CN105240640B - 一种控制棒驱动线位移补偿装置、成形模具及其成形方法 - Google Patents

一种控制棒驱动线位移补偿装置、成形模具及其成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种控制棒驱动线位移补偿装置，包括金属波纹管和包覆在金属波纹管外的网套，所述金属波纹管的两端分别通过接管与相垂直的接头连接，金属波纹管的两端分别自相应的接管朝水平方向平行延伸后，通过垂向半圆弧弯曲形成垂向U形弯；再通过水平圆弧弯曲相互对合形成水平弯。垂向U形弯与水平圆弧形弯有机结合，因此不仅可补偿三维方向的位移，并且使自身的波纹结构与U形弯的可变形度结合，位移补偿能力显著提高，抗伸缩及弯曲疲劳性能也大大改善，因此位移补偿使用寿命超过几百万次，明显长于现有位移补偿装置。同时，该结构能安装在诸如圆环柱等狭小的空间中，安装精度要求低，具有足够的抗内压和外压能力，寿命期内不会发生介质泄漏。

Description

一种控制棒驱动线位移补偿装置、成形模具及其成形方法
技术领域
本发明涉及一种控制棒驱动线位移补偿装置、成形模具及其成形方法，属于输送管路软连接管技术领域。
背景技术
据申请人了解，一些核反应堆控制棒驱动线由一系列机电液***组成。当其工作时，传动轴和控制棒束作步进式移动，导致控制棒内液压传动组件间产生相对位移，因此需要一个装置在输送液压介质的同时对位移进行补偿。受控制棒结构限制，该补偿装置安装空间极小，并要求具备足够的耐正、负压能力。为保证控制棒驱动线长期工作，该位移补偿装置还应满足耐高温、耐辐射、位移补偿量大、位移补偿次数高、寿命期内不发生泄露的要求。实践表明，现有技术难以满足以上要求。
波纹管补偿器作为一种挠性位移补偿元件，具有良好的伸缩变形性能，因此在机械振动或者温度、压力等变化因素引起相对位置变化中具备缓解位移差的功能，被广泛应用。但是，目前波纹管作为位移补偿器结构复杂，通常只能进行横向或轴向补偿，不能同时进行三维位移的补偿,且体积巨大，不能满足狭小空间位移补偿的需求。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种结构简单、成本低廉、且能安装在狭小的空间内，位移补偿量大，位移补偿次数高，寿命期内不发生泄露的控制棒驱动线位移补偿装置，同时给出相应的成形模具及成形方法。
为了达到以上目的，本发明的一种控制棒驱动线位移补偿装置，包括金属波纹管和包覆在金属波纹管外的网套，其特征在于：所述金属波纹管的两端分别通过接管与相垂直的接头连接，所述金属波纹管的两端分别自相应的接管朝水平方向平行延伸后，通过垂向半圆弧弯曲形成垂向U形弯；再通过水平圆弧弯曲相互对合形成水平弯。
本发明进一步限定的技术方案为：进一步的，所述水平弯为U形弯。
进一步的，所述水平弯为Ω形弯。
进一步的，所述Ω形弯由一段圆心角210°～240°的大圆弧和分别连接在该圆弧两端的圆心角为15°～30°的小圆弧组成。进一步的，所述小圆弧的弯曲半径至少是大圆弧弯曲半径的1.5倍。在同等弯曲半径下由于Ω形弯的大圆心角圆弧段长度更长，具有Ω形弯的补偿装置的补偿位移更大，在同等补偿量下位移补偿次数更高，在同等要求下能比具有U形弯的补偿装置安装空间更小。
进一步的，所述网套两端部通过卡环箍紧固定在接管的外圆表面上。
进一步的，所述接头为焊接接头/卡套接头/螺纹接头。
本发明还涉及一种控制棒驱动线位移补偿装置的成形模具，其特征在于：包括模具主体和卡板，所述模具主体由通过垂向圆弧连体的上模板和下模板构成；所述上模板的端头附近具有分别朝两外侧延伸的接头卡槽，所述卡槽的内端分别具有与之垂直的左、右接管管体卡槽；所述左、右接管管体卡槽的内段分别具有与之连接的波纹管管体卡槽，所述波纹管管体卡槽通过垂向圆弧延伸至下模板的下表面，且在达到下模板端头附近位置通过水平圆弧对合形成水平U形弯或Ω形弯；所述卡板具有与所述模具主体外廓相配的弯曲形凹，所述模具主体水平圆弧的圆心处装有卡板夹紧装置。
本发明还涉及一种控制棒驱动线位移补偿装置的成形方法，包括以下几个步骤：
第一步、制做金属波纹管
