設(shè)備用液壓阻尼器靜剛度研究

盧小青+賀楓+王雪暉

摘 要：設(shè)備液壓阻尼器用來連接蒸汽發(fā)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(shè)備因系統(tǒng)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(shè)備的位移。靜剛度K是設(shè)備液壓阻尼器的一個主要的機械特性參數(shù)，《核島主設(shè)備支承用液壓阻尼器設(shè)備規(guī)格書》對剛度K提出了測試方法和要求數(shù)值。設(shè)備液壓阻尼器在結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，剛度K確定，當該設(shè)計值大于要求值，需要對靜剛度進行調(diào)整，研究的對象靜剛度可調(diào)，滿足規(guī)格書的要求。

關(guān)鍵詞：核島主設(shè)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(shè)備阻尼器靜剛度定義及要求

1.1 靜剛度的定義

設(shè)備液壓阻尼器靜剛度值K的定義為：設(shè)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(shù)值的大小影響剛度值，并與K成反比關(guān)系。

1.2 試驗方法

設(shè)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(shè)備液壓阻尼器在承載條件下的總變形S經(jīng)分析主要由以下三部分構(gòu)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(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)。

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(shè)備阻尼器的工作壓強為40～60MPa，液壓油在該壓強下會產(chǎn)生壓縮變形量S2。

連接間隙S3：設(shè)備液壓阻尼器結(jié)構(gòu)中存在螺紋連接間隙，銷軸與銷座的連接間隙，銷軸與關(guān)節(jié)軸承的間隙，關(guān)節(jié)軸承的徑向游隙。

2 設(shè)備液壓阻尼器樣機設(shè)計準則

按照RCC-M壓水堆核島機械設(shè)備設(shè)計和建造規(guī)則H篇支承件規(guī)定設(shè)備液壓阻尼器屬于S1級“標準支承件”。設(shè)備液壓阻尼器按照RCC-M規(guī)范H篇S1級支承件有關(guān)的特征，依據(jù)RCC-MH3200“S1級支承件的設(shè)計規(guī)則”設(shè)計。

3 靜剛度的分析

根據(jù)1.3節(jié)分析阻尼器的總變形量S主要有三個方面的變形量有關(guān)：

零件的彈性變形量S1：阻尼器在結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，確定其零件材料和結(jié)構(gòu)，在相同的載荷下則S1為定值，無法調(diào)整。

液壓油的壓縮變形量S2：在阻尼器的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定后，相同的壓強的作用下，液壓油的壓縮變形量穩(wěn)定，S2對應的變形量穩(wěn)定，無法調(diào)整。

連接間隙S3：S3為液壓阻尼器內(nèi)部連接間隙。若S3增加，液壓阻尼器動態(tài)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(diào)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(guī)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(jié)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，阻尼器的零部件不能出現(xiàn)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(nèi)部加入一個變形量使設(shè)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(diào)整方法

通過改進阻尼器工作腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，安裝內(nèi)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(nèi)置彈簧結(jié)構(gòu)示意圖，通過設(shè)計彈簧的剛度滿足位移的要求。

圖2：內(nèi)置彈簧壓縮空間示意圖，內(nèi)置彈簧被工作腔壓強壓縮產(chǎn)生位移L4。

圖3：阻尼器內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jù)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(jù)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(nèi)置彈簧結(jié)構(gòu)總個數(shù)。

5 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)理論計算和實際測試來看，在保證設(shè)備液壓阻尼器結(jié)構(gòu)安全，本體靜剛度又偏大情況下，可通過設(shè)計合適彈簧剛度和內(nèi)置液壓油貯存空間就能實現(xiàn)對靜剛度調(diào)節(jié)，滿足規(guī)格書要求。

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