压力容器螺孔塞压紧装置工具开发研究

摘要：反应堆压力容器螺孔塞设计用于保护反应堆压力容器螺栓孔，为满足快速拆装螺孔塞的需求，需要设计出一种可以方便、快捷、可靠压紧螺孔塞的专用工具，即螺孔塞压紧装置。阐述螺孔塞压紧装置的设计、应用过程：根据设计需求，制定设计规划和运动系统方案，利用solidworks软件设计螺孔塞压紧装置的三维结构并绘制二维图纸，再结合ansys软件对压紧装置进行力学强度分析，并经过产品试制与应用，验证了螺孔塞压紧装置的可行性、可靠性。

关键词：螺孔塞；压紧装置；效率

1概述

反应堆压力容器螺栓孔密封塞（简称螺孔塞，每台核电机组各58件螺孔塞）设计用于保护反应堆压力容器螺栓孔（简称螺栓孔），在核电机组换料停堆大修期间，螺孔塞可以防止堆芯换料水池充水时硼水侵入螺栓孔，腐蚀螺纹。螺孔塞每次使用前需更换其内部的密封圈，为了满足快速拆装螺孔塞的要求，需要设计制造可以简便、快捷、有效压紧螺孔塞的专用工具。本文利用solidworks软件进行螺孔塞压紧装置的结构设计，结合ansys软件校核压紧装置的强度，并通过实践验证压紧装置的可行性。

2设计需求

螺孔塞原始拆装过程：将螺孔塞翻转放置，使其背面朝上，一名工作人员用手向下按压下端塞并持续施力，弹簧保持压缩；同时另一名工作人员使用螺丝刀将紧固螺钉拧出/拧入。存在的弊端：拆装过程中需人工持续用力来压紧弹簧，费时费力，效率低下。针对该弊端，考虑使用机械传动结构来实现弹簧持续压紧。

3运动系统方案设计

根据设计需求———使用机械压紧螺孔塞（弹簧），该动作是竖直方向的单一动作，考虑采用对心曲柄滑块机构实现该动作。滑块作为从动件，其运动过程即压紧螺孔塞（弹簧）的过程。曲柄作为主动件，根据实际情况，考虑不使用机械动力，而采用人工向曲柄施加动力。此外，根据螺孔塞实际情况，在曲柄顺时针旋转至极限位置时，利用弹簧的反作用力，曲柄滑块机构还具备自锁功能。

4结构设计

根据设计需求及运动系统方案，利用solidworks软件完成了螺孔塞压紧装置的零部件及总装设计（压紧装置的三维结构示意图见图1）。将螺孔塞翻转放置在压紧装置底板的中心位置，下压手柄，通过曲柄滑块传动机构，压紧块竖直向下运动将螺孔塞压紧；下压手柄至极限位置后，螺孔塞弹簧的弹力使得机构实现自锁。

5强度校核

根据螺孔塞弹簧特性图，压紧螺孔塞时需克服弹簧力为F=480.6N±10N。为计算方便，取克服弹簧力为500N。曲柄与连杆的转轴销直径8mm，曲柄和连杆厚度均为5mm，转轴销剪切强度计算：远小于许用剪切强度，满足要求。转轴销挤压强度计算：远小于许用挤压强度，满足要求。将压紧装置三维建模导入有限元分析软件ansys中，利用有限元数值计算方法分析装置应力（应力云图见图2）。压紧装置部件采用不锈钢材质，屈服强度σ屈服=175MPa；由ansys求解结果知，其最大等效应力仅为σ=77.266Mpa，远小于屈服强度。

6结论

压紧装置样品经过加工、安装及调试，成功应用于现场调试工作，可以显著提高螺孔塞拆装过程的工作效率，使用压紧装置与原始拆装方法的对比结果见表。

参考文献

[1]陈晓楠，杨培林.机械设计基础[M].北京：科学出版社，2009.

[2]聂毓琴，孟广伟.材料力学（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]王新敏，李义强，许宏伟.Ansys结构分析单元与应用[M].北京：人民交通出版社，2011.

作者：黄帅 卢胡 祝飞 单位：福建福清核电有限公司