蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸的制作方法

本實用新型屬于核電蒸汽發生器技術領域，尤其涉及一種蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸。

背景技術：

在核電站運行期間，由于反應堆主冷卻劑回路管道的熱脹會推動蒸汽發生器緩慢移動，使蒸汽發生器產生微小位移，加上蒸汽發生器本身的熱脹，使得熱態時蒸汽發生器各橫向支撐的角度相對其冷態位置產生一定角度的偏轉。安裝在蒸汽發生器各橫向支撐上的向心關節軸承，允許蒸汽發生器各橫向支撐隨著反應堆主冷卻劑回路管道和蒸汽發生器的熱脹適當偏轉，避免蒸汽發生器支撐系統產生過大的約束載荷。

由于蒸汽發生器支撐上使用的球鉸，其承載要求遠比目前國內市場上成熟應用的球鉸大，除承載要求外，安全殼內高溫高濕、熱循環、輻照、腐蝕、粉塵等嚴苛的環境條件也對球鉸的設計提出了嚴峻的考驗，特別是對球鉸的材料，包括球鉸內外圈材料和摩擦副材料，目前該產品其還至少存在以下技術缺陷：承載能力較差且摩擦因素值較大，球鉸的使用壽命較短且實用性較差。

為了適應我國新一代核電發展，急需開發一種能夠解決上述技術問題的蒸汽發生器自潤滑球鉸。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對上述問題，提供一種能夠大幅縮小摩擦因素值且承載能力強的蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸。

本實用新型的另外一個目的是針對上述問題，提供一種工藝簡單，能夠大幅縮小摩擦因素值且能提高承載能力的蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸。

為達到上述目的，本實用新型采用了下列技術方案：本蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸包括球鉸外圈和設置在球鉸外圈內的球鉸內圈，球鉸外圈的內壁為球形凹面，球鉸內圈外壁為球形凸面，球形凹面與球形凸面相互匹配，在球形凹面和/或球形凸面上設有干膜潤滑劑層，在所述球鉸內圈的球形凸面上設有若干均勻分布的平底盲孔且所述的平底盲孔軸心線向內匯聚至球形凸面的圓心上，在每個平底盲孔中分別鑲嵌有固體潤滑柱且固體潤滑柱的外端面與球形凸面齊平。

在上述的蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸中，所述的球鉸外圈包括兩塊對稱設置的半體，兩塊半體的兩端對接后在相對接的一端分別通過至少一根一體式螺釘銷將所述的兩塊半體連接在一起。

在上述的蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸中，在任意一塊半體的兩端面上分別設有至少一個螺紋盲孔，在螺紋盲孔的孔口設有軸心線與螺紋盲孔軸心線重合的第一銷孔，在另外一塊半體的兩端面上分別設有與所述的第一銷孔一一對應的第二銷孔，所述一體式螺釘銷的螺紋段插于螺紋盲孔中且與螺紋盲孔螺紋連接，所述一體式螺釘銷的銷釘段插于所述的第一銷孔和第二銷孔中。

在上述的蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸中，兩塊半體的兩端對接后在相對接的一端分別通過兩根并排的一體式螺釘銷將所述的兩塊半體連接在一起。

在上述的蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸中，所述固體潤滑柱外端面的總表面積為球形凸面表面積的34-40％。優化方案，本實施例的固體潤滑柱外端面的總表面積為球形凸面表面積的37％。

在上述的蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸中，所述的平底盲孔深度相等。

在上述的蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸中，所述的球形凹面圓心與球形凸面圓心重合。

在上述的蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸中，所述的球鉸外圈為不銹鋼外圈；所述的球鉸內圈為銅合金內圈；所述的固體潤滑柱為高純核用石墨；所述的干膜潤滑劑層內含有高純石墨微粒材料。

在上述的蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸中，本球鉸的承載面壓為400Mpa以上，工作面摩擦因數值小于0.3，在溫度低于325℃且耐γ射線輻照5.26×10⁵Gy情況下，球鉸外圈、球鉸內圈和固體潤滑柱的性能無顯著變化。

本蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸的生產工藝包括如下步驟：

A、加工球鉸內圈，球鉸內圈由以下步驟加工形成：

a1、制備銅合金毛坯，銅合金毛坯呈環形；

a2、粗車銅合金毛坯內外徑，至少一次粗車銅合金毛坯的內徑，至少粗車一次銅合金毛坯的外徑，制得粗車球鉸內圈，粗車球鉸內圈外壁為粗車球形凸面；

a3、鑲嵌固體潤滑柱，在粗車球鉸內圈的球形凸面上鉆若干均勻分布的平底盲孔且所述的平底盲孔軸心線向內匯聚至球形凸面的圓心上，在每個平底盲孔中分別鑲嵌有固體潤滑柱且所述的平底盲孔與固體潤滑柱過盈配合，制得球鉸內圈組合件；

