ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Полезная модель относится к конструкции механического герметичного соединения преимущественно толстостенных деталей цилиндрической формы, например, к таким элементам цилиндрической формы, как свариваемые заготовки корпуса ядерного реактора типа ВВЭР-1000, но предназначенного для работы на сверхкритических параметрах теплоносителя, когда стенки свариваемых заготовок для таких параметров теплоносителя могут иметь толщину около 350 мм.
В настоящее время корпуса ядерных реакторов типа ВВЭР-1000 изготавливают методом горячей ковки, при этом обечайка на высоте активной зоны выковывается за одно целое с днищем, а верхний участок обечайки с патрубками для ввода и вывода теплоносителя куется отдельно и потом соединяется с нижней частью обечайки методом сварки.
Из опыта сварки плавлением сосудов высокого давления известно, что технология сварки стенок, толщиной свыше 250 мм, связана с большими технологическими трудностями, при этом сварные швы такой толщины из-за своей крупнозернистой литой структуры значительно уступают по своим длительным эксплуатационным свойствам металлу кованных заготовок, из которых сваривается корпус ядерного реактора типа ВВЭР-1000.
При изготовлении корпуса реактора для сверхкрических параметров теплоносителя кроме технологической сложности сварки таких больших толщин возникает проблема веса готового корпуса, его транспортировки и монтажа. Вся технологическая цепочка, включая транспортировку и монтаж, упрощается, если корпус изготавливать, по крайней мере, из двух готовых частей.
Известна конструкция фланцевого механического соединения толстостеных элементов цилиндрической формы, используемая в корпусе реактора ВВЭР-440 для уплотнения крышки с корпусом реактора за счет создания между ними кольцевых контактных уплотнений, получаемых за счет сдавливания между рабочими торцами крышки и корпуса концентрически расположенных металлических прокладок (см. Ф.Я.Овчинников и др. Эксплуатация реакторных установок Ново-Воронежской АЭС. М., Атомиздат, 1972 г., стр.22, рис.2.2.).
Металлические прокладки используют главным образом в механических герметичных уплотнениях, которые по условиям эксплуатации должны периодически разуплотняться, например, как в уплотнении крышки корпусного реактора, которая по условиям эксплуатации должна периодически сниматься. В механических уплотнениях цилиндрической формы, таких как, например, свариваемые заготовки корпуса реактора ВВЭР-1000, которые в течение всего срока эксплуатации не подвергаются разгерметизации, можно не использовать металлические прокладки, получая в месте соединения аналогичные кольцевые контактные уплотнения только за счет придания одному из рабочих торцев соединяемых элементов специальной формы.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание конструкции фланцевого герметичного соединения элементов цилиндрической формы без использования металлических прокладок.
Технический результат, получаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в повышении надежности фланцевого соединения элементов цилиндрической формы, например, цилиндрических частей корпусов ядерных реакторов, предназначенных для работы на сверхкритических параметрах теплоносителя, а также в упрощении технологии их изготовления, транспортировки и монтажа.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной конструкции фланцевого соединения деталей цилиндрической формы, содержащей уплотнительные элементы в виде кольцевых выступов, расположенных по концентрическим окружностям на торце одной из соединяемых деталей,
кольцевые выступы выполнены механической обработкой торца и имеют форму треугольника в поперечном сечении.
Кроме этого, расстояние между соседними концентрическими окружностями выбрано равным ширине выступа.
Во фланцевых соединениях деталей цилиндрической формы герметичность достигается путем создания между сдавливаемыми торцевыми поверхностями кольцевых контактных уплотнений, получаемых за счет упругопластической деформации узкого кольцевого участка. Для повышения надежности механического уплотнения количество таких кольцевых участков выполняют несколько, располагая их концентрично относительно друг друга. Например, в уплотнении между крышкой и корпусом реактора ВВЭР-440 использовано четыре кольцевых участка контактных уплотнений, получаемых за счет упругопластического сдавливания кольцевых металлических прокладок.
