CN112233821B - 一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核电维修技术领域，具体公开了一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，通过将四个套筒头分别与四个热电偶柱螺母对中；转动主轴通过键带动主齿轮旋转，主齿轮转动带动与其啮合的传动齿轮转动，从而使得力矩齿轮转动，力矩齿轮通过滚珠使得套筒轴转动，套筒轴带动与其焊接的套筒头转动，从而拧紧热电偶柱螺母。本发明设有力矩调节装置，具备分布拧紧力矩效果，且本发明的力矩传动装置能够限制力矩，使得装置可以同步拧紧四颗螺栓。
Description
技术领域
本发明属于核电维修技术领域，具体涉及一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置。
背景技术
反应堆压力容器是主回路冷却剂压力边界屏障的一个重要设备，它具有高温、高压、高放射性的特点。在反应堆压力容器分析设计中，热电偶机械密封处是一项重要薄弱环节，紧固热电偶机械密封螺栓的工作环境辐射剂量大、空间小、检修技能要求高，因此对反应堆压力容器机械密封螺栓紧固是一项重点、难点工作。
机械密封安装的技术要点是对两个半圆形卡箍上的四颗螺栓均匀紧固，要求先用40N.m的力矩按对角线方向交替拧紧螺母，同时测量卡箍两侧间隙保证间隙不超过0.3mm，最终用80N.m的力矩按对角线方向逐步交替拧紧螺母，卡箍两侧间隙差不能超过0.2mm。在拧紧螺母过程中，要保持卡箍两侧间隙大致相等，绝不能偏向一边，否则将造成密封环密封垫受力不均而损坏，从而使密封失效。
因此设计一种能够同时拧紧四颗螺母的工具，将对检修的质量和效率具有极大的提升和帮助。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，以同时拧紧核电厂反应堆压力容器热电偶机械密封卡箍的四颗螺栓。
本发明的技术方案如下：
一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，用于紧固热电偶柱螺母；包括套筒头、套筒轴、下底板、侧板、力矩齿轮、力矩传动装置、传动轴、传动齿轮、主齿轮、主轴、压盖、上底板、轴承压盖、轴承；
所述的上底板、下底板和两块侧板围成“口”形结构；
在所述上底板的中心位置加工有主轴安装孔；在主轴安装孔水平轴线上左右对称分别加工有两个传动轴安装孔；在上底板的四角处、传动轴安装孔的外侧分别加工有四个力矩传动装置安装孔，与四个热电偶柱螺母的位置一一对应；
在所述的主轴安装孔、传动轴安装孔和力矩传动装置安装孔的外沿处，沿周向分别加工有压盖安装螺纹孔，在上底板的左右两侧面分别加工有侧板安装螺纹孔；
在所述下底板上左右对称分别加工有两个传动轴安装孔；在所述的下底板上、与上底板的力矩传动装置安装孔相对应的位置加工有四个套筒轴安装孔；
在所述的传动轴安装孔、套筒轴安装孔的外沿处，沿周向分别加工有压盖安装螺纹孔，在下底板的左右两侧面分别加工有侧板安装螺纹孔；
在所述的侧板四角处分别加工有底板安装通孔，通过拧入螺栓固定上底板和下底板；
所述的套筒头有四个，包括内套筒和外套筒，其中内套筒和外套筒由棘轮连接，用于直接旋紧反应堆压力容器热电偶机械密封螺母；
所述的套筒轴有四根，为法兰轴结构；
在所述套筒轴顶端法兰的上端面、沿周向等间隔加工有半圆槽；
所述套筒轴的底端通过过盈安装轴承穿过下底板上的套筒轴安装孔与套筒头的外套筒焊接相连，并用轴承压盖压紧轴承；
所述的力矩齿轮有四个，上端面为平面，与力矩传动装置的压紧块下表面焊接相连，在力矩齿轮的下端面上沿周向等间隔加工有半圆槽；
所述的力矩传动装置有四套，每套包括滚珠、压紧块、套筒、弹簧、力矩调整螺栓；
所述的压紧块为圆柱结构；
所述的套筒为圆筒结构，在套筒的上部加工内螺纹；
所述的套筒与套筒轴同轴，焊接在上底板的下表面上；所述的压紧块下端面与力矩齿轮的平面端面焊接相连，压紧块与力矩齿轮焊接后从套筒的下端插入套筒内；所述的弹簧置于套筒内，弹簧的下端面与压紧块上端面接触；所述的力矩调整螺栓从套筒的上部内螺纹处旋入，直至压紧弹簧的上端面；
