液压阻尼器静刚度和动刚度研究分析

卢小青+王雪晖+贺枫

摘 要：液压阻尼器静刚度和动刚度是液压阻尼器的主要的机械特性参数。静刚度指液压阻尼器在受到持续载荷激扰时，抵抗变形的能力。动刚度指液压阻尼器在特定的动态载荷激扰时，抵抗变形的能力。依据《核岛主设备支承用液压阻尼器设备规格书》对刚度理解，对阻尼器的静、动刚度都提出了测试方法和要求。液压阻尼器在结构设计完成后，如何相应理解静、动刚度，分别调整静、动刚度满足规格书的要求。

关键词：液压阻尼器；静刚度；动刚度；载荷；位移

中图分类号：TB535.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）10-0076-01

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；在管道断裂事故工况下应能变成一个刚性支撑来限制设备的位移。静刚度是液压阻尼器的一个主要机械特性参数。

阻尼器动刚度是在在交变载荷（地震工况）作用下应能变成一个刚性支撑来保护设备的位移，动刚度也是液压阻尼器的主要值机械特性参数。

1 设备阻尼器刚度定义及要求

1.1 静刚度的定义

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 （1）

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 动刚度的定义

液压阻尼器在半幅值等于额定动态载荷的正弦波推拉载荷作用下的等值刚度，其值等于二倍额定载荷与由此而引起的位移（S）之比，计算公式为：K=2Fn/S （2）

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。

1.3 试验方法

1.3.1 静刚度试验方法

不考虑阻尼器控制阀所带来的位移，预先用专用塞子替代阻尼阀组，并消除被测对象与试验工装间的连接间隙。在上述试验条件下对阻尼器逐渐施加载荷直至达到极限载荷，分别记录载荷和位移，根据公式（1）计算出阻尼器的静刚度。

1.3.2 动刚度试验方法

模拟实际安装方式，对阻尼器施加动态载荷直至达到试验载荷，分别记录载荷和位移，根据公式（2）计算出阻尼器的动刚度。

2 影响刚度的因素

2.1 影响静刚度因素

液压阻尼器在承受静态载荷条件下的总变形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S1：零件本身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。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。

2.2 影响动刚度因素

液压阻尼器在承受动态载荷条件下的总变形S除静态刚度分析的三部分变形量之外，还有2个位移量：阻尼阀组的响应位移和阻尼器特有性能的位移（闭锁速度和闭锁后速度产生的位移）。动态的位移量要大于静态的位移量，即动态刚度要小于静态刚度。

3 静、动刚度对阻尼器的意义

3.1 静刚度意义

阻尼器静刚度意义在于整体结构设计在满足强度要求情况之下需考虑阻尼器的静态刚度，不能太大也不能太小。太大会损坏系统周围部件，特别是安全壳，当严重事故到来时阻尼器能够起到缓冲甚至自身损坏保护安全壳安全的作用。太小对于持续载荷（例如：水锤、汽锤等持续载荷）时又不能起到很好的刚性支撑，无法保护设备和管道的安全。因此阻尼器的静刚度是核电厂房结构设计的重要参数，在阻尼器结构设计时需重点考虑。

3.2 动刚度意义

阻尼器是一种对速度变化敏感的振动控制装置，特别在偶发载荷（地震、风载、机械振动等交变载荷）下起到起到保护设备或管道的作用。动刚度意义在于受到外部交变载荷情况之下，阻尼器所表现出来的刚性支撑，真实反映实际工作中所表现出来的刚度状态。动态载荷的频率一般设定在1～33Hz，该频率段涵盖了地震频率，要求在1～33Hz交变载荷（地震）情况下动刚度满足设计规格书的要求，达到保护设备的目的。

4 静、动刚度分析计算

4.1 静刚度（图1）

静刚度计算公式：K=（F2-F1）/（S2-S1）。

4.2 動刚度（图2和图3）

动刚度计算公式：K=（|F1|+ |F2|）/（|S1|+|S2|）。

综上所述：静刚度是在缓慢加载过程中，测试其刚度。动刚度是在交变载荷加载过程中，测试其刚度。

5 结语

在阻尼器整体结构设计时，需考虑静刚度能满足整个核电厂结构安全的设计要求。对于设备实际运行过程中功能，需重点考虑动刚度。

参考文献

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