楊 冬

（江蘇核電有限公司， 江蘇 連云港 222042）

核島重要設(shè)備和管道液壓阻尼器的結(jié)構(gòu)及維護(hù)

楊 冬

（江蘇核電有限公司， 江蘇 連云港 222042）

為了使核島重要設(shè)備和管線在地震或事故工況下保證其安全性，在田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組核島重要設(shè)備和管道上，如蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓器波動(dòng)管線等，安裝有抗震液壓阻尼器。文章介紹了田灣核電站核島重要設(shè)備和管道使用的液壓阻尼器的結(jié)構(gòu)、功能、常見(jiàn)的缺陷，以及處理和對(duì)液壓阻尼器進(jìn)行的預(yù)防性維護(hù)及臺(tái)架試驗(yàn)等。

液壓阻尼器；缺陷；維護(hù)

核電廠的壽期一般為40～60年，在這樣長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)必須要考慮地震或者事故工況對(duì)核電廠設(shè)備、管道等造成的影響。為了保證核安全重要設(shè)備和管線在地震或事故工況下正常工作，降低核安全相關(guān)的事故后果、減小損失，在核安全重要設(shè)備和管線上安裝阻尼器，已經(jīng)是各個(gè)核電廠的普遍做法。

從20世紀(jì)60年代開(kāi)始至今，阻尼器的發(fā)展歷經(jīng)了由液壓式阻尼器到機(jī)械式阻尼器，再到液壓式阻尼器的發(fā)展過(guò)程。最初的液壓式阻尼器在使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)工作液泄漏的缺陷。機(jī)械式阻尼器采取純機(jī)械傳動(dòng)，不存在密封材料，因此可以做到?jīng)]有工作液泄漏。但機(jī)械式液壓阻尼器有很多不足之處，如載荷范圍小、結(jié)構(gòu)尺寸大；容易卡死，工作可靠性相對(duì)較差；工作過(guò)程中噪聲大；低速摩擦阻尼力較大。隨著科技的發(fā)展，液壓阻

尼器使用的密封材料和工作液相容性、密封材料的抗老化性能等不斷提升。由于其載荷范圍大、結(jié)構(gòu)尺寸小；不會(huì)卡死，工作可靠性高；低速摩擦阻尼力較小等優(yōu)點(diǎn)，液壓式阻尼器又重新獲得了發(fā)展。

1 田灣核電站重要設(shè)備和管道液壓阻尼器的結(jié)構(gòu)及功能

田灣核電站1、2號(hào)機(jī)組核島重要設(shè)備和管線使用的是俄羅斯設(shè)計(jì)、制造的液壓式阻尼器，安裝在蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓器波動(dòng)管線等處。按照所承受載荷的不同，分為4個(gè)型號(hào)。根據(jù)型號(hào)的不同，液壓阻尼器使用的工作液也不相同。

田灣核電站液壓阻尼器典型的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中所示的位置指示器（位號(hào)14）上有傳感器與控制柜相連，能夠?qū)⒁簤鹤枘崞鞯幕钊奈灰菩畔鬟f至控制室。

圖1 田灣核電站液壓阻尼器典型結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 A typical structure of hydraulic snubber of Tianwan Nuclear Power Station

位號(hào)10部分為工作液儲(chǔ)存罐。當(dāng)活塞壓縮，

工作液會(huì)被壓回儲(chǔ)存罐；當(dāng)活塞拉伸，工作液會(huì)流回液壓缸。儲(chǔ)存罐的底部裝有一個(gè)液位感應(yīng)探頭，當(dāng)液位低于此探頭時(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警，必須向儲(chǔ)存罐內(nèi)添加工作液。儲(chǔ)存罐的頂部有一個(gè)帶標(biāo)尺的頂蓋，標(biāo)尺上有兩道刻度線，每次添加工作液應(yīng)到兩個(gè)刻度線之間。另外，安裝的時(shí)候應(yīng)注意工作液儲(chǔ)存罐的安裝高度必須高出阻尼器530 mm，最高不超過(guò)2 500 mm。

