秦山三核乏燃料通道球阀螺栓防松方案分析杨鑫焱

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摘 要：文章结合秦山第三核电厂乏燃料通道球阀卸料过程中出现的阀位偏移及燃料棒束挂擦产生亮痕问题，介绍了螺栓松动的原因和常见的防松方法，对拟采用的螺栓加装平垫片预涂螺纹锁固胶的方案进行了分析。

关键词：螺栓；防松

秦山第三核电厂的乏燃料通道球阀在卸料过程中出现由于乏燃料通道球阀位移导致的C杆无法回撤及乏燃料棒束刮擦产生亮痕问题。结合设备运行过程中发现的螺栓松动及弹簧垫圈涨圈问题，初步确定阀位偏移现象是由于阀门驱动机和阀门之间的螺栓松动造成的。

1 方案描述

为降低螺栓松动风险，拟采用合适的螺栓防松措施。原设计图纸中为螺栓加弹簧垫圈防松，事实证明其防松效果很差。目前临时采用螺栓加装平垫圈和螺纹锁固胶的紧固方式。在球阀中有双耳垫片和螺母紧固过程中经常出现垫片移位问题，拟在双耳垫片与螺母之间加装一个平垫片。

2 螺栓防松应用概况

2.1 螺纹松动原因分析

螺纹连接由于其结构简单、拆装方便、可靠性好、标准化程度高等特点，在各种机械装配中有广泛的应用。在装配时，依靠紧固件拧紧过程中的预紧力产生的摩擦抵抗力，保持螺纹连接结构的稳定，使螺纹连接带有一定的自锁性，在静载荷及工作温度变化不大时，不会发生松动，但是在受到冲簟⒄穸、变载荷及工作温度变化较大的情况下，预紧力就会降低，螺纹副之间发生松动，造成连接失效，进而可能产生严重的后果。

在螺纹松动问题上，最有影响的研究是Gerhard Junker的振动测试实验，实验结果发现横向振动远超轴振动是螺纹自松动的主要原因，当配套的螺纹和紧固件支撑表面发生相对运动时，拧紧的紧固件就会发生松动现象，当作用于被联接件上的横向力超过由预紧力产生的摩擦抵抗力时，相对运动就会发生，重复的横向运动中，将导致紧固件松动。

2.2 螺栓防松方法介绍

螺纹连接防松的主要在于防止螺纹副的相对转动，通常采用的防松方式主要有三类：

（1）摩擦防松。利用弹簧垫圈、自锁螺母、对顶螺母防松，这种防松方式在受冲击时容易松脱。

（2）机械防松。常见的形式有槽形螺母加开口销防松、圆螺母加止动垫圈防松、单耳（双耳）止动垫圈防松、串联钢丝绳防松等，机械防松的方法比较可靠，比较重要的连接常使用这种方法。

（3）永久防松。主要有螺纹冲边、点焊、铆接、粘合防松等，这种防松方式在拆卸时大多要破坏螺纹紧固件，无法重复使用。

除了上述常用的几种防松方式外，根据引起螺纹松动的原理，一些新型的防松方式逐渐获得广泛应用，例如采用凹凸双螺母防松、唐氏螺纹对顶螺母防松、尼龙圈防松螺母和施必牢防松螺母防松、铰制孔螺栓防松、防松垫圈防松等。

3 方案分析

3.1 两种螺栓防松措施比较

目前临时采用六角头螺栓加装平垫圈和螺纹锁固胶的紧固方式，替代螺栓加弹簧垫圈的防松措施。相关实验分析表明，在横向振动的环境下，两种螺栓初始预紧力的测试结果都表明，六角头螺栓与平垫圈组合的轴力残余比都大于六角头螺栓与弹簧垫圈的组合，其防松效果优于后者。

类似的实验分析有很多，无论是根据Junker振动测试原理进行的实验，还是根据国标GB/T10431-2008《紧固件横向振动试验方法》进行的实验，其结果都证明，在高强螺栓连接中，六角头螺栓与平垫圈组合的防松效果要好于六角头螺栓与弹簧垫圈的组合。

3.2 螺纹锁固胶防松

螺纹锁固胶是一种膏状液体，主要成分是丙烯酸酯，在有氧情况下以液态形态存在，在隔绝空气的情况下固化成固体，因此称为厌氧胶，它具有良好的浸润能力和粘附性能，很容易将凹凸不平处填满并粘贴在接合面上，固化后形成具有弹性的胶层，从而达到密封和锁固的效果，使预紧螺纹的松动扭矩增大，可有效防止螺栓（螺母）的回转松动，大大提升螺栓的防松效果，在工程机械行业应用日益广泛。

综合判断认为，目前临时采用的六角头螺栓加装平垫圈和螺纹锁固胶的紧固方式是可行的。通过咨询厂家，高辐射剂量不影响螺纹锁固胶（乐泰243）的使用性能。

3.3 其它螺栓防松措施

通过第2.2节螺栓防松措施的介绍，除了螺栓加装平垫圈和螺纹锁固胶的紧固方式外，在乏燃料通道球阀的工作环境下，采用防松垫圈也是一种可行的防松措施。

防松垫圈是由两片预装好的完全相同的垫片组成，每片的外侧带有放射状凸纹面，而内侧为斜齿面。当连接件收到振动，并使螺栓发生松动趋势时，仍然由于内侧斜齿面倾斜角度大于螺栓螺纹倾斜角度，螺纹抬升一圈所需要的高度低于内侧斜齿面所需高度，内侧斜齿面的少量抬升将使得螺栓预紧力增加，阻止松动的发生，并使垫圈和螺栓复位，从而达到良好的锁紧效果。

一些厂家按照Junker振动测试原理对这种防松垫圈进的振动测试显示，只在振动开始时由于正常的接触面下陷使预紧力有所降低，当用扳手拆卸螺母时，预紧力明显上升，表明这种垫圈优越的锁紧能力。因此在乏燃料通道球阀的使用环境下可以使用这种垫圈实现螺栓防松。

3.4 双耳垫片与螺母间加平垫片

关于双耳垫片移位问题，分析可能原因是双耳垫圈内径过小，与螺栓轴的配合过于紧密，这样在紧固的过程中，垫圈内径与螺母下圆角发生干涉造成的。建议在双耳垫圈与螺母接触一侧的内径做倒角处理。

平垫圈的作用是增加被连接零件接触面面积，保护被连接零件表面不被损坏。从螺栓防松的角度看，双耳垫圈是利用其耳部结构的弯曲分别扣紧被连接件的边缘和螺母，使其不能自由转动，起到防松作用，属于机械防松的一种，因此增加平垫圈不会影响结构的防松效果。

4 结论

通过上述分析，可以得出以下的结论：在乏燃料通道球阀的螺栓防松措施中，六角头螺栓加平垫圈的防松效果好于六角头螺栓加弹簧垫圈。但在有振动的环境中，两种防松方式在实际效果上区别并不大，都起不到足够的防松作用。采用螺栓加装平垫圈，并预涂螺纹锁固胶的紧固方式在该工况下是可行的。在乏燃料通道球阀的工作环境下，采用螺栓加防松垫圈也是一种合适的防松结构。

参考文献

[1] GB/T10431-2008.紧固件横向振动试验方法[S].2008.