反應(yīng)堆壓力容器金屬C形密封環(huán)數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、核電站反應(yīng)堆壓力容器（RPV）是主回路冷卻劑壓力邊界屏障中至關(guān)重要的基礎(chǔ)部件，屬于核安全I(xiàn)級(jí)設(shè)備，具有高溫、高壓、放射性的特點(diǎn)，其密封性能將直接影響到反應(yīng)堆的正常運(yùn)行。反應(yīng)堆壓力容器的頂蓋與容器法蘭間的密封是其關(guān)鍵技術(shù)之一，該密封結(jié)構(gòu)主要采用雙道金屬O型密封環(huán)和金屬C型密封環(huán)，而金屬C形環(huán)在使用性能和可靠性能方面都優(yōu)于 O形環(huán)，故百萬(wàn)千瓦級(jí)的壓力容器都采用金屬 C形環(huán)作為密封件。金屬C形密封環(huán)的密封性能直接關(guān)系到整個(gè)反應(yīng)堆壓力容器的密封

2、可靠性，因此開(kāi)展金屬 C形密封環(huán)變形特性和力學(xué)行為的研究對(duì)提高和保證反應(yīng)堆壓力容器的密封性能具有重要意義，也可為核反應(yīng)堆用金屬C形密封環(huán)的國(guó)產(chǎn)化提供一定的參考依據(jù)。
　　賦能型金屬C形環(huán)由外包層、內(nèi)包層和螺旋彈簧組成，其材料分別采用純銀、Inconel600合金和Inconel X750合金。本文針對(duì)反應(yīng)堆壓力容器用賦能型金屬C形環(huán)，建立了三維非線性彈塑性有限元模型，并利用 C形環(huán)的應(yīng)力-應(yīng)變實(shí)驗(yàn)和壓縮后的密封面變形特性進(jìn)一步驗(yàn)證

3、了模型的正確性。
　　采用Abaqus有限元軟件進(jìn)行了金屬C形密封環(huán)的力學(xué)特性和密封性能的數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。并通過(guò)密封實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和三維形貌儀進(jìn)行了壓縮回彈實(shí)驗(yàn)、密封面三維形貌實(shí)驗(yàn)和密封環(huán)外形輪廓實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證了有限元分析的正確性。
　　完成了金屬C形密封環(huán)的力學(xué)特性和密封性能分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。分析了C環(huán)外徑、銀層厚度、包覆層厚度、開(kāi)口角度、螺旋彈簧圈節(jié)距、彈簧絲線徑、彈簧圈中徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)金屬C形密封環(huán)力學(xué)特性和密封性能的影響，并

4、給出了RPV用C形密封環(huán)的結(jié)構(gòu)尺寸參考值。
　　研究了壓縮率、壓力容器內(nèi)介質(zhì)壓力、法蘭變形等安裝操作參數(shù)對(duì)C形環(huán)密封性能的影響，研究表明C形環(huán)的最佳壓縮率控制在10％左右為宜；由于介質(zhì)壓力對(duì)C形密封環(huán)密封面最小接觸應(yīng)力的影響較小，因此在分析其密封性能時(shí)的影響可忽略；法蘭的翹曲變形會(huì)引起雙道金屬C形環(huán)的受力不均，致使外環(huán)受力變形大于內(nèi)環(huán)。
　　在對(duì) C形密封環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，完成了結(jié)構(gòu)優(yōu)化后 C形密封環(huán)的壓縮回