设备用液压阻尼器静刚度研究

卢小青+贺枫+王雪晖

摘 要：设备液压阻尼器用来连接蒸汽发生器或反应堆冷却剂泵和混凝土，在正常运行或扰动工况下允许设备因系统温度和压力变化而引起的自由缓慢移动；在地震或管道断裂事故工况下应能变成一个刚性支撐来限制设备的位移。静刚度K是设备液压阻尼器的一个主要的机械特性参数，《核岛主设备支承用液压阻尼器设备规格书》对刚度K提出了测试方法和要求数值。设备液压阻尼器在结构设计完成后，刚度K确定，当该设计值大于要求值，需要对静刚度进行调整，研究的对象静刚度可调，满足规格书的要求。

关键词：核岛主设备支承用液压阻尼器；静刚度；最大载荷；总位移

中图分类号：TB535.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0080-01

1 设备阻尼器静刚度定义及要求

1.1 静刚度的定义

设备液压阻尼器静刚度值K的定义为：设备液压阻尼器（包括销座和销轴）所承受的载荷（Fn）与其在承载条件下测得的总变形（S）的比值，计算公式为：K=Fn/S。

由上述公式可以得出：总变形S数值的大小影响刚度值，并与K成反比关系。

1.2 试验方法

设备液压阻尼器静刚度试验需考虑以下两个因素：

（1）阻尼阀组应用专用塞子替代；

（2）被测对象与试验工装间的连接间隙应予以去除。

1.3 影响刚度的因素

设备液压阻尼器在承载条件下的总变形S经分析主要由以下三部分构成（S=S1+S2+S3）。

零件的弹性变形量S1：承载零件的弹性变形量与制造材料的弹性模量、零件结构尺寸相关。

液压油的压缩变形量S2：可压缩性是液压油的基本物理性能之一，在实际应用中以体积模量来表示液体抵抗压缩能力的大小。设备阻尼器的工作压强为40～60MPa，液压油在该压强下会产生压缩变形量S2。

连接间隙S3：设备液压阻尼器结构中存在螺纹连接间隙，销轴与销座的连接间隙，销轴与关节轴承的间隙，关节轴承的径向游隙。

2 设备液压阻尼器样机设计准则

按照RCC-M压水堆核岛机械设备设计和建造规则H篇支承件规定设备液压阻尼器属于S1级“标准支承件”。设备液压阻尼器按照RCC-M规范H篇S1级支承件有关的特征，依据RCC-MH3200“S1级支承件的设计规则”设计。

3 静刚度的分析

根据1.3节分析阻尼器的总变形量S主要有三个方面的变形量有关：

零件的弹性变形量S1：阻尼器在结构设计完成后，确定其零件材料和结构，在相同的载荷下则S1为定值，无法调整。

液压油的压缩变形量S2：在阻尼器的结构设计确定后，相同的压强的作用下，液压油的压缩变形量稳定，S2对应的变形量稳定，无法调整。

连接间隙S3：S3为液压阻尼器内部连接间隙。若S3增加，液压阻尼器动态性能中的空动位移量≤2mm的要求无法保证。因此该值不适合调整。

液压阻尼器的静刚度在实际测试中，K值大于要求值。按照规格书要求，满足K值要求的液压阻尼器总变形量需达到6.8mm。按照理论分析和实际测试结果来看，零件的弹性变形量S1为2.3mm，液压油的压缩变形量S2为1.2mm，连接间隙S3为0.6mm，总变形量为4.1mm，为满足静刚度要求则需总变形量增加2.7mm。但考虑到阻尼器整体强度和结构的稳定性，阻尼器的零部件不能出现任何的塑形变形。静刚度和强度问题成了一对矛盾体。

综上所述，需在阻尼器内部加入一个变形量使设备用液压阻尼器既能满足强度要求又能满足静刚度要求。

4 静刚度调整方法

通过改进阻尼器工作腔内部结构，安装内置液压油贮存空间的弹簧装置，弹簧的刚度K值满足工作压强下弹簧装置能被压缩L4位移的要求。

图1：内置弹簧结构示意图，通过设计弹簧的刚度满足位移的要求。

图2：内置弹簧压缩空间示意图，内置弹簧被工作腔压强压缩产生位移L4。

图3：阻尼器内部结构示意图，有杆腔（活塞杆端）为拉方向，无杆腔为压方向。

当阻尼器实测后，拉方向的刚度偏大，需要增加一个L1位移，根据流体体积相等原则，A1*L1=*L4*n，液压油贮存空间满足L1位移空间，就能很好的降低阻尼器的静刚度。

当阻尼器实测后，压方向的刚度偏大，需要增加一个L2位移，根据流体体积相等原则，A1*L2=*L4*n，液压油贮存空间满足L2位移空间，就能很好的降低阻尼器的静刚度。

A1为有杆腔面积，A2为无杆腔的面积，n为工作腔内置弹簧结构总个数。

5 结语

综上所述，根据理论计算和实际测试来看，在保证设备液压阻尼器结构安全，本体静刚度又偏大情况下，可通过设计合适弹簧刚度和内置液压油贮存空间就能实现对静刚度调节，满足规格书要求。

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