核電站用大型液壓阻尼器研究

薛靜 貝晨 谷振杰

摘要：核電站中的大型液壓阻尼器是用來保護蒸汽發生器和主泵在事故工況下免受破壞的裝置。本文介紹了大型液壓阻尼器的原理、性能要求以及布置特點。同時，介紹了國外主要液壓阻尼器供貨商生產的大型液壓阻尼器的結構和特點。

關鍵詞：大型液壓阻尼器 原理 布置

1概述

在核電站中，阻尼器是用來保護設備和管道在遭受突加載荷時免受破壞的裝置。核電站中應用的阻尼器，按照設計原理不同可以分為液壓阻尼器和機械阻尼器[1]。雖然兩種類型的阻尼器各有優勢，但是運行經驗反饋表明，液壓阻尼器性能要優于機械阻尼器。因此，國內核電站中使用的阻尼器多為液壓阻尼器。在核電站中，大型液壓阻尼器主要用在主泵和蒸汽發生器上。

2液壓阻尼器的原理

液壓阻尼器主要由缸體和連接件組成。缸體內部，工作腔由活塞分隔成兩個腔室，由控制閥組件連通，活塞在缸體內可以做雙向運動。在缸體內設計有補償油腔或在液壓阻尼器外配備儲油器，以補償活塞桿拉壓造成的液壓油體積變化。缸體外部，活塞桿一端為活動端，與設備或管道連接;缸體末端為固定端，與土建或鋼結構連接。

液壓阻尼器是基于當高速工作油流過小孔時，在由活塞隔開的兩小室間產生壓差的原理。各種類型液壓阻尼器的結構形式基本相同，其功能不同主要取決于控制閥組件結構和油路不同。在核電站中，液壓阻尼器主要用于承受安全閥噴流反作用以及抗地震和一般振動?？沟卣鸷鸵话阏駝拥囊簤鹤枘崞骺刂崎y采用節流閥或提升閥，該類液壓阻尼器用于管道和設備，其工作原理為：在活塞速度達到閥門閉鎖速度之前，控制閥組處于常開狀態，液壓油可以自由流動，不產生附加阻力。當高速振動載荷作用于阻尼器時，活塞桿帶動活塞在缸體內快速移動，當移動速度大于閥門閉鎖速度時，控制閥組關閉，活塞兩端存在很大壓差，產生很大的阻尼力?？刂崎y上設計有泄流口，當閥門閉鎖時液壓油可以有微量流動。當沖擊載荷消失后，閥門開啟。承受安全閥噴流反作用的液壓阻尼器控制閥采用逆止閥，該類型的控制閥為單向作用?？刂崎y上沒有任何泄流口，因此控制閥關閉時活塞桿沒有位移。當安全閥噴流時產生很大的阻尼力，直到安全閥噴流結束。

3大型液壓阻尼器的性能要求

反應堆冷卻劑系統中主泵和蒸汽發生器上所用的大型液壓阻尼器是為承受大負載而設計。該設備抗震類別為1I類，RCCM規范等級為S1級。

為保證大型液壓阻尼器能夠滿足設計的需要，要限定阻尼器以下性能：

（1）剛度是阻尼器主要特性參數。剛度定義為載荷變量與全部部件的變形變量之比。

（2）正常和擾動工況下，通過限定阻尼器活塞的運動范圍以及低速運動時的摩擦阻力，如果流量控制閥使用的是提升閥，則需要限定閥門閉鎖的速度范圍，來保證正常運行工況下阻尼器不會對設備施加外力。

（3）限定在事故工況（地震或斷管）下阻尼器控制閥的閉鎖速度。

（4）在正常和擾動工況，要求阻尼器能承受由OBE引起的載荷。在事故工況下，要求阻尼器能承受由SSE及斷管引起的極限載荷。

（5）阻尼器活塞的行程應能滿足最大熱位移量的要求;

（6）大型液壓阻尼器在承受最大載荷作用后能夠保證結構的完整性。

4大型液壓阻尼器的布置

以M310堆型為例，主回路每個環路有7臺大型液壓阻尼器，其中4臺布置在蒸汽發生器隔間，3臺布置在主泵隔間。

蒸汽發生器用大型液壓阻尼器抗沖擊能力為850噸。兩組（每組兩臺）液壓阻尼器分別布置在蒸汽發生器兩側，并與主管道熱段中心線平行。液壓阻尼器的活動端與抱環焊接箱連接，固定端與埋入蒸汽發生器隔間墻壁內的錨固件連接。

每臺主泵安裝有3臺大型液壓阻尼器。3臺阻尼器的活動端分別由其連接桿與泵殼法蘭相連，阻尼器固定端與錨固在主泵隔間混凝土墻上的陰支座相連。與主泵進水管道平行方向布置一個抗沖擊能力為850噸的液壓阻尼器，與主泵出口平行方向布置兩個抗沖擊能力為650噸的液壓阻尼器。

5國外主要公司大型液壓阻尼器的特點

目前，已知大型液壓阻尼器的可供貨廠家主要有德國LISEGA公司、法國QUIRI公司、日本NHK公司等。

5.1 德國LISEGA公司

德國LISEGA公司和日本NHK公司生產的阻尼器基本結構類似。這兩個廠家的大型液壓阻尼器與小型液壓阻尼器功能相同，但是結構不同。小型液壓阻尼器缸體內包括工作腔和平衡油腔。平衡油腔用于補償活塞桿的運動以及溫度變化引起的液壓油體積的變化。由于大型液壓阻尼器特殊的尺寸比例，因此在缸體外配置平衡儲油器來補償液壓油體積的變化。液壓阻尼器缸體側為固定端，活塞桿一側為活動端，活塞桿帶動活塞在缸體內活動。為了防止缸體、端接頭組件和活塞之間連接處的滲漏，裝設有專用密封件。液壓阻尼器上的端接頭通過銷子連接到支承上，并用開口銷固定。

5.2 法國QUIRI公司

法國QUIRI公司曾為大亞灣核電站提供大型液壓阻尼器。法國QUIRI公司的早期產品和以上介紹的產品型式類似，經過對設計的改進 QUIRI公司的產品推出了新的設計。在新的設計中，大型液壓阻尼器與小型液壓阻尼器的工作原理和結構是一樣，缸體內分為工作腔和補償油腔。QUIRI公司的大型液壓阻尼器主要特點之一是采用內置波紋管補償結構來補償液壓油體積的變化。阻尼器外形為圓柱體，沒有外置的平衡儲油器。大型阻尼器的缸體和一端連接耳整體鍛造，活塞桿和另一端連接耳整體鍛造，機械性能和抗疲勞性能較好。

6結論

大型液壓阻尼器用于保護反應堆冷卻劑系統中的蒸汽發生器、主泵在事故工況下（地震或主管道斷裂）免受破壞，對保證一回路的安全起著十分重要的作用。目前，中小型的液壓阻尼器已經實現國產化，而大型液壓阻尼器需要在國外采購。對大型液壓阻尼器進行更深入的研究，是設備國產化的重要前提。

參考文獻：

[1] 陳永祁，崔禹成，馬良喆.核電廠阻尼器的應用及創新[J].核安全，2020，19（1）：58-67.