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(hù)蒸汽發(fā)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(diǎn)。同時(shí)，介紹了國外主要液壓阻尼器供貨商生產(chǎn)的大型液壓阻尼器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。

關(guān)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(hù)設(shè)備和管道在遭受突加載荷時(shí)免受破壞的裝置。核電站中應(yīng)用的阻尼器，按照設(shè)計(jì)原理不同可以分為液壓阻尼器和機(jī)械阻尼器[1]。雖然兩種類型的阻尼器各有優(yōu)勢，但是運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋表明，液壓阻尼器性能要優(yōu)于機(jī)械阻尼器。因此，國內(nèi)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(fā)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(nèi)部，工作腔由活塞分隔成兩個(gè)腔室，由控制閥組件連通，活塞在缸體內(nèi)可以做雙向運(yùn)動(dòng)。在缸體內(nèi)設(shè)計(jì)有補(bǔ)償油腔或在液壓阻尼器外配備儲(chǔ)油器，以補(bǔ)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(dòng)端，與設(shè)備或管道連接;缸體末端為固定端，與土建或鋼結(jié)構(gòu)連接。

液壓阻尼器是基于當(dāng)高速工作油流過小孔時(shí)，在由活塞隔開的兩小室間產(chǎn)生壓差的原理。各種類型液壓阻尼器的結(jié)構(gòu)形式基本相同，其功能不同主要取決于控制閥組件結(jié)構(gòu)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(dòng)?？沟卣鸷鸵话阏駝?dòng)的液壓阻尼器控制閥采用節(jié)流閥或提升閥，該類液壓阻尼器用于管道和設(shè)備，其工作原理為：在活塞速度達(dá)到閥門閉鎖速度之前，控制閥組處于常開狀態(tài)，液壓油可以自由流動(dòng)，不產(chǎn)生附加阻力。當(dāng)高速振動(dòng)載荷作用于阻尼器時(shí)，活塞桿帶動(dòng)活塞在缸體內(nèi)快速移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)速度大于閥門閉鎖速度時(shí)，控制閥組關(guān)閉，活塞兩端存在很大壓差，產(chǎn)生很大的阻尼力?？刂崎y上設(shè)計(jì)有泄流口，當(dāng)閥門閉鎖時(shí)液壓油可以有微量流動(dòng)。當(dāng)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。控制閥上沒有任何泄流口，因此控制閥關(guān)閉時(shí)活塞桿沒有位移。當(dāng)安全閥噴流時(shí)產(chǎn)生很大的阻尼力，直到安全閥噴流結(jié)束。

3大型液壓阻尼器的性能要求

反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中主泵和蒸汽發(fā)生器上所用的大型液壓阻尼器是為承受大負(fù)載而設(shè)計(jì)。該設(shè)備抗震類別為1I類，RCCM規(guī)范等級為S1級。

為保證大型液壓阻尼器能夠滿足設(shè)計(jì)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(shù)。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(dòng)工況下，通過限定阻尼器活塞的運(yùn)動(dòng)范圍以及低速運(yùn)動(dòng)時(shí)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(yùn)行工況下阻尼器不會(huì)對設(shè)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(dòng)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(gè)環(huán)路有7臺(tái)大型液壓阻尼器，其中4臺(tái)布置在蒸汽發(fā)生器隔間，3臺(tái)布置在主泵隔間。

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

每臺(tái)主泵安裝有3臺(tái)大型液壓阻尼器。3臺(tái)阻尼器的活動(dòng)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(jìn)水管道平行方向布置一個(gè)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(gè)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(diǎn)

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(chǎn)的阻尼器基本結(jié)構(gòu)類似。這兩個(gè)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(jié)構(gòu)不同。小型液壓阻尼器缸體內(nèi)包括工作腔和平衡油腔。平衡油腔用于補(bǔ)償活塞桿的運(yùn)動(dòng)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(chǔ)油器來補(bǔ)償液壓油體積的變化。液壓阻尼器缸體側(cè)為固定端，活塞桿一側(cè)為活動(dòng)端，活塞桿帶動(dòng)活塞在缸體內(nèi)活動(dòng)。為了防止缸體、端接頭組件和活塞之間連接處的滲漏，裝設(shè)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(chǎn)品和以上介紹的產(chǎn)品型式類似，經(jīng)過對設(shè)計(jì)的改進(jìn) QUIRI公司的產(chǎn)品推出了新的設(shè)計(jì)。在新的設(shè)計(jì)中，大型液壓阻尼器與小型液壓阻尼器的工作原理和結(jié)構(gòu)是一樣，缸體內(nèi)分為工作腔和補(bǔ)償油腔。QUIRI公司的大型液壓阻尼器主要特點(diǎn)之一是采用內(nèi)置波紋管補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來補(bǔ)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(chǔ)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(jī)械性能和抗疲勞性能較好。

6結(jié)論

大型液壓阻尼器用于保護(hù)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中的蒸汽發(fā)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(jīng)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)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(jìn)行更深入的研究，是設(shè)備國產(chǎn)化的重要前提。

參考文獻(xiàn)：

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