圖1中活塞的整個(gè)行程為0～100 mm，在壽期內(nèi)活塞允許的往復(fù)整個(gè)行程的次數(shù)不超過(guò)250次。在液壓阻尼器的整個(gè)壽期內(nèi)允許承受的最大載荷的次數(shù)不超過(guò)100次。在有一回路冷卻劑泄漏的情況下，液壓阻尼器可以在周圍環(huán)境0.5 MPa，溫度最高150 ℃的情況下正常工作。在安全殼噴淋系統(tǒng)噴淋時(shí)，能夠耐受16～20 g/L硼酸溶液、100～150 mg/L的N2H4溶液，溫度最高達(dá)150 ℃的溶液，直接噴淋在液壓阻尼器本體上。

如圖1所示閥組包括2個(gè)閥座（位號(hào)6），2個(gè)閥芯（位號(hào)22），2個(gè)彈簧（位號(hào)21）和1個(gè)聯(lián)通管（位號(hào)20）。彈簧的作用是使閥芯在工作液靜止或流動(dòng)速度低于液壓阻尼器閉鎖速度時(shí)保持閥芯開(kāi)啟，不會(huì)截?cái)喙ぷ饕簭幕钊囊粋?cè)流往另一側(cè)的通道。當(dāng)液壓阻尼器因事故工況或地震而突然拉伸或壓縮，導(dǎo)致活塞突然移動(dòng)時(shí)，一側(cè)的工作液來(lái)不及全部流往另一側(cè)，導(dǎo)致彈簧兩側(cè)的壓力差達(dá)到某個(gè)設(shè)計(jì)值。在這時(shí)彈簧會(huì)被壓下，關(guān)閉工作液的流通通道，液壓阻尼器就會(huì)形成一個(gè)剛性支撐。在閥芯的中心設(shè)計(jì)有一個(gè)凹坑，2個(gè)側(cè)面小孔并在錐面上劃有一條線。根據(jù)阻尼器型號(hào)的不同，這些凹坑、小孔和線有所不同。

由于機(jī)組在啟、停堆時(shí)溫度的上升與下降會(huì)導(dǎo)致設(shè)備或管道的熱脹冷縮，通常這種熱脹冷縮的速率都比較小。在這種情況下，液壓阻尼器活塞會(huì)以低于閥組閉鎖的速率，一般是小于1 mm/s緩慢移動(dòng)，工作液通過(guò)連接閥組從活塞的一側(cè)流往另一側(cè)，從而使設(shè)備正常的膨脹或收縮。當(dāng)特殊工況下，如地震、水錘、汽錘時(shí)，設(shè)備或管道的突然位移導(dǎo)致活塞移動(dòng)速率很快，大于閥組的閉鎖速率，閥組閉鎖。工作液無(wú)法流動(dòng)，此時(shí)的液壓阻尼器就變成了一個(gè)剛性的支撐，保證了設(shè)備、管道在地震時(shí)的安全。液壓阻尼器閥組閉鎖后，活塞不是立即完全靜止不動(dòng)，而是有一個(gè)閉鎖后位移，用于補(bǔ)償管道受到?jīng)_擊后產(chǎn)生的位移量，達(dá)到緩沖的目的。

圖2為安裝在現(xiàn)場(chǎng)的液壓阻尼器。

圖2 安裝在現(xiàn)場(chǎng)的液壓阻尼器Fig.2 Two hydraulic snubbers installed on site

2 常見(jiàn)缺陷與維護(hù)

田灣核電站核島使用的這種液壓阻尼器，使用的是橡膠O型圈進(jìn)行密封，在缸體內(nèi)充注的是工作液。在液壓阻尼器閉鎖時(shí)，缸體內(nèi)工作液的壓力可達(dá)20～40 MPa(根據(jù)型號(hào)不同而不同)。在O型圈失效的情況下會(huì)造成液壓阻尼器泄漏，若不及時(shí)處理則會(huì)導(dǎo)致阻尼器失去設(shè)計(jì)功能。

另外，橡膠隨著時(shí)間增長(zhǎng)也會(huì)老化，因此橡膠O型圈有一定的壽命，一般來(lái)說(shuō)是10～12年。根據(jù)液壓阻尼器的運(yùn)行維修手冊(cè)，田灣核電站的液壓阻尼器每12年要更換一次各部位的橡膠O型圈、聚四氟乙烯墊圈和工作液等。

2.1 日常維護(hù)