所述的套筒轴与力矩齿轮同轴，滚珠的一半嵌入套筒轴的半圆槽中，另一半嵌入力矩齿轮的半圆槽中，以传递力矩；
所述的传动齿轮有四个；
所述的传动轴有四根，其中两根传动轴的顶端通过过盈安装轴承穿过上底板的传动轴安装孔固定在上底板上，并用压盖压紧轴承，底端分别通过键与两个传动齿轮连接；另外两根转动轴的底端通过过盈安装轴承穿过下底板的传动轴安装孔固定在下底板上，并用轴承压盖压紧轴承，顶端分别通过键与传动齿轮连接；
所述主轴的顶端通过过盈安装轴承穿过上底板的主轴安装孔后固定在上底板上，并用轴承压盖压紧轴承；主轴的底端通过键与主齿轮连接；
所述的压盖共有两块，分别置于上底板的上表面两侧；
在所述的压盖上加工有两个力矩传动装置安装孔，在力矩传动装置安装孔的外沿周向加工有固定孔，用于通过螺栓将压盖与上底板固定在一起；
在所述的轴承压盖上沿周向等间隔布置有固定孔，用于通过螺栓将轴承压盖与上底板或下底板固定在一起，进而压紧轴承；
所述的主齿轮、传动齿轮和力矩齿轮均位于同一平面上；当扭矩施加后，主齿轮带动传动齿轮转动，传动齿轮带动力矩齿轮转动。
所述的力矩齿轮、传动齿轮、主齿轮为渐开线齿轮。
所述主轴的顶端为方形头，便于施加初始扭力。
所述的主轴、传动轴和套筒轴的外径相同。
所述的轴承压盖为环板，内径与主轴、传动轴和套筒轴的外径匹配。
所述套筒轴顶端法兰上端面上的半圆槽与力矩齿轮下端面上的半圆槽个数相同，且半圆槽直径均与滚珠直径相同。
在所述内套筒的内侧加工有十二角适配S32螺母。
所述的压盖为矩形板。
所述的力矩调整螺栓为内六角螺栓。
在工作时，四个套筒头分别与四个热电偶柱螺母对中；转动主轴通过键带动主齿轮旋转，主齿轮转动带动与其啮合的传动齿轮转动，从而使得力矩齿轮转动，力矩齿轮通过滚珠使得套筒轴转动，套筒轴带动与其焊接的套筒头转动，从而拧紧热电偶柱螺母。
本发明的显著效果在于：
(1)本发明设有力矩调节装置，具备分布拧紧力矩效果。
(2)本发明设置的力矩传动装置能够限制力矩，避免过力矩打滑，使得装置可以同步拧紧四颗螺栓。
(3)本发明设有唯一输入主轴，使得装置可以由单人完成操作，能够满足核电现场使用。
附图说明
图1为紧固装置结构示意图A；
图2为紧固装置结构示意图B；
图3为上底板俯视图；
图4为下底板俯视图；
图5为侧板剖视图；
图6为侧板侧视图；
图7为套筒轴俯视图；
图8为套筒轴主视图；
图9为力矩齿轮俯视图；
图10为力矩齿轮主视图；
图11为力矩传动装置组装示意图；
图12为传动齿轮俯视图；
图13为传动齿轮主视图；
图14为主齿轮俯视图；
图15为主齿轮主视图；
图16为主轴俯视图；
图17为主轴侧视图；
图18为压盖俯视图；
图19为轴承压盖主视图；
图20为轴承压盖俯视图；
图21为紧固装置工位图。
图中：1.套筒头；2.套筒轴；3.下底板；4.侧板；5.力矩齿轮；6.力矩传动装置；6-1.滚珠；6-2.压紧块；6-3.套筒；6-4.弹簧；6-5力矩调整螺栓；7.传动轴；8.传动齿轮；9.主齿轮；10.主轴；11.压盖；12.上底板；13.轴承压盖；14.轴承；15.热电偶柱螺母。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1、2所示的一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，用于紧固热电偶柱螺母15，包括套筒头1、套筒轴2、下底板3、侧板4、力矩齿轮5、力矩传动装置6、传动轴7、传动齿轮8、主齿轮9、主轴10、压盖11、上底板12、轴承压盖13、轴承14。
所述的上底板12、下底板3和两块侧板4围成“口”形结构。
如图3所示，所述的上底板12为不锈钢材质，长度为240-250mm，宽度为120-130mm，厚度为20-25mm。在所述上底板12的中心位置加工有Φ28mm主轴安装孔；在主轴安装孔水平轴线上左右对称，间距150mm分别加工有两个Φ28mm传动轴安装孔；在上底板12的四角处、传动轴安装孔的外侧分别加工有四个Φ24mm力矩传动装置安装孔，与四个热电偶柱螺母15的位置一一对应。在所述的主轴安装孔、传动轴安装孔和力矩传动装置安装孔的外沿处、沿周向分别加工有M6压盖安装螺纹孔，在上底板12的左右两侧面分别加工有M8侧板安装螺纹孔。
