中國液壓液力氣動(dòng)密封行業(yè)企業(yè)堅持以習近平新時(shí)代中國特色社會(huì )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，緊扣重要戰略機遇新內涵，深入實(shí)施創(chuàng )新驅動(dòng)發(fā)展戰略，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(guò)去的兩年里，涌現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(jìn)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(gè)，三等獎5項。



“高端陶瓷密封環(huán)成套技術(shù)開(kāi)發(fā)及應用”項目榮獲中國液壓氣動(dòng)密封件工業(yè)協(xié)會(huì )技術(shù)進(jìn)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(xué)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、高可靠要求的高端陶瓷密封環(huán)是各類(lèi)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(zhù)國家戰略需求和主機技術(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(kāi)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(lài)進(jìn)口，而500mm級陶瓷密封環(huán)開(kāi)發(fā)更是在國內外都未見(jiàn)報道。在國家科技支撐計劃等項目支持下，項目團隊經(jīng)過(guò)十余年“產(chǎn)學(xué)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(diǎn)：



（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(wèn)題，通過(guò)研究碳化硅陶瓷的新原料、新助劑以及新配方，結合無(wú)壓與熱壓燒結工藝，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(guò)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(kāi)裂、成品率低問(wèn)題，通過(guò)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(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足功能要求的低燒結開(kāi)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(guò)創(chuàng )新的雙溫熱壓腔室結構設計、自動(dòng)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”的加壓頭壓力穩壓技術(shù)、“非能動(dòng)”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、高可靠、長(cháng)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的完整測試體系，可系統、有效評判產(chǎn)品綜合性能，對材料及工藝設計提供改進(jìn)指導，滿(mǎn)足能源、國防等重要領(lǐng)域對產(chǎn)品嚴苛的考核要求。



本項目授權發(fā)明專(zhuān)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(kāi)發(fā)的其他陶瓷系列產(chǎn)品實(shí)現銷(xiāo)售收入2.53億元，利潤4335萬(wàn)元，稅收2345萬(wàn)元。目前，該項目已通過(guò)由中國機械工業(yè)聯(lián)合會(huì )組織召開(kāi)的科技成果鑒定會(huì )，專(zhuān)家一致認為該成果整體技術(shù)達到國際先進(jìn)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(lèi)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(huì )效益顯著(zhù)，為我國具有自主知識產(chǎn)權的重要領(lǐng)域機械密封研發(fā)提供了關(guān)鍵基礎，并有力地推動(dòng)了“中國制造2025”和“強基工程”的發(fā)展。



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



為滿(mǎn)足我國核電“走出去”戰略和自身發(fā)展需要，2013年4月25日，中國國家能源局主持召開(kāi)了自主創(chuàng )新三代核電技術(shù)合作協(xié)調會(huì )，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(kāi)發(fā)“華龍一號”。



華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩壓器是壓水堆核電站反應堆冷卻劑系統的兩大關(guān)鍵設備，均為核安全1級、設計規范1級、抗震I類(lèi)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)生器和穩壓器進(jìn)行檢查和維修，在蒸汽發(fā)生器和穩壓器的承壓殼體上均設置了檢查通道。其中，蒸汽發(fā)生器一次側設置了人孔，二次側設置了人孔、手孔和檢查孔，穩壓器設置了人孔。其中一次側的人孔是反應堆冷卻劑系統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；二次側的開(kāi)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)生器執行功能的能力。因此，對這些開(kāi)孔密封結構中采用的墊片提出了較高的要求。



華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩壓器的開(kāi)孔密封墊片在設計上均采用了石墨密封墊片。但是，由于目前國內核電廠(chǎng)使用的這種石墨密封墊片還主要依靠從國外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，更重要的是因國內尚不掌握其設計、制造和檢驗全套技術(shù)、沒(méi)有知識產(chǎn)權，會(huì )影響到我國核電走出國門(mén)戰略的實(shí)施。為了能夠實(shí)現華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩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，同時(shí)也為了打破國外對該產(chǎn)品長(cháng)期壟斷的局面，寧波天生密封件有限公司同中國核動(dòng)力研究設計院、清華大學(xué)、合肥通用機械研究院一起開(kāi)展了“華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩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外環(huán)限制環(huán)組合而成。其內、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(guò)壓縮。裝配時(shí)，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(shí)，追加的螺栓預緊載荷（超過(guò)金屬接觸的載荷），用以補償內壓和其他機械載荷、熱循環(huán)、機械振動(dòng)等對墊片應力減小的影響。該墊片在使用時(shí)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(shí)現恒應力，提高了密封的可靠性。



在本項目實(shí)施中，共產(chǎn)生了2個(gè)發(fā)明專(zhuān)利，1個(gè)外觀(guān)設計專(zhuān)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）密封結構+石墨密封墊片型式，有效降低法蘭損壞。然后通過(guò)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(diǎn)蝕缺陷。同時(shí)，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、結構、制造偏差與回彈量和泄漏率等之間的關(guān)系，實(shí)現了墊片在低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(chǎng)長(cháng)期使用中因微量泄漏產(chǎn)生的硼結晶現象；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(jìn)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(wù)于華龍一號核電機組蒸汽發(fā)生器和穩壓器一次側人孔、二次側人孔、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(chǎng)一期工程等項目。同時(shí)，研制的墊片及結構還可以推廣至其他于民用和軍用壓水堆核動(dòng)力裝置的蒸汽發(fā)生器和穩壓器的人孔、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。該密封墊片及結構形式除服務(wù)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(chǎng)提供了相應服務(wù)。截止到2018年底，累計銷(xiāo)售額已達到1.2億元，新增利潤3000萬(wàn)元，新增稅收2040萬(wàn)元。



華龍一號蒸汽發(fā)生器和穩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，同時(shí)打破了國外對該產(chǎn)品長(cháng)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(lài)國外進(jìn)口的風(fēng)險，還有效地保障了今后的維修、售后服務(wù)水平等。

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