分级加载下核级石墨密封垫片的压缩回弹性能研究

为加强核级石墨密封垫片的密封效果,提高核电密封系统的可靠性,通过试验的方法分别研究了核级石墨密封垫片在4级加载、8级加载和1次加载三种不同加载方式下的压缩回弹曲线以及压缩率、回弹率,通过对比分析,探索加载方式对垫片压缩回弹性能的影响和加载方式对垫片压缩回弹性能作用的内在机理。研究结果表明,分级加载对垫片的压缩回弹性能有较大影响,垫片的石墨密封环随着分级加载次数的增加,塑性变形逐渐积累发生硬化,使得垫片的压缩模量逐渐增大;相较于1次加载,采用4级加载、8级加载使得垫片的压缩率逐渐增大,回弹率不断下降,分级加载次数越多使得垫片压缩回弹性能下降越明显。因此,采用1次加载或较少分级次数加载更有助于保证垫片的密封性能。

核级石墨密封垫片压缩蠕变性能研究

密封垫片的压缩蠕变性能是影响密封系统安全性和可靠性的重要力学性能之一,为研究现代核电运行系统中核级石墨密封垫片的蠕变性能,基于垫片压缩蠕变模型试验以及数值模拟,对比分析了预紧应力、服役温度以及垫片径向尺寸等因素对压缩蠕变性能的影响。试验结果表明:密封垫片存在一个使垫片金属环与法兰发生接触的门槛应力。在蠕变过程中,垫片压缩蠕变量随着环境温度的升高而增加,随着螺栓预紧应力的增大而增加,但垫片蠕变量受径向尺寸的影响较小。综合不同工况下垫片蠕变结果,发现其最大蠕变率为3.5%,远低于现行核电工程中对密封垫片蠕变性能的规范要求。研究表明:核级石墨密封垫片处于高温或高压环境下均具有较好的抗蠕变性能,可满足核电密封系统的可靠性要求。

核级石墨密封垫片应力补偿机理研究

以核级石墨密封垫片为研究对象,对垫片的压缩回弹性能以及密封性能进行试验研究,并采用ANSYS有限元软件对法兰连接进行仿真模拟,分析垫片在常温及高温工况下的应力分布规律,研究垫片的应力补偿机理。研究结果表明,预紧时石墨环和金属外环同时承受螺栓预紧力作用,金属外环承受多余载荷并在内压升高过程中将载荷释放以起到应力补偿作用,维持垫片应力在一定承载范围内基本不变;高温工况下,压力在一定范围波动,垫片即可维持一稳定的应力状态,从而确认了垫片应力补偿机理的有效性。

石墨密封垫片的循环压缩回弹性能

通过试验研究了核级石墨密封垫片的循环压缩回弹性能。在常温下对垫片开展了加载速率分别为0.25 MPa/s、0.5 MPa/s及1 MPa/s的循环加载试验。在加载速率固定为0.5 MPa/s时,对比研究了垫片在100℃及300℃下的循环加载性能,得到了不同工况下的应力-变形曲线,并计算出垫片在各工况下不同循环内的最大压缩量、压缩率及压缩模量。研究结果表明,在常温下,垫片的压缩模量随加卸载速率的增大而增大;在0.5 MPa/s的加卸载速率下,垫片的压缩模量随温度升高而增大;而在每一种工况下,垫片的压缩模量均随试验循环次数的增加而减小,最大压缩量均随循环次数增加而增加,出现明显的塑性应变累积现象。