如图4所示，所述的下底板3为不锈钢材质，尺寸与上底板12相同。在所述下底板3上左右对称分别加工有两个Φ28mm传动轴安装孔；在所述的下底板3上、与上底板12的力矩传动装置安装孔相对应的位置加工有四个Φ28mm套筒轴安装孔。在所述的传动轴安装孔、套筒轴安装孔的外沿处，沿周向分别加工有M6压盖安装螺纹孔，在下底板3的左右两侧面分别加工有M8侧板安装螺纹孔。
如图5、6所示，所述的侧板4有两块，为不锈钢材质，宽度与上底板12的宽度相同，高度为110-130mm，厚度为15-20mm。在所述的侧板4四角处分别加工有Φ10mm底板安装通孔，通过拧入M8螺栓固定上底板12和下底板3。
所述的套筒头1有四个，为合金钢材质，包括内套筒和外套筒，其中内套筒和外套筒由棘轮连接，用于直接旋紧反应堆压力容器热电偶机械密封螺母。所述内套筒的外径为40-42mm，内侧加工有十二角适配S32螺母；外套筒的内径为44-46mm，外径为48-50mm。
如图7、8所示，所述的套筒轴2有四根，为法兰轴结构，材质为合金钢，套筒轴2的直径为18mm，轴长为60-70mm，在套筒轴2的顶端加工有一直径为35-40mm、厚度为10-15mm的法兰。在所述法兰的上端面、沿周向等间隔加工有六个直径为8mm的半圆槽。所述套筒轴2的底端通过过盈安装轴承14穿过下底板3上的套筒轴安装孔与套筒头1的外套筒焊接相连，并用轴承压盖13压紧轴承14。
如图9、10所示，所述的力矩齿轮5有四个，为渐开线齿轮，材料为合金钢，模数为1，齿数为30，厚度为12mm。所述力矩齿轮5的上端面为平面，与力矩传动装置6的压紧块6-2下表面焊接相连，在力矩齿轮5的下端面上沿周向等间隔加工有六个直径为8mm的半圆槽。
如图11所示，所述的力矩传动装置6有四套，每套包括滚珠6-1、压紧块6-2、套筒6-3、弹簧6-4、力矩调整螺栓6-5。所述的滚珠6-1为合金钢材质，直径为8mm。所述的压紧块6-2为圆柱结构，材质为合金钢，压紧块6-2的直径为18mm，长度为25-35mm。所述的套筒6-3为圆筒结构，材质为合金钢，外径为24mm，厚度为5mm，在套筒6-3的上部加工有M14内螺纹，深度15-20mm。所述的弹簧6-4为弹簧钢材质，外径为12-14mm。所述的力矩调整螺栓6-5为内六角M14螺栓。
所述的套筒6-3与套筒轴2同轴，焊接在上底板12的下表面上；所述的压紧块6-2下端面与力矩齿轮5的平面端面焊接相连，压紧块6-2与力矩齿轮5焊接后从套筒6-3的下端插入套筒内；所述的弹簧6-4置于套筒6-3内，弹簧6-4的下端面与压紧块6-2上端面接触；所述的力矩调整螺栓6-5从套筒6-3的上部内螺纹处旋入直至压紧弹簧6-4的上端面，通过旋转调整螺栓6-5能够为装置提供20-80N.m的输出力矩。
所述的套筒轴2与力矩齿轮5同轴，滚珠6-1的一半嵌入套筒轴2的半圆槽中，另一半嵌入力矩齿轮5的半圆槽中，以传递力矩。
如图12、13所示，所述的传动齿轮8有四个，为渐开线齿轮，采用合金钢材质，模数为1，齿数为30，厚度为12mm。
所述的传动轴7有四根，为合金钢材质，直径为18mm，长度为60-70mm。其中两根传动轴7的顶端通过过盈安装轴承14穿过上底板12的传动轴安装孔固定在上底板12上，并用压盖11压紧轴承14，底端分别通过键与两个传动齿轮8连接；另外两根转动轴7的底端通过过盈安装轴承14穿过下底板3的传动轴安装孔固定在下底板3上，并用轴承压盖13压紧轴承14，顶端分别通过键与传动齿轮8连接。
如图14、15所示，所述的主齿轮9为渐开线齿轮，材质为合金钢，模数为1，齿数为60，厚度为12mm。
如图16、17所示，所述的主轴10为合金钢材质，直径为18mm，长度为90-100mm。所述主轴10的顶端为方形头，便于施加初始扭力，通过过盈安装轴承14穿过上底板12的主轴安装孔后固定在上底板12上，并用轴承压盖13压紧轴承14；主轴10的底端通过键与主齿轮9连接。