a4、粗車內圈外徑，至少一次粗車球鉸內圈組合件的外徑且固體潤滑柱的外端面與球形凸面齊平，制得球鉸內圈半成品；

a5、精車內圈內外徑，至少一次精車球鉸內圈半成品的內外徑，制得球鉸內圈成品且在球鉸內圈成品外壁形成球形凸面；

B、加工球鉸外圈，球鉸外圈由以下步驟加工形成：

b1、制備不銹鋼毛坯，不銹鋼毛坯呈環形且不銹鋼毛坯內壁成型有球形凹坯面；

b2、粗車球形凹坯面，至少一次粗車球形凹坯面，制得粗車球鉸外圈；

b3、粗車球鉸外圈對剖，將b2步驟中的粗車球鉸外圈分割成兩塊對稱設置的半體，然后每塊半體的兩端面同時進行精銑加工，在任意一塊半體的兩端面上分別設有至少一個螺紋盲孔，在螺紋盲孔的孔口設有軸心線與螺紋盲孔軸心線重合的第一銷孔，在另外一塊半體的兩端面上分別設有與所述的第一銷孔一一對應的第二銷孔；

b4、組裝，制造與所述的螺紋盲孔數量相等的一體式螺釘銷，一體式螺釘銷螺紋段插于螺紋盲孔中且與螺紋盲孔螺紋連接，所述一體式螺釘銷的銷釘段插于所述的第一銷孔和第二銷孔中，制得組裝球鉸外圈；

b5、粗車組裝球鉸外圈，至少一次粗車組裝球鉸外圈的內外徑，制得組裝球鉸外圈半成品；

b6、精車組裝球鉸外圈半成品，至少一次精車組裝球鉸外圈半成品外徑和至少一次精車組裝球鉸外圈半成品內徑，制得組裝球鉸外圈成品且組裝球鉸外圈成品的內壁形成球形凹面；

C、裝配：在球形凸面和/或球形凹面上涂覆干膜潤滑劑層，然后進行焊工，最后將球鉸內圈成品放入兩塊半體之間，通過一體式螺釘銷使所述的半體對接形成組裝球鉸外圈成品，即，制得所述蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸。

與現有的技術相比，本蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸及其生產工藝的優點在于：1、設計更合理，具有結構強度高，承載能力大，耐磨性能好和摩擦因素值小等優點。2、由于核電工況的限定，采用干膜潤滑，且固體潤滑柱固定不使用任何膠黏劑，免維護，設計年限長。3、結構簡單且易于制造。4、材料耐輻照和耐腐蝕性能優，能夠被應用于核電技術領域。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的結構示意圖。

圖2是本實用新型提供的剖視結構示意圖。

圖3是本實用新型提供的一體式螺釘銷結構示意圖。

圖中，球鉸外圈1、球形凹面11、半體12、螺紋盲孔13、第一銷孔14、第二銷孔15、球鉸內圈2、球形凸面21、平底盲孔22、干膜潤滑劑層3、固體潤滑柱4、一體式螺釘銷5。

具體實施方式

以下是實用新型的具體實施例并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步的描述，但本實用新型并不限于這些實施例。

如圖1-3所示，本蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸包括球鉸外圈1和設置在球鉸外圈1內的球鉸內圈2，球鉸外圈1為不銹鋼外圈，不銹鋼外圈材料為17-4PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼；球鉸內圈2為銅合金內圈。

球鉸外圈1的內壁為球形凹面11，球鉸內圈2外壁為球形凸面21，球形凹面11與球形凸面21相互匹配，球形凹面11圓心與球形凸面21圓心重合。在球形凹面11和/或球形凸面21上設有干膜潤滑劑層3，干膜潤滑劑層3內含有高純石墨微粒材料且干膜潤滑劑層3厚度為0.1-0.15mm。能夠提高良好的潤滑環境和潤滑性能。

在所述球鉸內圈2的球形凸面21上設有若干均勻分布的平底盲孔22且所述的平底盲孔22軸心線向內匯聚至球形凸面21的圓心上，平底盲孔22深度相等，本實施例的平底盲孔22孔徑為Φ8mm且平底盲孔22的深度為3mm。

在每個平底盲孔22中分別鑲嵌有固體潤滑柱4且固體潤滑柱4的外端面與球形凸面21齊平。固體潤滑柱4為高純核用石墨且不使用任何膠粘劑；其次，所述固體潤滑柱4外端面的總表面積為球形凸面21表面積的34-40％。通過比例的設定達到最優化的摩擦因素和結構強度。本實施例的平底盲孔22孔徑小于普通球鉸盲孔的孔徑，平底盲孔22的孔深小于普通球鉸盲孔的深度結合34-40％的特征，不僅能夠進一步提高結構強度，而且還降低了摩擦因素。

球鉸外圈1包括兩塊對稱設置的半體12，兩塊半體12的兩端對接后在相對接的一端分別通過至少一根一體式螺釘銷5將所述的兩塊半體12連接在一起。一體式螺釘銷為304不銹鋼螺釘銷。

在任意一塊半體12的兩端面上分別設有至少一個螺紋盲孔13，在螺紋盲孔13的孔口設有軸心線與螺紋盲孔13軸心線重合的第一銷孔14，在另外一塊半體12的兩端面上分別設有與所述的第一銷孔14一一對應的第二銷孔15，所述一體式螺釘銷5的螺紋段插于螺紋盲孔13中且與螺紋盲孔13螺紋連接，所述一體式螺釘銷5的銷釘段插于所述的第一銷孔14和第二銷孔15中。

