AP1000蒸汽发生器人孔法兰螺栓预紧力校核.pdf

安全分析
AP1000蒸汽发生器人孔法兰螺栓预紧力校核
魏小宝
(国核工程有限公司,上海200233)
摘要:根据在施工现场采用螺栓拉伸机不能松动由扭矩扳手紧固的AP1000蒸汽发生器(SC)人孔
法兰螺栓现象,筒要分析了蒸汽发生器在生产和安装期间选用的扭矩控制法、伸长量控制法等预紧
方法。对螺栓在紧固、松动后的扭矩一预紧カ、伸长量一预紧力分别进行了校核计算,得出了用螺
栓拉伸机松动比用扭矩扳手紧固产生的预紧力小是造成施工现场不能用螺栓拉伸机松动由扭矩板
手紧固的人孔法兰螺栓现象的根本原因。最后建议,无论采用扭矩控制法还是伸长量控制法,应在
保证SCG人孔法兰密封性的前提下,通过校核螺栓预紧カ,使扭矩控制法和伸长量控制法产生的螺
栓预紧力相互匹配,以确保无论采用哪一种螺栓紧固方法都能满足螺栓的拆裝需要。
关键词:蒸汽发生器;人孔法兰;预紧力;扭矩控制法;伸长量控制法
中图分类号:T"H123;TL353.13文献标志码:A文章编号:1001-4837(2015)06-0070-05
doi:10.3969/j.issn.1001-4837.2015.06.012
Verification and Validation of Bolt Pretension Force for AP1000
Steam Generator Manway Flange
WEI Xiao- bao
( State Nuclear Power Engineering Company, Shanghai 200233, China
Abstract: Based on the fact that stud tensioner used on construction site failed to loosen the AP1000
steam generator(SG) manway flange studs which were previously tightened by torque wrench, this paper
briefly analyzes the torque control method and elongation control method adopted during steam generator
fabrication and installation. Meanwhile, theoretical validation calculation for torque-pretension force and
elongation-pretension force before and after bolt tightening and loosening was conducted separately. It
comes to the conclusion that the fundamental cause of the fact is the pretension force generated by stud
tensioner in loosening is smaller than that generated by torque wrench in tightening In closing, it is rec
ommended that regardless of torque control method or elongation control method, bolt pretension force gen
erated by torque control method and elongation control method should be consistent via verification and
validation of bolt pretension force under the precondition that SG manway flange sealing is g
that either tightening method will satisfy disassembly of the studs
Key words: steam generator(SG); manway flange; pretension force; torque control method; elongation
control method
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第32卷第6期
压力容器
总第271期
仍然无法松动人孔螺栓,最终在设计方许可下用
0引言
敲击呆扳手的方法将螺栓松开。经过实际操作发
现,其他多台SG均发生了类似的情况。
AP1000核电站的蒸汽发生器( Steam Genera
tor,以下简称为SC)均有4个人孔法兰,2个一次
侧人孔法兰位于SG的下封头;2个二次側人孔法
兰位于SG二次側筒体(汽鼓)上,呈左右对称分
布。人孔法兰的螺栓绕圆形法兰呈对称分布
螺栓规格为1.875"~8UNR-2A(47.625mm)、螺
栓长17.11"(344.6mm),螺栓设有中心孔,中心
孔内设置有螺栓伸长量测量,螺栓中心孔两端
均有内螺纹孔,以便安裝螺栓伸长量测量杆和百
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分表使用,参见图1,2。每个螺栓配有1个六角
螺母和1组球面垫圈。人孔法兰由石墨金属缠绕
垫片进行密封。
某核电站计划用整体螺栓拉伸机拆卸SG
次侧人孔法兰以安装吊装用的耳轴,用于翻转、吊
装SG。螺栓拉伸机安装稳妥后,操作螺栓拉伸机
将法兰螺栓拉伸到设计伸长量0.01"(0.254mm)
后发现,用螺栓拉伸机配套的定力矩(50N?m)
图1SC二次側人孔法兰螺栓及螺栓拉伸机装配示意
蒸汽发生器人孔法兰;2.人孔盖板;3.人孔盖板紧固螺栓;
手动力矩扳手无法松动二次侧人孔法兰螺栓。将
4.螺栓拉仲机圆形反向螺母;5.螺栓拉伸机液压缸部分;6.人孔
螺栓拉伸机工作压力提高至最大允许压力后,螺盖板紧固螺母:7.螺栓拉伸机旋转螺母:8.人孔盖板球形整圈组
栓拉伸量达到最大伸长量0.011"(0.2794mm),9.石墨金属缠绕垫;10.螺栓伸长量测量杆
寸
103.10
198.10
36.55
434.40
图2SG人孔法兰双头螺栓示意
由拧紧力矩计算公式2-?可知,螺栓的拧紧
螺栓紧固控制方法
力矩与螺栓的摩擦副及物理参数有关,螺栓初始
预紧力的离散度随着拧紧时摩擦损耗等因素而变
典型的螺栓紧固控制方法有扭矩控制法、转化2;此外,采用扭矩控制法时,预紧力的大小
角控制法扭矩/转角控制法、扭矩斜率控制法、伸还与螺母的拧紧速度等因素有关的。试验表
长量控制法等。选择螺纹联接的拧紧方法应针对明,多数螺栓在紧固时,预紧力和拧紧力矩是
初始预紧力离散度的要求、预紧力的大小、使用条非线性关系。采用伸长量控制法时,在屈服点以
件等进行选择?。基于SG人孔法兰螺栓在制造前,螺栓的拉伸变形属于弹性变形,预紧力与拉伸
厂采用力矩扳手紧固,在安装现场选用螺栓拉伸量呈线性关系。文献资料表明-8:,采用扭矩控
机进行松动、紧固。因此,文中仅选用扭矩控制制法时,由于存在螺纹副间的螺纹力矩和螺母支
法、伸长量控制法对SG人孔法兰螺栓的紧固、松承面上的摩擦力矩,螺栓预紧力离散范围较大。
动过程进行理论公式的校核计算。
而螺栓的伸长量仅与螺栓应力有关,可以精确控