CN202639807U - 一种核用高安全性主螺栓拉伸器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种核反应堆压力容器主螺栓拆装工具，具体涉及一种核用高安全性主螺栓拉伸器。它包括液压缸体，液压缸体通过连接螺栓与基座连接，连接螺栓头部与基座之间垫有碟形弹簧，基座与液压缸体之间顺次装有凸球面垫圈和凹球面垫圈，液压缸体与内部的活塞之间设有密封圈，液压缸体上设有一个通向高压油腔的高压油口和两个通向回油腔的回油口，拉伸螺母位于活塞上方。其优点是，1）通过运动副引入五个自由度，消除拉伸螺母上所有不必要的约束，从而完全避免拉伸过程中出现偏载；2）液压缸的活塞与缸体均采用变形协调，减小超高压状态下结构件弹性变形对密封间隙的影响，提高密封安全性。

Description

一种核用高安全性主螺栓拉伸器

技术领域

本实用新型属于一种核反应堆压力容器主螺栓拆装工具，具体涉及一种核用高安全性主螺栓拉伸器。

背景技术

对大螺栓进行拆装时，通过螺栓拉伸器将螺栓微量拉伸后再安装或拆除螺母，可控制螺栓预紧力，降低拆装力，降低螺牙损坏的风险。核用主螺栓拉伸器相比其它领域的拉伸器主要强调安全性。一方面主螺栓刚度高、预紧力大，如果拉伸过程中出现偏载很容易损伤螺纹，造成重大的经济损伤；另一方面为了降低拉伸器体积通常需采用超高压液压缸，液压密封效果较难保证；此外，超高压液压油一旦泄漏，可能对反应堆造成污染，甚至对人员和设备造成伤害。

大连交通大学申请的并联驱动液压螺栓拉伸器，它涉及一种直径较大，安装空间狭小人工难以完成螺栓紧固和拆卸的螺栓拉伸设备。是由底座、主螺母旋转装置、高压油缸、支撑螺母旋转装置、旋转齿轮及支撑组件所组成；主螺母旋转装置装在底座一侧的开孔中，主螺母旋转装置上装有电机；底座与支撑组件通过高压油缸相连接；支撑螺母旋转装置上装有电机，并通过支撑架装于支撑组件上的支撑孔上；支撑螺母与旋转齿轮通过螺栓连接，并与下部的支撑组件自由接触。

该拉伸器的不足之处在于：1）没有防止偏载的措施；2）采用两个液压缸并联拉伸，较难保证两个液压缸输出推力和运动的一致性，容易引发偏载；3）采用分体式液压缸，体积较大。

其它领域的拉伸器没有严格的安全性要求，并且不需要考虑自动拆装螺栓和螺母的功能，通常由机座和环形液压缸组成，液压缸的活塞中空，通过活塞内壁的螺纹直接旋在主螺栓头部进行拉伸。这类拉伸器主要存在以下缺点而难以在核环境下使用：

1）通常需要人工将拉伸器旋到主螺栓上，难以实现自动化，不仅容易在装拆过程中损伤主螺栓，而且增加了操作人员承受的辐射剂量；

2）密封性不高，容易在使用中漏油，污染反应堆；

3）防止偏载的性能较低，增加了主螺栓咬死或断裂的风险。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够为核反应堆压力容器主螺栓的拆装提供安全可靠，结构简单的核用高安全性主螺栓拉伸器。

本实用新型是这样实现的，一种核用高安全性主螺栓拉伸器，它包括液压缸体，液压缸体通过连接螺栓与基座连接，连接螺栓头部与基座之间垫有碟形弹簧，基座与液压缸体之间顺次装有凸球面垫圈和凹球面垫圈，液压缸体与内部的活塞之间设有密封圈，液压缸体上设有一个通向高压油腔的高压油口和两个通向回油腔的回油口，拉伸螺母位于活塞上方。

所述的活塞上设置有向下凸起的外凸缘，液压缸的内壁上设置有与其配合的液压缸内壁凸块。

所述的活塞的上部设有辅助密封圈，活塞的外凸缘上设有主密封圈，液压缸内壁凸块的内部设有主密封圈，液压缸内壁上同时还设有辅助密封圈。

所述的两个主密封圈位于高压油腔侧，两个辅助密封圈位于远离高压油腔一侧。

本实用新型的优点是，1）通过运动副引入五个自由度，消除拉伸螺母上所有不必要的约束，从而完全避免拉伸过程中出现偏载；2）液压缸的活塞与缸体均采用变形协调，减小超高压状态下结构件弹性变形对密封间隙的影响，提高密封安全性；3）通过环形活塞推动拉伸螺母实现螺栓拉伸，有效降低结构件应力，提高结构件安全裕度；4）采用双重密封，中间回油的密封结构，确保液压油不外泄。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种核用高安全性主螺栓拉伸器示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1中B处的放大图。

图中，1基座，2连接螺栓，3碟形弹簧，4凸球面垫圈，5凹球面垫圈，6液压缸体，7活塞，8拉伸螺母，9辅助密封圈，10主密封圈，11高压油口，12回油口，13主螺栓，14主螺母，15压力容器顶盖，16压力容器主体，18外凸缘，19液压缸内壁凸块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明：