兩塊半體12的兩端對接后在相對接的一端分別通過兩根并排的一體式螺釘銷5將所述的兩塊半體12連接在一起。

本球鉸的承載面壓為400Mpa以上，工作面摩擦因數值小于0.3，在溫度低于325℃且耐γ射線輻照5.26×10⁵Gy情況下，球鉸外圈1、球鉸內圈2和固體潤滑柱4的性能無顯著變化。

球鉸外圈1、球鉸內圈2和固體潤滑柱4的性能見下表。

固體潤滑柱4的耐輻照試驗數據對照表見下表：

在本實施例中，平底盲孔22軸心線向內匯聚至球形凸面21的圓心上的結構，當球鉸內圈2相對球鉸外圈1轉動時，能夠大幅縮小摩擦因素和磨損量。

其次，通過設置了一體式螺釘銷5結合螺紋盲孔13、第一銷孔14和第二銷孔15的結構，能夠進一步提高連接結構強度，另外，一體式螺釘銷5的結構避免了銷釘與螺栓分體組裝產品的組裝效率低現象，即，進一步提高了組裝效率，另外，球鉸外圈1的軸對稱性更好。

本蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸的生產工藝包括如下步驟：

A、加工球鉸內圈，球鉸內圈由以下步驟加工形成：

a1、制備銅合金毛坯，銅合金毛坯呈環形；

a2、粗車銅合金毛坯內外徑，至少一次粗車銅合金毛坯的內徑，至少粗車一次銅合金毛坯的外徑，制得粗車球鉸內圈，粗車球鉸內圈外壁為粗車球形凸面；

a3、鑲嵌固體潤滑柱，在粗車球鉸內圈的球形凸面21上鉆若干均勻分布的平底盲孔22且所述的平底盲孔22軸心線向內匯聚至球形凸面21的圓心上，在每個平底盲孔22中分別鑲嵌有固體潤滑柱4且所述的平底盲孔22與固體潤滑柱4過盈配合，制得球鉸內圈組合件；

a4、粗車內圈外徑，至少一次粗車球鉸內圈組合件的外徑且固體潤滑柱4的外端面與球形凸面21齊平，制得球鉸內圈半成品；

a5、精車內圈內外徑，至少一次精車球鉸內圈半成品的內外徑，制得球鉸內圈成品且在球鉸內圈成品外壁形成球形凸面21；

B、加工球鉸外圈，球鉸外圈由以下步驟加工形成：

b1、制備不銹鋼毛坯，不銹鋼毛坯呈環形且不銹鋼毛坯內壁成型有球形凹坯面；

b2、粗車球形凹坯面，至少一次粗車球形凹坯面，制得粗車球鉸外圈；

b3、粗車球鉸外圈對剖，將b2步驟中的粗車球鉸外圈分割成兩塊對稱設置的半體12，然后每塊半體12的兩端面同時進行精銑加工，在任意一塊半體12的兩端面上分別設有至少一個螺紋盲孔13，在螺紋盲孔13的孔口設有軸心線與螺紋盲孔13軸心線重合的第一銷孔14，在另外一塊半體12的兩端面上分別設有與所述的第一銷孔14一一對應的第二銷孔15；該步驟能進一步提高球鉸外圈的圓度。

b4、組裝，制造與所述的螺紋盲孔13數量相等的一體式螺釘銷5，一體式螺釘銷5螺紋段插于螺紋盲孔13中且與螺紋盲孔13螺紋連接，所述一體式螺釘銷5的銷釘段插于所述的第一銷孔14和第二銷孔15中，制得組裝球鉸外圈；

b5、粗車組裝球鉸外圈，至少一次粗車組裝球鉸外圈的內外徑，制得組裝球鉸外圈半成品；

b6、精車組裝球鉸外圈半成品，至少一次精車組裝球鉸外圈半成品外徑和至少一次精車組裝球鉸外圈半成品內徑，制得組裝球鉸外圈成品且組裝球鉸外圈成品的內壁形成球形凹面11；

C、裝配：在球形凸面21和/或球形凹面11上涂覆干膜潤滑劑層，然后進行焊工，最后將球鉸內圈成品放入兩塊半體12之間，通過一體式螺釘銷5使所述的半體12對接形成組裝球鉸外圈成品，即，制得所述蒸汽發生器支撐用自潤滑球鉸。

通過本實施例的工藝設計，不僅提高了球鉸的耐磨性能，而且還大幅降低了摩擦因素，同時還提高了承載能力，實用性強且符合當前社會技術的發展趨勢，能夠被應用于核電技術領域。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了球鉸外圈1、球形凹面11、半體12、螺紋盲孔13、第一銷孔14、第二銷孔15、球鉸內圈2、球形凸面21、平底盲孔22、干膜潤滑劑層3、固體潤滑柱4、一體式螺釘銷5等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。