所述的主轴10、传动轴7和套筒轴2的外径相同，均为18mm。
如图18所示，所述的压盖11为不锈钢矩形板，长度为100mm，宽度为65-70mm，厚度为5mm，共有两块，分别置于上底板12的上表面两侧。在所述的压盖11上加工有两个Φ16mm力矩传动装置安装孔，在力矩传动装置安装孔的外沿周向加工有十个Φ7mm固定孔，用于通过螺栓将压盖11与上底板12固定在一起。
如图19、20所示，所述的轴承压盖13有七块，为不锈钢环板，厚度为5mm，外径为45mm，内径与主轴10、传动轴7和套筒轴2的外径匹配。在所述的轴承压盖13上沿周向等间隔布置有四个Φ7mm固定孔，用于通过螺栓将轴承压盖13与上底板12或下底板3固定在一起，进而压紧轴承14。
所述的主齿轮9、传动齿轮8和力矩齿轮5均位于同一平面上。当扭矩施加后，主齿轮9带动传动齿轮8转动，传动齿轮8带动力矩齿轮5转动。
如图21所示，在工作时，将本机械密封紧固装置放置于反应堆压力容器热电偶机械密封的外侧，使得四个套筒头1分别与四个热电偶柱螺母15对中；转动主轴10通过键带动主齿轮9旋转，主齿轮9转动带动与其啮合的传动齿轮8转动，从而使得力矩齿轮5转动，力矩齿轮5通过滚珠6-1使得套筒轴2转动，套筒轴2带动与其焊接的套筒头1转动，从而拧紧热电偶柱螺母15。
Claims (10)
1.一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，其特征在于：用于紧固热电偶柱螺母(15)；包括套筒头(1)、套筒轴(2)、下底板(3)、侧板(4)、力矩齿轮(5)、力矩传动装置(6)、传动轴(7)、传动齿轮(8)、主齿轮(9)、主轴(10)、压盖(11)、上底板(12)、轴承压盖(13)、轴承(14)；
所述的上底板(12)、下底板(3)和两块侧板(4)围成“口”形结构；
在所述上底板(12)的中心位置加工有主轴安装孔；在主轴安装孔水平轴线上左右对称分别加工有两个传动轴安装孔；在上底板(12)的四角处、传动轴安装孔的外侧分别加工有四个力矩传动装置安装孔，与四个热电偶柱螺母(15)的位置一一对应；
在所述的主轴安装孔、传动轴安装孔和力矩传动装置安装孔的外沿处，沿周向分别加工有压盖安装螺纹孔，在上底板(12)的左右两侧面分别加工有侧板安装螺纹孔；
在所述下底板(3)上左右对称分别加工有两个传动轴安装孔；在所述的下底板(3)上、与上底板(12)的力矩传动装置安装孔相对应的位置加工有四个套筒轴安装孔；
在所述的传动轴安装孔、套筒轴安装孔的外沿处，沿周向分别加工有压盖安装螺纹孔，在下底板(3)的左右两侧面分别加工有侧板安装螺纹孔；
在所述的侧板(4)四角处分别加工有底板安装通孔，通过拧入螺栓固定上底板(12)和下底板(3)；
所述的套筒头(1)有四个，包括内套筒和外套筒，其中内套筒和外套筒由棘轮连接，用于直接旋紧反应堆压力容器热电偶机械密封螺母；
所述的套筒轴(2)有四根，为法兰轴结构；
在所述套筒轴(2)顶端法兰的上端面、沿周向等间隔加工有半圆槽；
所述套筒轴(2)的底端通过过盈安装轴承(14)穿过下底板(3)上的套筒轴安装孔与套筒头(1)的外套筒焊接相连，并用轴承压盖(13)压紧轴承(14)；
所述的力矩齿轮(5)有四个，上端面为平面，与力矩传动装置(6)的压紧块(6-2)下表面焊接相连，在力矩齿轮(5)的下端面上沿周向等间隔加工有半圆槽；
所述的力矩传动装置(6)有四套，每套包括滚珠(6-1)、压紧块(6-2)、套筒(6-3)、弹簧(6-4)、力矩调整螺栓(6-5)；
所述的压紧块(6-2)为圆柱结构；
所述的套筒(6-3)为圆筒结构，在套筒(6-3)的上部加工内螺纹；
所述的套筒(6-3)与套筒轴(2)同轴，焊接在上底板(12)的下表面上；所述的压紧块(6-2)下端面与力矩齿轮(5)的平面端面焊接相连，压紧块(6-2)与力矩齿轮(5)焊接后从套筒(6-3)的下端插入套筒内；所述的弹簧(6-4)置于套筒(6-3)内，弹簧(6-4)的下端面与压紧块(6-2)上端面接触；所述的力矩调整螺栓(6-5)从套筒(6-3)的上部内螺纹处旋入，直至压紧弹簧(6-4)的上端面；
