基于PDMS的核级管道阻尼器自动校核研究与应用

2015-06-16苏应斌唐涌涛肖韵菲

科技视界 2015年26期

苏应斌唐涌涛王帅肖韵菲黄伟

（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川成都 610041）

0 引言

阻尼器是管道和设备重要的安全保护装置，用来保护管道和设备在遭受突加载荷（地震和压力突变等）时免遭破坏，其对正常膨胀引起的缓慢运动不产生约束作用，当承受突加载荷时，阻尼器近似为刚性，可对管道及设备提供刚性支承，约束其位移，使其不受损害[1]。

目前国内在建电厂较多，在出版支吊架组装图时，阻尼器的型号及尺寸暂时按参考电站设计。待厂家阻尼器参数以及支吊点位移、载荷等输入确定后，必须对阻尼器型号及尺寸进行校核，以避免在电厂运行过程中阻尼器锁死或刚度不够导致失效。通常设计时需要人工查表、计算、对比分析，最后进行判定。由于阻尼器数量繁多，信息量大，计算过程数据多，导致校核工作繁杂耗时且易出错。因此，结合工程实际，基于PDMS平台，使用PML语言，开发了支吊架阻尼器校核程序。

1 设计过程

1.1 设计依据

阻尼器的选型是要确定阻尼器的刚度系列、行程系列以及安装长度，基本步骤如下：

（1）力学专业在管道应力分析计算过程中，如管道的地震应力过大，无法满足准则要求，同时若设置刚性支架，热膨胀应力不满足要求，此时就需要设置阻尼器。

（2）布置专业根据管径、地震载荷等因素和阻尼器型号参数表（见表1）初步选取阻尼器的刚度系列。

（3）力学专业根据阻尼器的刚度值来计算地震载荷，确认当前刚度系列的阻尼器载荷是否满足要求。

（4）根据支架点热位移、力学模型中阻尼器的方向以及阻尼器参数表中的半行程长度，计算阻尼器冷态安装长度，尽量使正常工况下阻尼器位于半行程状态[2]。

（5）根据支架点最大、最小位移、阻尼器的方向以及上一步计算得到的冷态安装长度，计算阻尼器的位移范围。

（6）根据位移范围选择合适的行程系列，使得阻尼器的位移处于有效行程内。

参考电站已给出了阻尼器的型号、安装方向及长度，因此就省去了（1）、（2）两项的工作，演变为阻尼器型号、安装长度的校核过程，见表1。

1.2 程序流程

本程序基于工程的实际需要，根据阻尼器型号、安装长度的校核步骤，在PDMS11.5.SP1 DESIGN模块下，利用可编程宏语言PML编写。

1.2.1 数据库搭建

阻尼器参数主要包括型号、载荷、工作行程、有效行程、半行程长度、底座高度等。基于PDMS可以调用CSV（逗号分隔）文件的特点，通过建立CSV文件，并在其中输入阻尼器的相关参数来实现数据库的搭建。

1.2.2 正常工况下计算分析

阻尼器在各种工况下长度的计算是通过在空间坐标系中取点，计算点与点之间的距离来实现的。取阻尼器两侧销子的中心点，连接管道，会随管道而移动的设为动点，与结构连接，固定不动的点为定点。建立一个X、Y、Z坐标系，坐标系的方向与管道轴测图保持一致，即+X为东，+Y为北，+Z为上。将冷态下动点的坐标设置为（0，0，0）点，然后根据参考图纸中给定的阻尼器方向、安装长度、底座高度，就可以计算出定点的坐标。

根据力学专业提供的热位移值，可在坐标系中确定正常工况下动点的坐标，从而计算出正常工况下阻尼器的长度。通过与阻尼器半行程长度、工作行程内最大和最小长度的对比，会出现以下三种情况：

（1）阻尼器刚好处于半行程状态，这是最理想的一种情况；

（2）阻尼器的长度已经超出了工作行程，需要修改阻尼器安装长度或型号；

（3）阻尼器未处于半行程状态，也未超出工作行程。

第（1）、（3）种情况需要通过事故工况下的计算来继续验证阻尼器设计是否符合要求，第（2）种情况需要通过事故工况下计算得到的数据来对阻尼器型号或尺寸进行修正。

1.2.3 事故工况下计算分析

通过事故工况下支架点的最大最小位移，在坐标系中选取位移最大和最小的动点，来计算动点和定点之间的距离，从而得到了阻尼器的最大和最小长度。计算动点与定点之间的距离可以等效为计算空间中某点到一个立方体的最大和最小长度。

通过与有效行程内最大和最小长度的对比会出现以下三种情况：（1）阻尼器最大和最小长度均在有效行程范围以内；

（2）阻尼器最大或者最小长度超出了有效行程的范围，但总的位移量小于有效行程；

（3）阻尼器的最大和最小长度均超出有效行程的范围。

1.2.4 综合分析判断

得到正常工况和事故工况的校核结果后，程序就可以对阻尼器设计是否符合要求来进行判断。阻尼器只有满足正常工况下（1）或（3）并且满足事故工况下（1）才是符合要求的。出现事故工况下第（2）种情况，就需要对安装长度进行修改，使阻尼器最大和最小长度在有效行程内。出现事故工况下第（3）种情况就需要对阻尼器型号进行修改，根据总位移量选择较大行程的阻尼器型号，在程序中输入后重新校核，使阻尼器最大和最小长度在有效行程内。

表1 阻尼器数据表Table.1 Snubber date

图1 首次校核结果Fig.1 The result of first check

图2 再次校核结果Fig.2 The result of second check

3 工程实例说明

下面通过典型的工程实例对程序的使用过程进行说明。

某支吊架组装图中阻尼器型号为DA5a，方向为W 35 S，冷态安装长度为730mm。输入以上信息，输出得到定点坐标（-483.3，-338.41，0）。

输入力学专业提供的热位移（-11，-22，-5），输出结果显示需修改阻尼器安装长度或换型，此时阻尼器压缩量为21（相对于阻尼器冷态安装长度），已经超出阻尼器工作行程1mm。

输入事故工况下的最大和最小位移（-32/18,-55/25,-15/12）,输出结果显示，阻尼器最大压缩状态时会超出行程，要求修改阻尼器安装长度或换型。同时显示压缩量为57，伸长量为29，二者之和总位移量86已经超出了DA5a的有效行程80，因此结论为阻尼器设计不符合要求，校核结果见图1。

在这种情况下，就需要调整阻尼器的型号和安装尺寸。根据阻尼器参数表，DA5b的有效行程为120，大于事故工况下阻尼器的位移总量86，因此选用DA5b重新进行校核。根据正常工况下阻尼器压缩量为21，半行程长度为800，将阻尼器安装长度定为821。在程序中输入新的阻尼器的型号以及安装长度，依次重新校核，输出结果如图4所示，正常工况下阻尼器正好位于半行程位置，事故工况下也未超出有效行程，因此得到的结论是重新选择的阻尼器型号及长度符合要求。