中国液压液力气动密封行业企业坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，把握世界新一轮科技革命和产业变革大势，紧扣重要战略机遇新内涵，深入实施创新驱动发展战略，加快创新型国家和世界科技强国建设，不断增强经济创新力和竞争力。在过去的两年里，涌现出一批具有标志性意义的重大科技成果。本年度，密封行业技术进步奖项目共评选出优秀获奖项目9项，其中：特等奖2项，二等奖2个，三等奖5项。



“高端陶瓷密封环成套技术开发及应用”项目荣获中国液压气动密封件工业协会技术进步奖特等奖，由宁波伏尔肯科技股份有限公司、合肥通用机械研究院有限公司、清华大学共同完成。



在使用环境恶劣、工况条件苛刻、可靠性要求高的国防、核电等重要领域，具有高性能、高参数、高可靠要求的高端陶瓷密封环是各类重大装备中极其关键的零部件，其制备技术是亟待攻关的技术难题。随着国家战略需求和主机技术的发展，对大尺寸高端陶瓷密封环的需求已达到300mm和500mm的级别，对我国相关产业成套技术开发能力提出了很高的要求。目前我国300mm级大尺寸高端陶瓷密封环基本依赖进口，而500mm级陶瓷密封环开发更是在国内外都未见报道。在国家科技支撑计划等项目支持下，项目团队经过十余年“产学研用”联合攻关，取得了重大技术突破。



该项目拥有以下关键技术及创新点：



（1）建立了高端陶瓷密封环的材料设计技术体系。针对碳化硅陶瓷普遍存在的韧性不足及致密度不高的问题，通过研究碳化硅陶瓷的新原料、新助剂以及新配方，结合无压与热压烧结工艺，采用变温变压技术，建立了高端陶瓷密封环的材料设计新体系，成功制备出性能达到或超过国际水平的高端陶瓷密封环，并大幅度提高了生产效率，降低了生产成本。



（2）建立了超大尺寸密封环的制备工艺技术体系。针对大尺寸陶瓷密封环磨削易开裂、成品率低问题，通过磨削加工表面缺陷弥合技术、基于均化夹持力原理的大尺寸密封环装夹工艺、基于分瓣分层自锁原理的新型大尺寸烧结模具等创新技术研发，建立了大尺寸密封环的制备工艺体系，首次开发出满足功能要求的低烧结开裂率、外径达500mm超大尺寸密封环。



（3）建立了超大尺寸密封环的制造装备设计技术体系。针对高端陶瓷密封环的新工艺要求，通过创新的双温热压腔室结构设计、自动化装卸料功能的装卸料机械手臂设计、基于“压力反馈控制原理”的加压头压力稳压技术、“非能动”安全保障技术等的研发，建立了超大尺寸密封环的智能化制造装备设计体系，为支撑产品研发提供有力的装备基础。



（4）建立了完备的陶瓷材料及性能测试体系。针对重大装备对陶瓷密封技术环高参数、高可靠、长寿命的要求，建立了从材料机械性能测试、标准试样摩擦磨损特性测试、密封样件台架测试到密封产品环境负载样机考核在内的完整测试体系，可系统、有效评判产品综合性能，对材料及工艺设计提供改进指导，满足能源、国防等重要领域对产品严苛的考核要求。



本项目授权发明专利7项，形成企业标准1项、工艺文件1项、研究报告3篇，发表论文7篇近三年，基于本项目研制的碳化硅密封产品和延伸开发的其他陶瓷系列产品实现销售收入2.53亿元，利润4335万元，税收2345万元。目前，该项目已通过由中国机械工业联合会组织召开的科技成果鉴定会，专家一致认为该成果整体技术达到国际先进水平。



高端陶瓷机械密封关键技术的突破使我国具备了研制高性能、高参数和高可靠性的密封环的能力，形成了从材料配方、工艺设计及装备研发、检验检测到产品成型的成套技术，打破了该类产品欧美国家对我国军工领域的技术封锁，军事、经济和社会效益显著，为我国具有自主知识产权的重要领域机械密封研发提供了关键基础，并有力地推动了“中国制造2025”和“强基工程”的发展。



“华龙一号蒸汽发生器和稳压器用核级石墨密封垫片”项目荣获中国液压气动密封件工业协会技术进步奖特等奖，由宁波天生密封件有限公司、中国核动力研究设院、清华大学、合肥通用机械研究院有限公司共同完成。