日常維護(hù)的主要內(nèi)容有：

1）外觀檢查阻尼器表面有無(wú)變形、損壞，各部件有無(wú)變形損壞，活塞桿處有無(wú)泄漏痕跡；

2）各部分連接牢固，油箱、油管、位置指示器等連接部分無(wú)松動(dòng)；

3）檢查工作液儲(chǔ)存罐內(nèi)的工作液液位，液位應(yīng)位于液位尺兩刻度線中間；

4）檢查工作液儲(chǔ)存罐內(nèi)的濾網(wǎng)有無(wú)損壞、變形。

注意事項(xiàng)：

1) 露出殼體的活塞桿表面必須清潔，不允許有劃傷、壓痕等表面缺陷；

2) 用干凈的軟白布蘸酒精清潔活塞桿表面，不能使用硬的布或擦拭紙，防止損傷活塞桿表面。

實(shí)際工作中，日常維護(hù)時(shí)經(jīng)常遇到的缺陷是工作液液位低于要求范圍，原因可能是連接工作液儲(chǔ)存罐與液壓阻尼器的油管兩端法蘭的墊片失效，或法蘭未擰緊等。在補(bǔ)充工作液時(shí)要注意，不能加錯(cuò)型號(hào)。

2.2 解體檢修及臺(tái)架試驗(yàn)

2.2.1 解體檢修

若是發(fā)現(xiàn)活塞桿處有滲漏或者距上一次更換橡膠O型圈已有12年，則需要對(duì)液壓阻尼器進(jìn)行解體檢修，液壓阻尼器工作液泄漏的情況如圖3所示。

這時(shí)需要先將液壓阻尼器從設(shè)備或管道上取下，送至專用檢修場(chǎng)地進(jìn)行解體。

圖3 活塞處漏工作液Fig.3 Leakage of working fluid from the piston

需要注意的是：

1）在運(yùn)輸前應(yīng)制作專門的絲堵，安裝在液壓阻尼器本體油管的接口處，防止工作液從液壓缸內(nèi)流出，嚴(yán)禁液壓缸內(nèi)無(wú)工作液運(yùn)輸；

2）運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)采取措施，如包裹厚的軟布，保護(hù)活塞桿，防止劃傷活塞桿表面；

3）運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)制作專門的運(yùn)輸箱，固定阻尼器，防止碰撞、損傷。

在檢修車間內(nèi)，應(yīng)選擇一個(gè)通風(fēng)、照明良好，潔凈無(wú)塵的檢修區(qū)域。按照解體檢修程序?qū)ψ枘崞鬟M(jìn)行解體。解體過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：

1) 液壓阻尼器中凡與工作液接觸的部件均需用酒精清洗，各部件表面應(yīng)無(wú)腐蝕、破損和污垢等；

2) 在安裝密封圈時(shí)不允許扭曲、彎折密封圈，安裝前用工作液潤(rùn)滑一下新的密封圈；

3) 各部分密封圈更換完畢后，不允許缸體內(nèi)無(wú)工作液存放，應(yīng)立即向缸體內(nèi)充注工作液；

4) 向缸體內(nèi)充注工作液時(shí)，注意缸體上的排氣孔7應(yīng)向上，充注完畢后，旋緊排氣孔的螺絲。

液壓阻尼器解體時(shí)的情況如圖4和圖5所示。

2.2.2 臺(tái)架試驗(yàn)

將液壓阻尼器的橡膠O型圈、各種墊圈、內(nèi)部工作液更換后，需要對(duì)液壓阻尼器進(jìn)行臺(tái)架靜態(tài)試驗(yàn)。試驗(yàn)的項(xiàng)目包括5個(gè)方面：

1）行程（Stroke）：是指以某個(gè)低于閉鎖速率的速率將活塞全部拉伸至全部壓縮的距離，反復(fù)進(jìn)行幾次。

圖4 液壓阻尼器解體后液壓缸、蓋3、蓋4、活塞2Fig.4 The hydraulic cylinder, cover 3, cover 4 and piston 2 after the hydraulic snubber disassembled

圖5 液壓缸聯(lián)通閥閥芯22及彈簧21和密封圈16Fig. 5 The valve insert 22 and spring 21 and seal ring 16 of the hydraulic cylinder