所述的套筒轴(2)与力矩齿轮(5)同轴，滚珠(6-1)的一半嵌入套筒轴(2)的半圆槽中，另一半嵌入力矩齿轮(5)的半圆槽中，以传递力矩；
所述的传动齿轮(8)有四个；
所述的传动轴(7)有四根，其中两根传动轴(7)的顶端通过过盈安装轴承(14)穿过上底板(12)的传动轴安装孔固定在上底板(12)上，并用压盖(11)压紧轴承(14)，底端分别通过键与两个传动齿轮(8)连接；另外两根传动轴(7)的底端通过过盈安装轴承(14)穿过下底板(3)的传动轴安装孔固定在下底板(3)上，并用轴承压盖(13)压紧轴承(14)，顶端分别通过键与传动齿轮(8)连接；
所述主轴(10)的顶端通过过盈安装轴承(14)穿过上底板(12)的主轴安装孔后固定在上底板(12)上，并用轴承压盖(13)压紧轴承(14)；主轴(10)的底端通过键与主齿轮(9)连接；
所述的压盖(11)共有两块，分别置于上底板(12)的上表面两侧；
在所述的压盖(11)上加工有两个力矩传动装置安装孔，在力矩传动装置安装孔的外沿周向加工有固定孔，用于通过螺栓将压盖(11)与上底板(12)固定在一起；
在所述的轴承压盖(13)上沿周向等间隔布置有固定孔，用于通过螺栓将轴承压盖(13)与上底板(12)或下底板(3)固定在一起，进而压紧轴承(14)；
所述的主齿轮(9)、传动齿轮(8)和力矩齿轮(5)均位于同一平面上；当扭矩施加后，主齿轮(9)带动传动齿轮(8)转动，传动齿轮(8)带动力矩齿轮(5)转动。
2.如权利要求1所述的一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，其特征在于：所述的力矩齿轮(5)、传动齿轮(8)、主齿轮(9)为渐开线齿轮。
3.如权利要求2所述的一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，其特征在于：所述主轴(10)的顶端为方形头，便于施加初始扭力。
4.如权利要求3所述的一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，其特征在于：所述的主轴(10)、传动轴(7)和套筒轴(2)的外径相同。
5.如权利要求4所述的一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，其特征在于：所述的轴承压盖(13)为环板，内径与主轴(10)、传动轴(7)和套筒轴(2)的外径匹配。
6.如权利要求5所述的一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，其特征在于：所述套筒轴(2)顶端法兰上端面上的半圆槽与力矩齿轮(5)下端面上的半圆槽个数相同，且半圆槽直径均与滚珠(6-1)直径相同。
7.如权利要求6所述的一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，其特征在于：在所述内套筒的内侧加工有十二角适配S32螺母。
8.如权利要求7所述的一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，其特征在于：所述的压盖(11)为矩形板。
9.如权利要求8所述的一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，其特征在于：所述的力矩调整螺栓(6-5)为内六角螺栓。
10.如权利要求1～9任一项所述的一种反应堆压力容器热电偶机械密封紧固装置，其特征在于：在工作时，四个套筒头(1)分别与四个热电偶柱螺母(15)对中；转动主轴(10)通过键带动主齿轮(9)旋转，主齿轮(9)转动带动与其啮合的传动齿轮(8)转动，从而使得力矩齿轮(5)转动，力矩齿轮(5)通过滚珠(6-1)使得套筒轴(2)转动，套筒轴(2)带动与其焊接的套筒头(1)转动，从而拧紧热电偶柱螺母(15)。
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