阻尼器在核电站管道设计中的应用

阻尼器在核电站管道设计中的应用
摘要：阻尼器是在核电厂主要管道和设备遭受突加载荷时保护其免受破坏的重
要物项，其安装精度要求较高。

本文通过对核电项目阻尼器的安装分析，对液压
式阻尼器在核电站的安装提供指导，并针对安装过程中可能存在的问题提供解决
方法。

关键词：液压式阻尼器；安装长度；调整；力学分析；局部坐标系
前言
液压阻尼器是上世纪70年代发展起来的一种对速度反应灵敏的震动控制装置，其性能特点可以用“刚柔并济”四个字来概括。

在管道处于正常工况下，它能够适
应管道因热胀冷缩而引起的缓慢移动，而对管道几乎没有阻尼，即所谓的“柔”；
在特殊工况下（如地震和压力瞬态等），管道受到瞬间冲击时，液压阻尼器就能
变成近似于一种刚性机构来支撑管线，保护所支撑的管道不会因承受偶然冲击载
荷而损坏，即所谓“刚”。

因液压阻尼器具有此特殊性能，故其广泛应用于火电厂，核电厂及化工行业的管路、重要设备的抗震。

一阻尼器概述
1.1功能与结构
阻尼器，是通过提供运动的阻力，耗减运动能量的装置，主要适用于管道及
设备的抗振。

核电厂管道和设备在遭受突加载荷（地震和压力瞬态等）时常用阻
尼器来保护其免受破坏。

阻尼器对正常热膨胀引起的缓慢运动不产生约束作用；
当承受突加载荷时，阻尼器变成刚性支撑来限制位移，从而达到保护管道或设备
免受破坏。

阻尼器根据结构上的不同，主要分为两类：液压式阻尼器和机械式阻尼器。

在核电站中，液压式阻尼器应用相对较多，且关键部位的大型阻尼器绝大部分为
液压式阻尼器，因此，下面主要针对液压式阻尼器进行介绍。

液压阻尼器的优点：在管道热膨胀过程中，液压阻尼器允许管道自由热位移，而不对管道产生附加应力；载荷范围大（最大可至600kN）；工作行程长（最大
可至500mm）；不会与管道或设备产生共振；适应各种工作环境（如高温、低温、高湿、高盐度、粉尘、核辐照等）。

液压阻尼器的缺点：对低幅高频或高幅低频的振动不能有效地控制，该场合
宜采用弹簧减振器。

液压式阻尼器主要由阻尼器缸体、铰接杆和销座组成。

阻尼器缸体由两个圆
柱形筒体相套组成，其中内侧筒体上刻有环线，显示阻尼器的行程刻度值，在阻
尼器缸体内部装有活塞、液压油（苯甲基硅油）、弹簧等部件。

当阻尼器受到缓
慢载荷时，内部的液压油可以通过两筒体间的微小间隙来回流动，这样两筒体就
可以相对运动，从而实现阻尼器行程刻度的变化；当阻尼器受到突加载荷时，液
压油来不及通过间隙，阻尼器缸体的两筒体锁住使阻尼器变成刚性连接，从而达
到限制位移、保护物项的功能。

1.2规格与参数
阻尼器安装过程最为重要的4个参数：L（“安装长度”）、A（“销座高度”）、“行程”和“名义长度”。

L为阻尼器两销座底面间的距离，也是一般意义上的“安装
长度”；A为销座底面到销孔间的距离；L-2×A即为两销孔间的距离。

二液压阻尼器的选型流程
2.1核电厂工艺系统管道初步布置设计完成后，对于需满足抗震设计要求的管道，将管道初步布置设计条件提交力学专业进行应力计算；力学专业通过管道应
力计算，对于因在各类工况下管道热位移较大的位置点设置阻尼器支撑，以便满
足管线应力计算准则的要求，并将计算报告反馈布置专业，进行阻尼器选型和设计。

2.2阻尼器选型：根据管道应力计算结论，在需设置阻尼器位置点上根据项目已有的阻尼器设计参数进行管道阻尼器的选型，选型过程中应确保所选阻尼器的
载荷满足应力计算给出的最大载荷值，所选阻尼器的有效行程满足应力计算给出
的最大热位移值，并留有一定余量。

2.3确定阻尼器的冷态安装长度：在管道正常运行时，且布置条件允许的情况下推荐将阻尼器处于半行程位置，因此根据管道应力计算报告中的正常工况下的
热位置值，对管道阻尼器进行预压或预拉值计算，即确定阻尼器的冷态安装位置，以便使管道在热态时阻尼器处于半行程位置。