В заявляемой конструкции фланцевого механического соединения элементов цилиндрической формы для получения на уплотняемых торцах кольцевых контактных уплотнений на одном из соединяемых торцах механической обработкой выполнены кольцевые выступы треугольной формы, а другой торец выполнен гладким. При сдавливании соединяемых торцов с помощью фланцев вершины кольцевых выступов треугольного профиля одного торца вдавливаются в гладкую поверхность ответного торца, частично пластически деформируя при этом свои острые вершины, что обеспечивает механическому уплотнению герметичность. Для усиления эффекта герметичности концентрично расположенные кольцевые остроконечные выступы треугольной формы выполнены вплотную друг к другу, что обеспечивает механическому уплотнению гарантированный запас герметичности, так как на одном из соединяемых толстостенном торце может разместиться более пятидесяти кольцевых остроконечных выступов треугольной формы. Для улучшения вдавливания вершин кольцевых выступов в гладкую поверхность ответного торца повышают поверхностную твердость кольцевых выступов путем их роликовой накатки, по технологии, применяемой при накатке резьбы.
Наличие фланцев по обе стороны механического соединения практически полностью разгружают место уплотнения от радиальных напряжений, возникающих в стенке цилиндрического корпуса, например, корпуса реактора, предназначенного для работы на сверхкритических параметрах теплоносителя, от внутреннего рабочего давления, что повышает работоспособность механического соединения при его длительной эксплуатации.
Чтобы обеспечить стабильное получение гарантированного уплотнения при сборке частей толстостенного сосуда на наружной стороне соединяемой поверхности торца с кольцевыми остроконечными выступами треугольной формы выполняют на наружной и внутренней поверхности торца опорные кольцевые плоскости, которые с одной стороны обеспечивают оптимальную расчетную величину вдавливания остроконечных выступов в гладкую поверхность ответного торца, необходимую для стабильного получения герметичности, а с другой стороны не допускает ненужного избыточного деформирования остроконечных выступов, что может изменить конечную расчетную высоту сосуда.
Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг.1 показан фрагмент полностью готового фланцевого соединения деталей цилиндрической формы, а на фиг.2 показан фрагмент в увеличенном масштабе (М 1:1) внутренней части готового соединения.
Фланцевое соединение деталей цилиндрической формы включает в себя следующие элементы: деталь 1 цилиндрической формы с фланцем и плоским торцом для механического соединения, деталь 2 цилиндрической формы с торцом для механического соединения, на котором выполнены кольцевые выступы 4 треугольной формы и кольцевые плоскости 5 по краям торца, ограничивающие величину вдавливания кольцевых выступов 4 в поверхность плоского торца детали 1 при сжатии торцов с помощью шпилек 3.
Фланцевое соединение осуществляют следующим образом: один из соединяемых торцов выполняют гладким, а на другом торце выполняют кольцевые остроконечные выступы треугольной формы преимущественно в центральной части торца, оставляя по краям торца кольцевые плоскости, предназначенные для ограничения величины излишнего вдавливания вершин треугольных кольцевых выступов. Оптимальную величину вдавливания, обеспечивающего гарантированную герметичность, предварительно определяют с помощью эксперимента. Для придания металлу остроконечных выступов большей твердости, по отношению к твердости металла плоского торца, кольцевые выступы треугольной формы формируют методом накатки с помощью роликов, применяемых для накатки резьбы.
Использование заявляемой конструкции фланцевого соединения деталей цилиндрической формы, например, при изготовлении корпуса ядерного реактора для сверхкритических параметров теплоносителя, позволит повысить надежность корпуса за счет создания в местах соединения деталей цилиндрической формы ребер жесткости в виде массивных фланцев, а также упростит процесс изготовления корпуса, его транспортировку к месту монтажа и сам монтаж за счет снижения веса монтируемых деталей корпуса.