中國液壓液力氣動密封行業(yè)企業(yè)堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，把握世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革大勢，緊扣重要戰(zhàn)略機遇新內(nèi)涵，深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，加快創(chuàng)新型國家和世界科技強國建設，不斷增強經(jīng)濟創(chuàng)新力和競爭力。在過去的兩年里，涌現(xiàn)出一批具有標志性意義的重大科技成果。本年度，密封行業(yè)技術(shù)進步獎項目共評選出優(yōu)秀獲獎項目9項，其中：特等獎2項，二等獎2個，三等獎5項。



“高端陶瓷密封環(huán)成套技術(shù)開發(fā)及應用”項目榮獲中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會技術(shù)進步獎特等獎，由寧波伏爾肯科技股份有限公司、合肥通用機械研究院有限公司、清華大學共同完成。



在使用環(huán)境惡劣、工況條件苛刻、可靠性要求高的國防、核電等重要領(lǐng)域，具有高性能、高參數(shù)、高可靠要求的高端陶瓷密封環(huán)是各類重大裝備中極其關(guān)鍵的零部件，其制備技術(shù)是亟待攻關(guān)的技術(shù)難題。隨著國家戰(zhàn)略需求和主機技術(shù)的發(fā)展，對大尺寸高端陶瓷密封環(huán)的需求已達到300mm和500mm的級別，對我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)成套技術(shù)開發(fā)能力提出了很高的要求。目前我國300mm級大尺寸高端陶瓷密封環(huán)基本依賴進口，而500mm級陶瓷密封環(huán)開發(fā)更是在國內(nèi)外都未見報道。在國家科技支撐計劃等項目支持下，項目團隊經(jīng)過十余年“產(chǎn)學研用”聯(lián)合攻關(guān)，取得了重大技術(shù)突破。



該項目擁有以下關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點：



（1）建立了高端陶瓷密封環(huán)的材料設計技術(shù)體系。針對碳化硅陶瓷普遍存在的韌性不足及致密度不高的問題，通過研究碳化硅陶瓷的新原料、新助劑以及新配方，結(jié)合無壓與熱壓燒結(jié)工藝，采用變溫變壓技術(shù)，建立了高端陶瓷密封環(huán)的材料設計新體系，成功制備出性能達到或超過國際水平的高端陶瓷密封環(huán)，并大幅度提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。



（2）建立了超大尺寸密封環(huán)的制備工藝技術(shù)體系。針對大尺寸陶瓷密封環(huán)磨削易開裂、成品率低問題，通過磨削加工表面缺陷彌合技術(shù)、基于均化夾持力原理的大尺寸密封環(huán)裝夾工藝、基于分瓣分層自鎖原理的新型大尺寸燒結(jié)模具等創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，建立了大尺寸密封環(huán)的制備工藝體系，首次開發(fā)出滿足功能要求的低燒結(jié)開裂率、外徑達500mm超大尺寸密封環(huán)。



（3）建立了超大尺寸密封環(huán)的制造裝備設計技術(shù)體系。針對高端陶瓷密封環(huán)的新工藝要求，通過創(chuàng)新的雙溫熱壓腔室結(jié)構(gòu)設計、自動化裝卸料功能的裝卸料機械手臂設計、基于“壓力反饋控制原理”的加壓頭壓力穩(wěn)壓技術(shù)、“非能動”安全保障技術(shù)等的研發(fā)，建立了超大尺寸密封環(huán)的智能化制造裝備設計體系，為支撐產(chǎn)品研發(fā)提供有力的裝備基礎。



（4）建立了完備的陶瓷材料及性能測試體系。針對重大裝備對陶瓷密封技術(shù)環(huán)高參數(shù)、高可靠、長壽命的要求，建立了從材料機械性能測試、標準試樣摩擦磨損特性測試、密封樣件臺架測試到密封產(chǎn)品環(huán)境負載樣機考核在內(nèi)的完整測試體系，可系統(tǒng)、有效評判產(chǎn)品綜合性能，對材料及工藝設計提供改進指導，滿足能源、國防等重要領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品嚴苛的考核要求。



本項目授權(quán)發(fā)明專利7項，形成企業(yè)標準1項、工藝文件1項、研究報告3篇，發(fā)表論文7篇近三年，基于本項目研制的碳化硅密封產(chǎn)品和延伸開發(fā)的其他陶瓷系列產(chǎn)品實現(xiàn)銷售收入2.53億元，利潤4335萬元，稅收2345萬元。目前，該項目已通過由中國機械工業(yè)聯(lián)合會組織召開的科技成果鑒定會，專家一致認為該成果整體技術(shù)達到國際先進水平。



高端陶瓷機械密封關(guān)鍵技術(shù)的突破使我國具備了研制高性能、高參數(shù)和高可靠性的密封環(huán)的能力，形成了從材料配方、工藝設計及裝備研發(fā)、檢驗檢測到產(chǎn)品成型的成套技術(shù)，打破了該類產(chǎn)品歐美國家對我國軍工領(lǐng)域的技術(shù)封鎖，軍事、經(jīng)濟和社會效益顯著，為我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的重要領(lǐng)域機械密封研發(fā)提供了關(guān)鍵基礎，并有力地推動了“中國制造2025”和“強基工程”的發(fā)展。



“華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器用核級石墨密封墊片”項目榮獲中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會技術(shù)進步獎特等獎，由寧波天生密封件有限公司、中國核動力研究設院、清華大學、合肥通用機械研究院有限公司共同完成。