2）低速行走阻力（Drag force）：是指以某個(gè)低于閉鎖速率的速率拉伸或壓縮液壓阻尼器，檢測(cè)阻尼器在活塞整個(gè)行程中阻尼力的大小。這是在模擬液壓阻尼器在因管道或設(shè)備熱脹冷縮活塞產(chǎn)生位移時(shí)的工作情況。

3）額定載荷（Rated load）：由于地震或事故工況下產(chǎn)生的阻尼力，即液壓阻尼器的額定載荷。

4）釋放率（Release rate）：是指從加載額定載荷即閥組閉鎖那一刻開(kāi)始到活塞停止運(yùn)動(dòng)，活塞所走的位移，即額定載荷情況下阻尼器長(zhǎng)度的變化量，這個(gè)值與溫度有關(guān)，試驗(yàn)時(shí)取溫度在15～60 ℃。

5）閉鎖速率（Locking velocity）：是指在試驗(yàn)臺(tái)上控制液壓阻尼器活塞加速移動(dòng)，直至閥組閉鎖，阻尼力急劇上升，在阻尼力不超過(guò)各型號(hào)對(duì)應(yīng)的額定載荷時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)的最大速率即是閥組的閉鎖速率。它是模擬液壓阻尼器在地震或事故工況下活塞突然位移時(shí)的工作情況。

要對(duì)液壓阻尼器進(jìn)行上述4項(xiàng)試驗(yàn)，需要有相應(yīng)的試驗(yàn)臺(tái)架。要求試驗(yàn)臺(tái)架能產(chǎn)生490～4 500 kN的拉伸和壓縮力，能夠以1～3 mm/s到15 mm/s的速率進(jìn)行拉伸或壓縮；能夠測(cè)量并記錄液壓阻尼器在試驗(yàn)過(guò)程中活塞長(zhǎng)度的變化、活塞的速率、臺(tái)架產(chǎn)生的拉伸力、壓縮力等參數(shù)。試驗(yàn)過(guò)程中仔細(xì)觀察活塞處及阻尼器各部位有無(wú)漏油，若有應(yīng)立即停止試驗(yàn)，查找原因，消除缺陷后再進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)合格后應(yīng)對(duì)阻尼器進(jìn)行包裝，從檢修場(chǎng)地運(yùn)回現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)輸過(guò)程中的要求同2.2.1解體檢修中從現(xiàn)場(chǎng)到檢修場(chǎng)地的要求。

3 結(jié)論

液壓阻尼器由于其在震動(dòng)控制方面的優(yōu)越表現(xiàn)，越來(lái)越多的應(yīng)用于核電廠的各個(gè)系統(tǒng)與設(shè)備上。由于核島內(nèi)的液壓阻尼器一般都是用在重要設(shè)備和管道上，抗震級(jí)別一般為1級(jí)，安全級(jí)別也很高，因此對(duì)其進(jìn)行必要的維護(hù)，保證其正常功能就顯得非常重要。

[1] 一回路設(shè)備和管道液壓阻尼器維修程序[R].（PMSX-WBQ00-007）.（Maintenance Procedure of Aseismic Hydraulic Shock Snubber of Primary Circuit Equipment and Pipes[R].）

[2] 中核集團(tuán)田灣核電站穩(wěn)壓器液壓阻尼器T102大修完工報(bào)告[M].(Maintenance Report of Pressurizer Hydraulic Snubber of T102 Outage[R].)

Structure of Hydraulic Snubbers of Important Equipment and Pipe in Tianwan NPP and Their Maintenance

YANG Dong
(Jiangsu Nuclear Power Corporation，Liyungang of Jiangsu Prov. 222042，China)

In order to maintain the safety of nuclear safety important equipment and pipes during earthquake condition, hydraulic snubbers are installed on these equipment and pipes, such as steam generator and pressurizer, etc. in Unit 1 and Unit 2 of Tianwan Nuclear Power Station. This paper introduces the structure, function, common defects and treatment, and the preventive maintenance of hydraulic snubbers.

hydraulic snubber；defects；maintenance

TM623 Article character：A Article ID：1674-1617(2014)01-0054-05

TM623

A

1674-1617(2014)01-0054-05

2013-12-26

楊 冬（1980—），男，河南商丘人，工程師，碩士，目前從事俄供機(jī)械設(shè)備、管道的監(jiān)造管理。