将原材料钢棒通过多次拉拔后制成无缝极薄壁管坯，无缝管坯表面涂漆经波纹管成型机成型为金属波纹管。
第二步、焊接无缝接管
先将金属波纹管紧贴无缝接管固定在焊接回转台上，通过定位工装确保波纹管内孔与无缝接管内孔同轴度，然后焊接金属波纹管和无缝接管。
第三步、制作网套
将第二步焊接好的管体，经网套编制机在管体外侧编制钢丝网套，钢丝网套紧贴管体外表面，钢丝网套的覆盖率小于45%，在网套外侧两端套装上环，环覆盖住波纹管长度不小于6mm，并且环内孔具有1：6锥度，环较大内孔一端方面朝向金属波纹管。
第四步、第一次热处理
金属波纹管呈直线状态，将金属波纹管加热至950℃～1050℃，保温30分钟，氮气吹扫冷却。
第五步、弯曲成形
先把金属波纹管放置在工作台上，金属波纹管上放置一圆柱形模具，使圆柱形模具转动的同时金属波纹管与圆柱形模具紧贴，先将金属波纹管弯曲呈水平U形或Ω形，后弯两侧垂直的U形弯；弯曲时先使用大直径圆柱形模具弯曲，后使用小直接圆柱形模具弯曲。
第六步、焊接接头
将弯曲后的金属波纹管放入定型成形模具中，装配接头，固定接头位置后焊接接头和接管。
第七步、第二次热处理方法
将上一步处理后的金属波纹管放入定型成形模具的模具主体内相应的卡槽中，然后用卡板夹紧装置将卡板与模具主体夹紧固定，再加热至1050℃，保温120分钟，液氮冷却。
第八步、拆模制成
将定型成形模具运至控制棒驱动线装配现场，拆模安装即可。
本发明的有益效果是：垂向U形弯与水平圆弧形弯有机结合，因此不仅可补偿三维方向的位移，并且使自身的波纹结构与U形弯的可变形度结合，位移补偿能力显著提高，抗伸缩及弯曲疲劳性能也大大改善，因此位移补偿使用寿命超过几百万次，明显长于现有位移补偿装置。同时，该结构能安装在诸如圆环柱等狭小的空间中，安装精度要求低，具有足够的抗内压和外压能力，寿命期内不会发生介质泄漏。另外，一般金属波纹管在承受内压时无法保持上述形状，本发明的成形模具及成形方法使金属波纹管在工作时其形状不会发生大幅改变，极大的提高金属波纹管的位移补偿能力及抗疲劳性能。
附图说明
下面结合实施例1、2和说明书附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明金属波纹管的立体结构示意图。
图2为本发明实施例1中结构安装的示意图。
图3为图2中A向的结构视图。
图4为图2中B向的结构视图。
图5为图1的主视图。
图6为图1的仰视图。
图7为本发明实施例2中结构安装的示意图。
图8为图7中实用新型A向的结构视图。
图9为图7中实用新型B向的结构视图。
图10为实施例1中采用的成形定型模具的结构示意图。
图11为图10所示结构的左视图。
图12为图10所示结构的A-A向视图。
图13为图10所示结构的B-B向视图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的一种控制棒驱动线位移补偿装置，如图1-6所示，其安装在一个外径为φ124mm，内径为φ58mm，高为46mm的圆环柱空间内，包括金属波纹管2和包覆在金属波纹管2外的钢丝网套1，金属波纹管2的两端分别通过无缝接管与相垂直的卡套接头4连接，金属波纹管2的两端分别自相应的无缝接管3朝水平方向平行延伸后，通过垂向半圆弧弯曲形成垂向U形弯2-1、2-3；再通过水平半圆弧弯曲相互对合形成水平U形弯2-2；卡套接头4与控制棒管路焊接。卡套接头4的位置和方向允许具有一定量偏差，不影响该补偿装置功能和寿命的实现。
钢丝网套1的端头通过卡环5箍紧固定在无缝接管3的外圆上。
一般金属波纹管在承受内压时无法保持上述形状，为使金属波纹管在工作时其形状也不发生大幅改变，本发明采用了二次特殊的热处理方法和成形模具；如图10-13所示：
该控制棒驱动线位移补偿装置的成形模具，包括模具主体7和卡板6，模具主体7由通过垂向圆弧连体的上模板和下模板构成；上模板的端头附近具有分别朝两外侧延伸的接头卡槽，卡槽的内端分别具有与之垂直的左、右接管管体卡槽；左、右接管管体卡槽的内段分别具有与之连接的波纹管管体卡槽，波纹管管体卡槽通过垂向圆弧延伸至下模板的下表面，且在达到下模板端头附近位置通过水平圆弧对合形成水平U形弯；卡板6具有与模具主体外廓相配的弯曲形凹，模具主体水平圆弧的圆心处装有卡板夹紧装置8。