为满足我国核电“走出去”战略和自身发展需要，2013年4月25日，中国国家能源局主持召开了自主创新三代核电技术合作协调会，中广核和中核同意在前期两集团分别研发的ACPR1000+和ACP1000的基础上，联合开发“华龙一号”。



华龙一号蒸汽发生器和稳压器是压水堆核电站反应堆冷却剂系统的两大关键设备，均为核安全1级、设计规范1级、抗震I类和质量保证QA1级设备。为了在核电站换料停堆期间能对蒸汽发生器和稳压器进行检查和维修，在蒸汽发生器和稳压器的承压壳体上均设置了检查通道。其中，蒸汽发生器一次侧设置了人孔，二次侧设置了人孔、手孔和检查孔，稳压器设置了人孔。其中一次侧的人孔是反应堆冷却剂系统压力边界的重要组成部分，是核电站防止带放射性物质向大气环境释放的第二道安全屏障的一部分；二次侧的开孔是二回路介质压力边界的重要组成部分，直接影响蒸汽发生器执行功能的能力。因此，对这些开孔密封结构中采用的垫片提出了较高的要求。



华龙一号蒸汽发生器和稳压器的开孔密封垫片在设计上均采用了石墨密封垫片。但是，由于目前国内核电厂使用的这种石墨密封垫片还主要依靠从国外进口，价格昂贵，更重要的是因国内尚不掌握其设计、制造和检验全套技术、没有知识产权，会影响到我国核电走出国门战略的实施。为了能够实现华龙一号蒸汽发生器和稳压器的核级石墨密封垫片设计自主化、制造自主化，形成完全自主的知识产权，同时也为了打破国外对该产品长期垄断的局面，宁波天生密封件有限公司同中国核动力研究设计院、清华大学、合肥通用机械研究院一起开展了“华龙一号蒸汽发生器和稳压器用核级石墨密封垫片研制”工作。



华龙一号蒸汽发生器和稳压器用核级石墨密封垫片由紧密缠绕的柔性石墨带和金属内外环限制环组合而成。其内、外环起包容和支承柔性石墨密封环的作用，外环限制核级石墨环过压缩。装配时，垫片放在两法兰密封面之间，预紧螺栓直至金属法兰与金属限制环接触；运行时，追加的螺栓预紧载荷（超过金属接触的载荷），用以补偿内压和其他机械载荷、热循环、机械振动等对垫片应力减小的影响。该垫片在使用时还能达到“金属碰金属”的状态，从而使石墨密封面的密封应力实现恒应力，提高了密封的可靠性。



在本项目实施中，共产生了2个发明专利，1个外观设计专利，发表了3篇论文，还编制了浙江团体标准。



该项目在技术创新上，首先采用MMC（金属碰金属密封）密封结构+石墨密封垫片型式，有效降低法兰损坏。然后通过降低了柔性石墨带中硫、氯等有害元素含量，有效降低了有害元素对法兰密封面引起的点蚀缺陷。同时，在研究制造中，公司掌握了垫片载荷（MMC应力、最小密封应力）、石墨环密度、容积、结构、制造偏差与回弹量和泄漏率等之间的关系，实现了垫片在低FMMC作用下，密封泄漏率可达到10-8Pa•m3/s量级，有效地避免该垫片在核电厂长期使用中因微量泄漏产生的硼结晶现象；而且为了完成所有试验项目的研究，还设计、建造了国际先进的大型石墨垫片热循环试验装置，攻克并掌握了全套试验技术。



该项目研发的密封垫片主要服务于华龙一号核电机组蒸汽发生器和稳压器一次侧人孔、二次侧人孔、手孔、检查孔处的密封，目前已应用于防城港4号机组、漳州核电厂一期工程等项目。同时，研制的垫片及结构还可以推广至其他于民用和军用压水堆核动力装置的蒸汽发生器和稳压器的人孔、手孔、检查孔的密封，甚至还可应用于其他核电站压力容器和管道连接的密封。该密封垫片及结构形式除服务于华龙一号机组外，还为东方电气、中国一重、哈电重装等大型设备厂提供了相应服务。截止到2018年底，累计销售额已达到1.2亿元，新增利润3000万元，新增税收2040万元。



华龙一号蒸汽发生器和稳压器的核级石墨密封垫片的成功研制，拥有完全自主的知识产权，同时打破了国外对该产品长期垄断的局面，大幅度提高核电装备的自主化能力和国产化水平，很大程度上减少核电建设成本，有效地避免依赖国外进口的风险，还有效地保障了今后的维修、售后服务水平等。

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