如图1所示，一种核用高安全性主螺栓拉伸器包括液压缸体6，液压缸体6通过连接螺栓2与基座1连接，连接螺栓2头部与基座1之间垫有碟形弹簧3，如图2所示，基座1与液压缸体6之间顺次装有凸球面垫圈4和凹球面垫圈5，凸球面垫圈4和凹球面垫圈5的位置可以互换，液压缸体6与内部的活塞7之间设有密封圈，其中，如图3所示，液压缸体6上设有一个通向高压油腔的高压油口11和两个通向回油腔的回油口12，活塞7上设置有向下凸起的外凸缘18，液压缸的内壁上设置有与其匹配的液压缸内壁凸块19，活塞7的上部安装有辅助密封圈9，活塞7的外凸缘18上安装有主密封圈10，液压缸内壁凸块19的内部设置有主密封圈10，液压缸内壁上同时还设有辅助密封圈9，其中，两个主密封圈10位于高压油腔侧，两个辅助密封圈9位于远离高压油腔一侧，拉伸螺母8位于活塞7上方。

液压缸的上方和下方留有充分的空间，可用于布置自动拧拉伸螺母和拆卸主螺母的结构。

为防止拉伸力不与主螺栓同轴而使主螺栓产生偏载，本发明采取的措施是通过设置运动副，使拉伸螺母具有5个独立的自由度，其上唯一剩下的约束是沿主螺栓轴线方向的移动，具体的运动副配置方式有多种，本发明采用了结构简单、应力水平低的球面副和平面副，即在本液压缸体与基座之间设置了凸球面垫圈和凹球面垫圈，两个球面垫圈之间形成的球面运动副可消除拉伸螺母在三个方向的转动约束，同时，凹球面垫圈上表面与液压缸体下底面之间形成的平面运动副可消除拉伸螺母在径向方向的两个移动约束，确保拉伸力始终只能与主螺栓同轴，从原理上防止了偏载的产生。为避免运动副接触表面的摩擦力过大而失去功能，两个球面垫圈接触面的静摩擦系数应满足以下要求：假设凹球面上端圆环半径为r，球面的半径为R，则静摩擦系数f至少应满足f≤r/R。例如r＝150mm、R=1000mm，则f≤0.15。

为了将拉伸器的基座、凸球面垫圈、凹球面垫圈及上部的液压缸体等连为一体以方便吊装，通过连接螺栓穿过两个球面垫圈，连接基座与液压缸体。连接螺栓的头部与基座之间设有蝶形弹簧，使基座与液压缸体相对固定，但是，连接螺栓与两个球面垫圈以及基座之间均留有间隙，在进行螺栓拉伸的过程中，如果拉伸螺母与主螺栓不同轴，主螺栓对拉伸器的侧向作用力将导致液压缸体相对于基座微量移动，最终使拉伸螺母与主螺栓同轴。

液压缸体与活塞均采用变形协调原理，即在活塞和液压缸内壁上分别设置有相互配合的凸起，以降低两者同时受力时发生的弹性变形对密封间隙的影响。对于液压缸体，当高压油注入液压缸油腔后，作用于缸体外壁内侧的液压力使缸体直径胀大的同时，作用于缸体内壁外侧的液压力使缸体直径收缩，抵消了缸体在直径方向的大部分变形；对于活塞，外壁内侧的液压力与内壁外侧的液压力部分抵消，降低整体变形，同时，在外壁内侧的液压力作用下，活塞外径跟随液压缸体直径略微增大，整体上使间隙的变化量较小，降低了缸体和活塞弹性变形对密封间隙的影响，确保高压状态下液压缸的密封效果。

拉伸过程中，拉伸螺母承受的轴向力可达到500吨以上，为了降低拉伸螺母、及活塞的内应力，本拉伸器中不采用拉伸杆，而是直接将拉伸螺母布置在活塞上方，使主要受力部件承受压应力，从而大幅度降低结构件内应力，有效提高了安全系数。

超高压密封结构上采用了主密封圈和辅助密封圈两道密封，在两道密封结构之间设置回油口，当主密封圈意外失效时，液压油进入两道密封圈之间的油腔，并通过回油口返回油箱，因为回油回路的压力为零，所以液压油不会继续向外界泄漏。

本实用新型的工作过程如下：

先将拉伸器整体吊装到压力容器顶盖法兰面上，再将拉伸螺母旋到主螺栓上端，然后通过液压缸体上的油口注入超高压液压油，使活塞推动拉伸螺母向上运动而将主螺栓略微拉长，此时主螺母处于松弛状态，可进行主螺母的安装或拆卸。

Claims (4)

1.一种核用高安全性主螺栓拉伸器，其特征在于：它包括液压缸体（6），液压缸体（6）通过连接螺栓（2）与基座（1）连接，连接螺栓（2）头部与基座（1）之间垫有碟形弹簧（3），基座（1）与液压缸体（6）之间顺次装有凸球面垫圈（4）和凹球面垫圈（5），液压缸体（6）与内部的活塞（7）之间设有密封圈，液压缸体（6）上设有一个通向高压油腔的高压油口（11）和两个通向回油腔的回油口（12），拉伸螺母（8）位于活塞（7）上方。

2.如权利要求1所述的一种核用高安全性主螺栓拉伸器，其特征在于：所述的活塞（7）上设置有向下凸起的外凸缘（18），液压缸的内壁上设置有与其配合的液压缸内壁凸块（19）。

3.如权利要求2所述的一种核用高安全性主螺栓拉伸器，其特征在于：所述的活塞（7）的上部设有辅助密封圈（9），活塞（7）的外凸缘（18）上设有主密封圈（10），液压缸内壁凸块（19）的内部设有主密封圈（10），液压缸内壁上同时还设有辅助密封圈（9）。

4.如权利要求3所述的一种核用高安全性主螺栓拉伸器，其特征在于：所述的两个主密封圈（10）位于高压油腔侧，两个辅助密封圈（9）位于远离高压油腔一侧。

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