本发明的成形方法包括以下步骤：
第一步、制做金属波纹管
将原材料钢棒通过多次拉拔后制成无缝极薄壁管坯，无缝管坯表面涂漆经波纹管成型机成型为金属波纹管，金属波纹管进行脱脂去油处理并经过100%液体渗透检测（PT）和内窥检测筛选合格金属波纹管，确保金属波纹管表面无划伤、裂纹、夹杂等缺陷。
第二步、焊接接管部分
将波纹管紧贴接管固定在焊接回转台上，通过定位工装确保波纹管内孔与接管内孔同轴度符合要求，焊接波纹管和接管，焊缝经100%液体渗透检测（PT）和射线探伤（RT）确保焊接质量。
第三步：制作网套
将第二步焊接好的管体，经网套编制机在管体外侧编制钢丝网套，钢丝网套紧贴管体外表面，钢丝网套的覆盖率小于45%，在网套外侧两端套装上环，环覆盖住波纹管长度不小于6mm，并且环内孔具有1：6锥度，环较大内孔一端方面朝向波纹管，在位移补偿时控制波纹管端部变形量保护波纹管和接管焊缝，引导波纹管两端逐渐弯曲。切除两端外侧多余钢丝网套、钢丝网套、环、接管三位一体焊接，焊缝经100%液体渗透检测（PT）确保焊接质量。
第四步、第一次热处理
金属波纹管呈直线状态，将金属波纹管加热至950℃～1050℃，保温30分钟，氮气吹扫冷却；消除波纹管和网套内应力，使波纹管波形参数稳定，并且降低材料强度，提高了波纹管和网套的柔软性，减少回弹。热处理完成后进行气密试验和压力试验，检验装置的密封性能和耐压性能。热处理温度较低时波纹管和网套柔软性不够，温度较高时金属波纹管波形变形过大，对位移补偿不利。
第五步、弯曲成形
先将上一步处理后的金属波纹管弯水平U形，后弯两侧垂直U形弯。弯曲时先把金属波纹管放置在桌面上，金属波纹管上放置一圆柱形模具，使圆柱形模具转动的同时金属波纹管与圆柱形模具紧贴，先使用大直径圆柱形模具弯曲，后使用小直接圆柱形模具弯曲，逐步使金属波纹管形状接近补偿装置最终形状。
第六步、焊接接头
将弯曲后的金属波纹管放入定型成形模具中，装配接头，固定接头位置后焊接连接接头和接管，焊缝经100%液体渗透检测（PT）和射线探伤（RT）确保焊接质量。
第七步、第二次热处理方法：
将上一步处理后的金属波纹管放入定型成形模具的模具主体内相应的卡槽中，然后用卡板夹紧装置将卡板与模具主体夹紧固定，再加热至1050℃，保温120分钟，液氮冷却。通过热处理消除了金属波纹管在弯曲和焊接接头时产生的应力，并且提高了材料性能，使本发明的结构形状最终稳定，经该热处理过程后，本发明的零部件不会产生明显回弹和变形。热处理温度较低时在拆模后金属波纹管将产生明显回弹，温度较高时金属波纹管波形变形过大，对位移补偿不利。
第八步、拆模制成
将定型成形模具运至控制棒驱动线装配现场，拆模连接本装置。
本实施例的位移补偿装置所有零件均采用优质不锈钢，耐腐蚀性好，所用焊接方法通过焊接方法评定的结论指定了相应的焊接电流、气流量、焊接速度。所有焊缝均按RCC-M要求进行液体渗透或射线检测以确保焊接质量，金属波纹管通过模具固定位置后进行了热处理，保证了金属波纹管形状和性能的稳定。
在工作时，上述位移补偿装置内外均通有去离子水，位移补偿装置内压高于外压，接头5随连接的管路沿垂直于上述第一个弯曲形状平面的方向做0-+15mm往复运动，位移补偿装置中的金属波纹管2随之发生形状改变，补偿往复运动产生的位移。
通过实践，该位移补偿装置在往复运动超过100万次后，金属波纹管形状稳定，位移补偿装置的零部件未发生与周边控制棒零部件摩擦现象，位移补偿装置未发生介质泄露和压力泄露。
实施例2
本实施例提供的一种控制棒驱动线位移补偿装置，如图7-9所示，本实施例的控制棒驱动线位移补偿装置中金属波纹管三个连续的弯曲形状中，第二个弯曲形状2-4为Ω形。其他的结构、成形模具、加热方法与实施例1基本相同。其安装在一个外径为φ150mm，内径为φ60mm，高为50mm的圆环柱空间内。