為滿足我國核電“走出去”戰(zhàn)略和自身發(fā)展需要，2013年4月25日，中國國家能源局主持召開了自主創(chuàng)新三代核電技術(shù)合作協(xié)調(diào)會，中廣核和中核同意在前期兩集團分別研發(fā)的ACPR1000+和ACP1000的基礎上，聯(lián)合開發(fā)“華龍一號”。



華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器是壓水堆核電站反應堆冷卻劑系統(tǒng)的兩大關(guān)鍵設備，均為核安全1級、設計規(guī)范1級、抗震I類和質(zhì)量保證QA1級設備。為了在核電站換料停堆期間能對蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器進行檢查和維修，在蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器的承壓殼體上均設置了檢查通道。其中，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)設置了人孔，二次側(cè)設置了人孔、手孔和檢查孔，穩(wěn)壓器設置了人孔。其中一次側(cè)的人孔是反應堆冷卻劑系統(tǒng)壓力邊界的重要組成部分，是核電站防止帶放射性物質(zhì)向大氣環(huán)境釋放的第二道安全屏障的一部分；二次側(cè)的開孔是二回路介質(zhì)壓力邊界的重要組成部分，直接影響蒸汽發(fā)生器執(zhí)行功能的能力。因此，對這些開孔密封結(jié)構(gòu)中采用的墊片提出了較高的要求。



華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器的開孔密封墊片在設計上均采用了石墨密封墊片。但是，由于目前國內(nèi)核電廠使用的這種石墨密封墊片還主要依靠從國外進口，價格昂貴，更重要的是因國內(nèi)尚不掌握其設計、制造和檢驗全套技術(shù)、沒有知識產(chǎn)權(quán)，會影響到我國核電走出國門戰(zhàn)略的實施。為了能夠?qū)崿F(xiàn)華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器的核級石墨密封墊片設計自主化、制造自主化，形成完全自主的知識產(chǎn)權(quán)，同時也為了打破國外對該產(chǎn)品長期壟斷的局面，寧波天生密封件有限公司同中國核動力研究設計院、清華大學、合肥通用機械研究院一起開展了“華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器用核級石墨密封墊片研制”工作。



華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器用核級石墨密封墊片由緊密纏繞的柔性石墨帶和金屬內(nèi)外環(huán)限制環(huán)組合而成。其內(nèi)、外環(huán)起包容和支承柔性石墨密封環(huán)的作用，外環(huán)限制核級石墨環(huán)過壓縮。裝配時，墊片放在兩法蘭密封面之間，預緊螺栓直至金屬法蘭與金屬限制環(huán)接觸；運行時，追加的螺栓預緊載荷（超過金屬接觸的載荷），用以補償內(nèi)壓和其他機械載荷、熱循環(huán)、機械振動等對墊片應力減小的影響。該墊片在使用時還能達到“金屬碰金屬”的狀態(tài)，從而使石墨密封面的密封應力實現(xiàn)恒應力，提高了密封的可靠性。



在本項目實施中，共產(chǎn)生了2個發(fā)明專利，1個外觀設計專利，發(fā)表了3篇論文，還編制了浙江團體標準。



該項目在技術(shù)創(chuàng)新上，首先采用MMC（金屬碰金屬密封）密封結(jié)構(gòu)+石墨密封墊片型式，有效降低法蘭損壞。然后通過降低了柔性石墨帶中硫、氯等有害元素含量，有效降低了有害元素對法蘭密封面引起的點蝕缺陷。同時，在研究制造中，公司掌握了墊片載荷（MMC應力、最小密封應力）、石墨環(huán)密度、容積、結(jié)構(gòu)、制造偏差與回彈量和泄漏率等之間的關(guān)系，實現(xiàn)了墊片在低FMMC作用下，密封泄漏率可達到10-8Pa•m3/s量級，有效地避免該墊片在核電廠長期使用中因微量泄漏產(chǎn)生的硼結(jié)晶現(xiàn)象；而且為了完成所有試驗項目的研究，還設計、建造了國際先進的大型石墨墊片熱循環(huán)試驗裝置，攻克并掌握了全套試驗技術(shù)。



該項目研發(fā)的密封墊片主要服務于華龍一號核電機組蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器一次側(cè)人孔、二次側(cè)人孔、手孔、檢查孔處的密封，目前已應用于防城港4號機組、漳州核電廠一期工程等項目。同時，研制的墊片及結(jié)構(gòu)還可以推廣至其他于民用和軍用壓水堆核動力裝置的蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器的人孔、手孔、檢查孔的密封，甚至還可應用于其他核電站壓力容器和管道連接的密封。該密封墊片及結(jié)構(gòu)形式除服務于華龍一號機組外，還為東方電氣、中國一重、哈電重裝等大型設備廠提供了相應服務。截止到2018年底，累計銷售額已達到1.2億元，新增利潤3000萬元，新增稅收2040萬元。



華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器的核級石墨密封墊片的成功研制，擁有完全自主的知識產(chǎn)權(quán)，同時打破了國外對該產(chǎn)品長期壟斷的局面，大幅度提高核電裝備的自主化能力和國產(chǎn)化水平，很大程度上減少核電建設成本，有效地避免依賴國外進口的風險，還有效地保障了今后的維修、售后服務水平等。

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