設備用液壓阻尼器靜剛度研究

盧小青+賀楓+王雪暉

摘 要：設備液壓阻尼器用來連接蒸汽發生器或反應堆冷卻劑泵和混凝土，在正常運行或擾動工況下允許設備因系統溫度和壓力變化而引起的自由緩慢移動；在地震或管道斷裂事故工況下應能變成一個剛性支撐來限制設備的位移。靜剛度K是設備液壓阻尼器的一個主要的機械特性參數，《核島主設備支承用液壓阻尼器設備規格書》對剛度K提出了測試方法和要求數值。設備液壓阻尼器在結構設計完成后，剛度K確定，當該設計值大于要求值，需要對靜剛度進行調整，研究的對象靜剛度可調，滿足規格書的要求。

關鍵詞：核島主設備支承用液壓阻尼器；靜剛度；最大載荷；總位移

中圖分類號：TB535.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0080-01

1 設備阻尼器靜剛度定義及要求

1.1 靜剛度的定義

設備液壓阻尼器靜剛度值K的定義為：設備液壓阻尼器（包括銷座和銷軸）所承受的載荷（Fn）與其在承載條件下測得的總變形（S）的比值，計算公式為：K=Fn/S。

由上述公式可以得出：總變形S數值的大小影響剛度值，并與K成反比關系。

1.2 試驗方法

設備液壓阻尼器靜剛度試驗需考慮以下兩個因素：

（1）阻尼閥組應用專用塞子替代；

（2）被測對象與試驗工裝間的連接間隙應予以去除。

1.3 影響剛度的因素

設備液壓阻尼器在承載條件下的總變形S經分析主要由以下三部分構成（S=S1+S2+S3）。

零件的彈性變形量S1：承載零件的彈性變形量與制造材料的彈性模量、零件結構尺寸相關。

液壓油的壓縮變形量S2：可壓縮性是液壓油的基本物理性能之一，在實際應用中以體積模量來表示液體抵抗壓縮能力的大小。設備阻尼器的工作壓強為40～60MPa，液壓油在該壓強下會產生壓縮變形量S2。

連接間隙S3：設備液壓阻尼器結構中存在螺紋連接間隙，銷軸與銷座的連接間隙，銷軸與關節軸承的間隙，關節軸承的徑向游隙。

2 設備液壓阻尼器樣機設計準則

按照RCC-M壓水堆核島機械設備設計和建造規則H篇支承件規定設備液壓阻尼器屬于S1級“標準支承件”。設備液壓阻尼器按照RCC-M規范H篇S1級支承件有關的特征，依據RCC-MH3200“S1級支承件的設計規則”設計。

3 靜剛度的分析

根據1.3節分析阻尼器的總變形量S主要有三個方面的變形量有關：

零件的彈性變形量S1：阻尼器在結構設計完成后，確定其零件材料和結構，在相同的載荷下則S1為定值，無法調整。

液壓油的壓縮變形量S2：在阻尼器的結構設計確定后，相同的壓強的作用下，液壓油的壓縮變形量穩定，S2對應的變形量穩定，無法調整。

連接間隙S3：S3為液壓阻尼器內部連接間隙。若S3增加，液壓阻尼器動態性能中的空動位移量≤2mm的要求無法保證。因此該值不適合調整。

液壓阻尼器的靜剛度在實際測試中，K值大于要求值。按照規格書要求，滿足K值要求的液壓阻尼器總變形量需達到6.8mm。按照理論分析和實際測試結果來看，零件的彈性變形量S1為2.3mm，液壓油的壓縮變形量S2為1.2mm，連接間隙S3為0.6mm，總變形量為4.1mm，為滿足靜剛度要求則需總變形量增加2.7mm。但考慮到阻尼器整體強度和結構的穩定性，阻尼器的零部件不能出現任何的塑形變形。靜剛度和強度問題成了一對矛盾體。

綜上所述，需在阻尼器內部加入一個變形量使設備用液壓阻尼器既能滿足強度要求又能滿足靜剛度要求。

4 靜剛度調整方法

通過改進阻尼器工作腔內部結構，安裝內置液壓油貯存空間的彈簧裝置，彈簧的剛度K值滿足工作壓強下彈簧裝置能被壓縮L4位移的要求。

圖1：內置彈簧結構示意圖，通過設計彈簧的剛度滿足位移的要求。

圖2：內置彈簧壓縮空間示意圖，內置彈簧被工作腔壓強壓縮產生位移L4。

圖3：阻尼器內部結構示意圖，有桿腔（活塞桿端）為拉方向，無桿腔為壓方向。

當阻尼器實測后，拉方向的剛度偏大，需要增加一個L1位移，根據流體體積相等原則，A1*L1=*L4*n，液壓油貯存空間滿足L1位移空間，就能很好的降低阻尼器的靜剛度。

當阻尼器實測后，壓方向的剛度偏大，需要增加一個L2位移，根據流體體積相等原則，A1*L2=*L4*n，液壓油貯存空間滿足L2位移空間，就能很好的降低阻尼器的靜剛度。

A1為有桿腔面積，A2為無桿腔的面積，n為工作腔內置彈簧結構總個數。

5 結語

綜上所述，根據理論計算和實際測試來看，在保證設備液壓阻尼器結構安全，本體靜剛度又偏大情況下，可通過設計合適彈簧剛度和內置液壓油貯存空間就能實現對靜剛度調節，滿足規格書要求。

參考文獻

[1]蘇欣平，劉士通主編.工程機械液壓與液力傳動[M].北京：北京電力出版社，2016，3.

[2]方熙權，姜建軍.防城港核電廠二期工程《核島主設備支承用液壓阻尼器設備規格書》[R].廣州：深圳中廣核工程設計有限公司，2015，9.

[3]鐘林秀，施永斌主編，國核壓水堆示范工程《蒸汽發生器支撐用阻尼器規范書》[R].上海：上海核工程研究設計院，2014，11.

[4]倪忠，錢亞鵬.《Q320412GLD002-2016大型液壓阻尼器技術條件》[R].江蘇：常州格林電力機械制造有限公司，2016，12.