第二个弯曲Ω形弯是由一段210°～240°大圆弧和分别连接在该圆弧两端的两段15°～30°小圆弧组成，两端小圆弧弯曲半径大于中间大圆心角圆弧的1.5倍，在同等弯曲半径下由于Ω形弯的大圆心角圆弧段长度更长，具有Ω形弯的补偿装置的补偿位移更大，在同等补偿量下位移补偿次数更高，在同等要求下能比具有U形弯的补偿装置安装空间更小。
在工作时，位移补偿装置内外均通有去离子水，外压高于内压，接头4随连接的管路沿垂直于上述第一个弯曲形状平面的方向做-5mm-+11mm往复运动。通过实践，该位移补偿装置在往复运动超过200万次后，金属波纹管形状稳定，位移补偿装置的零部件未发生与周边控制棒零部件摩擦现象，位移补偿装置未发生介质泄露和压力泄露，与现有位移补偿装置比较，具有显著的区别和特点。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种控制棒驱动线位移补偿装置的成形方法，用于控制棒驱动线位移补偿装置的成形；
其特征在于包括以下步骤：
第一步、制做金属波纹管
将原材料钢棒通过多次拉拔后制成无缝极薄壁管坯，无缝管坯表面涂漆经波纹管成型机成型为金属波纹管；
第二步、焊接无缝接管
先将金属波纹管紧贴无缝接管固定在焊接回转台上，通过定位工装确保波纹管内孔与无缝接管内孔同轴度，然后焊接金属波纹管和无缝接管；
第三步、制作网套
将第二步焊接好的管体，经网套编制机在管体外侧编制钢丝网套，钢丝网套紧贴管体外表面，钢丝网套的覆盖率小于45%，在网套外侧两端套装上环，环覆盖住波纹管长度不小于6mm，并且环内孔具有1：6锥度，环较大内孔一端方面朝向金属波纹管；
第四步、第一次热处理
金属波纹管呈直线状态，将金属波纹管加热至950℃～1050℃，保温30分钟，氮气吹扫冷却；
第五步、弯曲成形
先把金属波纹管放置在工作台上，金属波纹管上放置一圆柱形模具，使圆柱形模具转动的同时金属波纹管与圆柱形模具紧贴，先将金属波纹管弯曲呈水平U形或Ω形，后弯两侧垂直的U形弯；弯曲时先使用大直径圆柱形模具弯曲，后使用小直径圆柱形模具弯曲；
第六步、焊接接头
将弯曲后的金属波纹管放入定型成形模具中，装配接头，固定接头位置后焊接接头和接管；
第七步、第二次热处理方法
将上一步处理后的金属波纹管放入定型成形模具的模具主体内相应的卡槽中，然后用卡板夹紧装置将卡板与模具主体夹紧固定，再加热至1050℃，保温120分钟，液氮冷却；
第八步、拆模制成
将定型成形模具运至控制棒驱动线装配现场，拆模安装即可。
2.根据权利要求1所述的控制棒驱动线位移补偿装置的成形方法，其特征在于：所述控制棒驱动线位移补偿装置的成形模具包括模具主体和卡板，所述模具主体由通过垂向圆弧连体的上模板和下模板构成；所述上模板的端头附近具有分别朝两外侧延伸的接头卡槽，所述卡槽的内端分别具有与之垂直的左、右接管管体卡槽；所述左、右接管管体卡槽的内段分别具有与之连接的波纹管管体卡槽，所述波纹管管体卡槽通过垂向圆弧延伸至下模板的下表面，且在达到下模板端头附近位置通过水平圆弧对合形成水平U形弯或Ω形弯；所述卡板具有与所述模具主体外廓相配的弯曲形凹，所述模具主体水平圆弧的圆心处装有卡板夹紧装置。
3.根据权利要求2所述的控制棒驱动线位移补偿装置的成形方法，其特征在于：所述控制棒驱动线位移补偿装置包括金属波纹管和包覆在金属波纹管外的网套，其特征在于：所述金属波纹管的两端分别通过接管与相垂直的接头连接，所述金属波纹管的两端分别自相应的接管朝水平方向平行延伸后，通过垂向半圆弧弯曲形成垂向U形弯；再通过水平圆弧弯曲相互对合形成水平弯。
4.根据权利要求3所述的控制棒驱动线位移补偿装置的成形方法，其特征在于：所述水平弯为U形弯。
5.根据权利要求4所述的控制棒驱动线位移补偿装置的成形方法，其特征在于：所述水平弯为Ω形弯。
6.根据权利要求5所述的控制棒驱动线位移补偿装置的成形方法，其特征在于：所述Ω形弯由一段圆心角210°～240°的大圆弧和分别连接在该圆弧两端的圆心角为15°～30°的小圆弧组成。
7.根据权利要求6所述的控制棒驱动线位移补偿装置的成形方法，其特征在于：所述小圆弧的弯曲半径至少是大圆弧弯曲半径的1.5倍。
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