系统间的摩擦系数的弹簧刚度

考虑弹簧与压紧系统间的摩擦系数μ的弹簧刚度

弹簧最大应力计算公式

以上各式中:

I:弹簧的截面惯性矩,等于

B：弹簧截面宽度；

H：弹簧截面平均高度；

C：弹簧截面中心到圆弧R顶点高度；

L：弹簧截面上两个连接圆弧R的中心水平距离；

N：弹簧所受到的压力；

E：弹簧材料的抗拉弹性模量；

D₀：弹簧平均直径；

d：弹簧内径；

D：弹簧外径：

T：弹簧截面厚度；

θ：弹簧锥角；

μ：弹簧与接触面间的摩擦系数；

以上各字母的意义见图3所示。

对于一定的弹簧平均直径D₀，通过改变截面厚度T、锥角θ、宽度B、中心距L，可以按照实际变形需求优化弹簧刚度K，满足弹簧不同的变形及压紧要求。

优选地，所述第一圆弧形部、第二圆弧形部的半径均为50—250mm，此半径范围为弹簧最佳工作范围。优选地，所述异形弹簧的锥角θ为140°—180°。

优选地，所述异形弹簧的内径d为400—2500mm，此内径范围为弹簧最佳工作范围。优选地，所述异形弹簧的外径D为600—3500mm，此外径范围为弹簧最佳工作范围。

优选地，所述异形弹簧的厚度T为40—120mm，此厚度范围为弹簧最佳工作范围。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本技术方案所述的异形弹簧刚度适中，可靠度高，弹簧变形补偿量大，加工简单，适合内外温差大的容器的内部构件的压紧，如ACP100反应堆堆内构件及其他化工容器的内部构件的压紧，市场应用前景广阔。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明中主视图；

图2为本发明所述结构俯视图；

图3为本发明为图1圆圈部分的局部放大图；

图4为本发明所述结构的使用状态结构示意图；

图5为对比例所述弹簧的结构示意图；

其中：1—第一圆弧形部、2—斜面部、3—第二圆弧形部，4—压力容器顶封头法兰，5—压力容器筒体，6—异形弹簧，7—堆内构件压紧筒法兰。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

一种大补偿量异形弹簧，如图1—4所示，所述异形弹簧的主体结构为锥角θ为140—180°的锥形壳体，锥形壳体包括第一圆弧形部1、斜面部2、第二圆弧形部3，第一圆弧形部1通过斜面部2与第二圆弧形部3连接，第一圆弧形部1靠近锥形壳体的锥顶，第二圆弧形部2靠近锥形壳体的锥底。在附图3上中锥角θ用α表示，两个表示的意义相同。

其中，所述第一圆弧形部1、第二圆弧形部3的半径为50—250mm。

其中，所述异形弹簧的锥角优选172°。

其中，所述异形弹簧的内径d为400—2500mm。

其中，所述异形弹簧的外径D为600—3500mm。

其中，所述异形弹簧的厚度T为40—120mm。

本实施例所述异形弹簧6在使用时，如图4所示，将本实施例所述结构置于压力容器筒体5内部，安装在堆内构件压紧筒法兰7和压力容器顶封头法兰4之间。

对比实施例：

所述异形弹簧的具体结构为：锥顶具有锥顶上圆环面11、锥顶下斜面12、锥顶下圆环面13，锥顶下圆环面13通过锥顶下斜面12过渡至弹簧的外侧柱面；锥底具有锥底下圆环面31，锥底上斜面32和锥底上圆环面33，所述锥底上圆环面33通过锥底上斜面32过渡至异形弹簧的内侧柱面。

锥底与锥顶之间通过过渡段进行连接，过渡段上设有上圆弧面21和下圆弧面22，锥底上圆环面33通过上圆弧面21过渡至锥顶上圆环面11，所述锥底下圆环面31通过下圆弧面22过渡至锥顶下圆环面13，具体如图5所示，

对比例所述的弹簧与实施例1所述弹簧在性能上的对比如下表所示：

	冷态压缩量	冷态压紧力	热态压缩量	热态压紧力
					实施例1	3.5mm	626KN	8.5mm	1590KN
对比实施例	1mm	500KN	6mm	800KN

综合上述分析可得，本实施例所述的异形弹簧在冷态压缩量、冷态压紧例、热态压紧力、热态压缩量等上的性能上均明显优于对比文件所述的异形弹簧，因此在针对填充反应堆压力容器与堆内构件轴向热胀差较大等问题上，本实施例所述异形弹簧性能更优越。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大补偿量异形弹簧，其特征在于：所述异形弹簧的主体结构为锥角θ为140—180°的锥形壳体，锥形壳体包括第一圆弧形部(1)、斜面部(2)、第二圆弧形部(3)，第一圆弧形部(1)通过斜面部(2)与第二圆弧形部(3)连接，第一圆弧形部(1)靠近锥形壳体的锥顶，第二圆弧形部(2)靠近锥形壳体的锥底。

2.根据权利要求1所述的一种大补偿量异形弹簧，其特征在于：所述第一圆弧形部(1)、第二圆弧形部(3)的半径均为50—250mm。

3.根据权利要求1所述的一种大补偿量异形弹簧，其特征在于：所述异形弹簧的锥角为172°。

4.根据权利要求1所述的一种大补偿量异形弹簧，其特征在于：所述异形弹簧的内径d为400—2500mm。

5.根据权利要求1述的一种大补偿量异形弹簧，其特征在于：所述异形弹簧的外径D为600—3500mm。

6.根据权利要求4所述的一种大补偿量异形弹簧，其特征在于：所述异形弹簧的厚度T为40—120mm。