核电站用大型液压阻尼器研究

薛静 贝晨 谷振杰

摘要：核电站中的大型液压阻尼器是用来保护蒸汽发生器和主泵在事故工况下免受破坏的装置。本文介绍了大型液压阻尼器的原理、性能要求以及布置特点。同时，介绍了国外主要液压阻尼器供货商生产的大型液压阻尼器的结构和特点。

关键词：大型液压阻尼器 原理 布置

1概述

在核电站中，阻尼器是用来保护设备和管道在遭受突加载荷时免受破坏的装置。核电站中应用的阻尼器，按照设计原理不同可以分为液压阻尼器和机械阻尼器[1]。虽然两种类型的阻尼器各有优势，但是运行经验反馈表明，液压阻尼器性能要优于机械阻尼器。因此，国内核电站中使用的阻尼器多为液压阻尼器。在核电站中，大型液压阻尼器主要用在主泵和蒸汽发生器上。

2液压阻尼器的原理

液压阻尼器主要由缸体和连接件组成。缸体内部，工作腔由活塞分隔成两个腔室，由控制阀组件连通，活塞在缸体内可以做双向运动。在缸体内设计有补偿油腔或在液压阻尼器外配备储油器，以补偿活塞杆拉压造成的液压油体积变化。缸体外部，活塞杆一端为活动端，与设备或管道连接;缸体末端为固定端，与土建或钢结构连接。

液压阻尼器是基于当高速工作油流过小孔时，在由活塞隔开的两小室间产生压差的原理。各种类型液压阻尼器的结构形式基本相同，其功能不同主要取决于控制阀组件结构和油路不同。在核电站中，液压阻尼器主要用于承受安全阀喷流反作用以及抗地震和一般振动。抗地震和一般振动的液压阻尼器控制阀采用节流阀或提升阀，该类液压阻尼器用于管道和设备，其工作原理为：在活塞速度达到阀门闭锁速度之前，控制阀组处于常开状态，液压油可以自由流动，不产生附加阻力。当高速振动载荷作用于阻尼器时，活塞杆带动活塞在缸体内快速移动，当移动速度大于阀门闭锁速度时，控制阀组关闭，活塞两端存在很大压差，产生很大的阻尼力。控制阀上设计有泄流口，当阀门闭锁时液压油可以有微量流动。当冲击载荷消失后，阀门开启。承受安全阀喷流反作用的液压阻尼器控制阀采用逆止阀，该类型的控制阀为单向作用。控制阀上没有任何泄流口，因此控制阀关闭时活塞杆没有位移。当安全阀喷流时产生很大的阻尼力，直到安全阀喷流结束。

3大型液压阻尼器的性能要求

反应堆冷却剂系统中主泵和蒸汽发生器上所用的大型液压阻尼器是为承受大负载而设计。该设备抗震类别为1I类，RCCM规范等级为S1级。

为保证大型液压阻尼器能够满足设计的需要，要限定阻尼器以下性能：

（1）刚度是阻尼器主要特性参数。刚度定义为载荷变量与全部部件的变形变量之比。

（2）正常和扰动工况下，通过限定阻尼器活塞的运动范围以及低速運动时的摩擦阻力，如果流量控制阀使用的是提升阀，则需要限定阀门闭锁的速度范围，来保证正常运行工况下阻尼器不会对设备施加外力。

（3）限定在事故工况（地震或断管）下阻尼器控制阀的闭锁速度。

（4）在正常和扰动工况，要求阻尼器能承受由OBE引起的载荷。在事故工况下，要求阻尼器能承受由SSE及断管引起的极限载荷。

（5）阻尼器活塞的行程应能满足最大热位移量的要求;

（6）大型液压阻尼器在承受最大载荷作用后能够保证结构的完整性。

4大型液压阻尼器的布置

以M310堆型为例，主回路每个环路有7台大型液压阻尼器，其中4台布置在蒸汽发生器隔间，3台布置在主泵隔间。

蒸汽发生器用大型液压阻尼器抗冲击能力为850吨。两组（每组两台）液压阻尼器分别布置在蒸汽发生器两侧，并与主管道热段中心线平行。液压阻尼器的活动端与抱环焊接箱连接，固定端与埋入蒸汽发生器隔间墙壁内的锚固件连接。

每台主泵安装有3台大型液压阻尼器。3台阻尼器的活动端分别由其连接杆与泵壳法兰相连，阻尼器固定端与锚固在主泵隔间混凝土墙上的阴支座相连。与主泵进水管道平行方向布置一个抗冲击能力为850吨的液压阻尼器，与主泵出口平行方向布置两个抗冲击能力为650吨的液压阻尼器。

5国外主要公司大型液压阻尼器的特点

目前，已知大型液压阻尼器的可供货厂家主要有德国LISEGA公司、法国QUIRI公司、日本NHK公司等。

5.1 德国LISEGA公司

德国LISEGA公司和日本NHK公司生产的阻尼器基本结构类似。这两个厂家的大型液压阻尼器与小型液压阻尼器功能相同，但是结构不同。小型液压阻尼器缸体内包括工作腔和平衡油腔。平衡油腔用于补偿活塞杆的运动以及温度变化引起的液压油体积的变化。由于大型液压阻尼器特殊的尺寸比例，因此在缸体外配置平衡储油器来补偿液压油体积的变化。液压阻尼器缸体侧为固定端，活塞杆一侧为活动端，活塞杆带动活塞在缸体内活动。为了防止缸体、端接头组件和活塞之间连接处的渗漏，装设有专用密封件。液压阻尼器上的端接头通过销子连接到支承上，并用开口销固定。

5.2 法国QUIRI公司

法国QUIRI公司曾为大亚湾核电站提供大型液压阻尼器。法国QUIRI公司的早期产品和以上介绍的产品型式类似，经过对设计的改进 QUIRI公司的产品推出了新的设计。在新的设计中，大型液压阻尼器与小型液压阻尼器的工作原理和结构是一样，缸体内分为工作腔和补偿油腔。QUIRI公司的大型液压阻尼器主要特点之一是采用内置波纹管补偿结构来补偿液压油体积的变化。阻尼器外形为圆柱体，没有外置的平衡储油器。大型阻尼器的缸体和一端连接耳整体锻造，活塞杆和另一端连接耳整体锻造，机械性能和抗疲劳性能较好。

6结论

大型液压阻尼器用于保护反应堆冷却剂系统中的蒸汽发生器、主泵在事故工况下（地震或主管道断裂）免受破坏，对保证一回路的安全起着十分重要的作用。目前，中小型的液压阻尼器已经实现国产化，而大型液压阻尼器需要在国外采购。对大型液压阻尼器进行更深入的研究，是设备国产化的重要前提。

参考文献：

[1] 陈永祁，崔禹成，马良喆.核电厂阻尼器的应用及创新[J].核安全，2020，19（1）：58-67.