2.4阻尼器的最终校核：根据应力报告中给出的最大热位移，校核阻尼器在热态处于半行程时，各类工况下是否均处于有效行程内（行程刻度两端均留有余量≧10mm），如无法满足要求，应调整阻尼器的冷态安装位置，以便使阻尼器在
任何工况下均处于有效行程中。

三阻尼器安装注意事项
3.1 由于土建预埋偏差，阻尼器预埋板处需要加焊楔形垫板保证阻尼器轴线与
管道垂直；
3.2 成90°安装的两阻尼器支管由于管径较大，无法在竖直管道同一标高上进
行焊接，需上下错开一定距离安装。

四阻尼器的校核
阻尼器在实际应用中，需对阻尼器进行校验，阻尼器的校核方法与步骤如下： 4.1根据力学分析报告判断最大位移的正方向
阻尼器清单中有“安装长度”、“名义长度”和“最大位移”三个重要参数，其中“最大位移”包括“DU”、“DV”和“DW”三个参数，与力学分析报告中相对应。

在管道力学计算时分两种坐标系：全厂坐标系和局部坐标系。

当阻尼器的安
装轴线与全厂坐标系轴线平行时，即可直接按照全厂坐标进行计算，在力学报告
中表示为“GENERAL AXIS SYST”和“DX DY DZ”。

例如，若阻尼器轴线与Y轴平行，则“DY”对应数据即为阻尼器在各种工况下的正负位移量。

当阻尼器斜装时，需要以管道对阻尼器的作用点为原点，将全厂坐标系的X
轴进行空间旋转，使之与阻尼器轴线重合，变化为局部坐标系进行计算，在力学
报告中表示为“LOCAL AXIS SYST”和“DU DV DW”。

此外，在对X轴进行空间旋转时，涉及三个角度：“PSI”、“THETA”和“PHI”，“PSI”为绕Z轴旋转，“THETA”为绕Y轴旋转，PHI为绕X轴旋转，旋转符合右手法则。

由于规定为X轴旋转与阻尼器重合，因此只要核对“DU”对应数据即可。

旋转
完成后，看管道对阻尼器的作用力的方向与X轴正方向相同还是相反，相同即为正，反之为负。

4.2根据力学报告中的正负最大偏移量修正安装长度并判断是否超行程
4.3整理、修改阻尼器清单及支架组装图
在按照上述步骤核对、修改完阻尼器的安装参数后，需要对阻尼器清单和支
架组装图进行整理和修改。

五液压阻尼器的维护
使用阻尼器的主要目的是防止偶发事件（地震或压力瞬变等）对管道及设备
造成破坏，因此，在阻尼器服役期间须进行必要的检查维护，保证实现正常功能。

5.1定期检查（每年至少1次）
5.1.1检查阻尼器的铭牌数据、安装位置、元件连接是否符合相关规定；
5.1.2检查阻尼器的零部件是否有缺失，如有缺失应立即装上新零件；
5.1.3检查承载件包括附近钢结构是否有异常变形现象；
5.1.4销座组件及管部的焊缝是否有裂纹，焊角高度是否符合设计要求；
5.1.5检查阻尼器活塞位置，确保阻尼器处在有效行程内；
5.1.6检查阻尼器是否有渗漏油现象，如有应及时进行维修。

5.2全面检查（5年1次）
5.2.1全面检查应预先制订计划，并由专业制造厂家执行；
5.2.2根据阻尼器的运行工况，每种型号阻尼器任选2台拆卸下来进行性能测试，检查阻尼器内部零件的磨损情况，液压介质和密封件的老化程度；
5.2.3根据检查记录，由设计人员分析液压介质及密封件是否需要更换，磨损
的零件是否需要返修或更换；
5.2.4全面检查后的阻尼器的性能应满足设计要求。

六结束语
液压阻尼器在核电站的实际应用中，由于存在土建施工及工艺管道安装偏差，从而影响阻尼器的正确安装，通过上述对液压阻尼器的分析，可对阻尼器的设计
及安装提供指导，保证实现其功能，达到保护物项的目的，对保障管道系统的正
常运行，有效避免额外的损失具有十分重要的意义。

参考文献
[1]《阻尼器安装技术要求》.0401AT315.A版.2006.
[2]《核级阻尼器技术规格书》.0401G4060.A版.2005.
[3]《ZN系列液压阻尼器用户安装使用指南》.常州格林.2006.。