中國液壓液力氣動(dòng)密封行業(yè)企業(yè)堅(jiān)持以習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，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(jī)遇新內(nèi)涵，深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，加快創(chuàng)新型國家和世界科技強(qiáng)國建設(shè)，不斷增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新力和競爭力。在過去的兩年里，涌現(xiàn)出一批具有標(biāo)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(jiǎng)項(xiàng)目共評選出優(yōu)秀獲獎(jiǎng)項(xiàng)目9項(xiàng)，其中：特等獎(jiǎng)2項(xiàng)，二等獎(jiǎng)2個(gè)，三等獎(jiǎng)5項(xiàng)。



“高端陶瓷密封環(huán)成套技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)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(jiǎng)特等獎(jiǎng)，由寧波伏爾肯科技股份有限公司、合肥通用機(jī)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(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(jī)技術(shù)的發(fā)展，對大尺寸高端陶瓷密封環(huán)的需求已達(dá)到300mm和500mm的級(jí)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(jí)大尺寸高端陶瓷密封環(huán)基本依賴進(jìn)口，而500mm級(jí)陶瓷密封環(huán)開發(fā)更是在國內(nèi)外都未見報(bào)道。在國家科技支撐計(jì)劃等項(xiàng)目支持下，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十余年“產(chǎn)學(xué)研用”聯(lián)合攻關(guān)，取得了重大技術(shù)突破。



該項(xiàng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)新體系，成功制備出性能達(dá)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(dá)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(shè)計(jì)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?zé)釅呵皇医Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自動(dòng)化裝卸料功能的裝卸料機(jī)械手臂設(shè)計(jì)、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(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(shè)計(jì)體系，為支撐產(chǎn)品研發(fā)提供有力的裝備基礎(chǔ)。



（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(jī)械性能測試、標(biāo)準(zhǔn)試樣摩擦磨損特性測試、密封樣件臺(tái)架測試到密封產(chǎn)品環(huán)境負(fù)載樣機(jī)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(shè)計(jì)提供改進(jìn)指導(dǎo)，滿足能源、國防等重要領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品嚴(yán)苛的考核要求。



本項(xiàng)目授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)，形成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、工藝文件1項(xiàng)、研究報(bào)告3篇，發(fā)表論文7篇近三年，基于本項(xiàng)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(shí)現(xiàn)銷售收入2.53億元，利潤4335萬元，稅收2345萬元。目前，該項(xiàng)目已通過由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織召開的科技成果鑒定會(huì)，專家一致認(rèn)為該成果整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。



高端陶瓷機(jī)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(shè)計(jì)及裝備研發(fā)、檢驗(yàn)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(jì)和社會(huì)效益顯著，為我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要領(lǐng)域機(jī)械密封研發(fā)提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)，并有力地推動(dòng)了“中國制造2025”和“強(qiáng)基工程”的發(fā)展。



“華龍一號(hào)蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器用核級(jí)石墨密封墊片”項(xiàng)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(jiǎng)特等獎(jiǎng)，由寧波天生密封件有限公司、中國核動(dòng)力研究設(shè)院、清華大學(xué)、合肥通用機(jī)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(huì)，中廣核和中核同意在前期兩集團(tuán)分別研發(fā)的ACPR1000+和ACP1000的基礎(chǔ)上，聯(lián)合開發(fā)“華龍一號(hào)”。



華龍一號(hào)蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器是壓水堆核電站反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的兩大關(guān)鍵設(shè)備，均為核安全1級(jí)、設(shè)計(jì)規(guī)范1級(jí)、抗震I類和質(zhì)量保證QA1級(jí)設(shè)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(jìn)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(shè)置了檢查通道。其中，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)設(shè)置了人孔，二次側(cè)設(shè)置了人孔、手孔和檢查孔，穩(wěn)壓器設(shè)置了人孔。其中一次側(cè)的人孔是反應(yīng)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(hào)蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器的開孔密封墊片在設(shè)計(jì)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(jìn)口，價(jià)格昂貴，更重要的是因國內(nèi)尚不掌握其設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)全套技術(shù)、沒有知識(shí)產(chǎn)權(quán)，會(huì)影響到我國核電走出國門戰(zhàn)略的實(shí)施。為了能夠?qū)崿F(xiàn)華龍一號(hào)蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器的核級(jí)石墨密封墊片設(shè)計(jì)自主化、制造自主化，形成完全自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)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(dòng)力研究設(shè)計(jì)院、清華大學(xué)、合肥通用機(jī)械研究院一起開展了“華龍一號(hào)蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器用核級(jí)石墨密封墊片研制”工作。



華龍一號(hào)蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器用核級(jí)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(jí)石墨環(huán)過壓縮。裝配時(shí)，墊片放在兩法蘭密封面之間，預(yù)緊螺栓直至金屬法蘭與金屬限制環(huán)接觸；運(yùn)行時(shí)，追加的螺栓預(yù)緊載荷（超過金屬接觸的載荷），用以補(bǔ)償內(nèi)壓和其他機(jī)械載荷、熱循環(huán)、機(jī)械振動(dòng)等對墊片應(yīng)力減小的影響。該墊片在使用時(shí)還能達(dá)到“金屬碰金屬”的狀態(tài)，從而使石墨密封面的密封應(yīng)力實(shí)現(xiàn)恒應(yīng)力，提高了密封的可靠性。



在本項(xiàng)目實(shí)施中，共產(chǎn)生了2個(gè)發(fā)明專利，1個(gè)外觀設(shè)計(jì)專利，發(fā)表了3篇論文，還編制了浙江團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。



該項(xiàng)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(diǎn)蝕缺陷。同時(shí)，在研究制造中，公司掌握了墊片載荷（MMC應(yīng)力、最小密封應(yīng)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(shí)現(xiàn)了墊片在低FMMC作用下，密封泄漏率可達(dá)到10-8Pa•m3/s量級(jí)，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(yàn)項(xiàng)目的研究，還設(shè)計(jì)、建造了國際先進(jìn)的大型石墨墊片熱循環(huán)試驗(yàn)裝置，攻克并掌握了全套試驗(yàn)技術(shù)。



該項(xiàng)目研發(fā)的密封墊片主要服務(wù)于華龍一號(hào)核電機(jī)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(yīng)用于防城港4號(hào)機(jī)組、漳州核電廠一期工程等項(xiàng)目。同時(shí)，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(dòng)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(yīng)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(wù)于華龍一號(hào)機(jī)組外，還為東方電氣、中國一重、哈電重裝等大型設(shè)備廠提供了相應(yīng)服務(wù)。截止到2018年底，累計(jì)銷售額已達(dá)到1.2億元，新增利潤3000萬元，新增稅收2040萬元。



華龍一號(hào)蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器的核級(jí)石墨密封墊片的成功研制，擁有完全自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)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(shè)成本，有效地避免依賴國外進(jìn)口的風(fēng)險(xiǎn)，還有效地保障了今后的維修、售后服務(wù)水平等。

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