核电厂阻尼器的应用及创新

2020-03-03 08:34陈永祁崔禹成马良喆
核安全 2020年1期
关键词:内压阻尼器泰勒

陈永祁,崔禹成,马良喆

(北京奇太振控科技发展有限公司,北京 100037)

20世纪初,大型武器装备需要大量采用阻尼装置及相关工程设备,而液体阻尼器由于具有良好的减振性能得到了迅速研发和工程应用。

大型加农火炮在发射过程中会产生超大的后座力,通过液体阻尼装置可以缓解冲击力,并使发射台架恢复至初始状态。1900—1945年,由于涉及军事机密,该技术和产品虽然在很多国家的军事领域被逐渐采用,但对外界仍然保密。二战时期,该技术又被用于减小外部振动对雷达和一些电子设备的影响。在冷战时期,该技术被用于保护巡航导弹,消减武器装备甚至核武器的冲击波[1,2]。

冷战结束后,很多用于防卫设施的技术转为了民用。美国宇航局投资建立的美国泰勒公司从1955年开始作为供应商向美国政府出售阻尼器和缓冲器装置,20世纪80年代后,开始由军用转为民用。美国纽约州立大学布法罗分校与美国国家地震研究中心将液态阻尼器用于提高土木工程结构物的抗震和抗风性能。发展至今,泰勒公司已成为一家闻名世界的减振设备公司。

泰勒公司的阻尼器源于军事,自1987年在民用结构中成功使用以来,经过三十多年的发展,采用了双出杆结构、小孔激流和高内压等技术,阻尼器技术已非常成熟。具体表现为:泰勒流体阻尼器是仅有的在地震时能够同时减小结构中应力和变形的减震设备,且可以有效提高结构的阻尼。泰勒流体阻尼器是独立的设备,尺寸相对较小,易于安装,可按照对角支撑或作为基础隔振系统的一部分安装于结构中。泰勒流体阻尼器可以很容易地实现1~800 Mt的出力水平,位移可达±1.2 m。另外,泰勒流体阻尼器使用期限长,并终身免维护。

与定量耗能的结构抗震阻尼器不同的是,我国核电站中使用的是相对简单的速度锁定装置,仅可以在一定速度下锁定,不计算耗能和阻尼比,在管道和设备机械振动情况下,不能处于长期使用的减振状态。

目前,各种建筑结构接连诞生,而随着时代的进步,对这些建筑结构的安全性和舒适性等指标的要求也越来越高。了解这种装置,有助于人们设计出更多现代化的建筑。本文从制造、使用和测试等几个方面介绍了世界阻尼器的创新与发展,并对比了核电阻尼器与结构阻尼器之异同,帮助人们更好地了解与应用。

1 土木工程抗震阻尼器制造技术

1.1 从单出杆到双出杆

近40年来,结构工程减振用保护系统有了很大的发展,并在国际上被广泛接受。其中,液体黏滞阻尼器是目前在工程中应用最广泛、发展最成功的减振装置。

图1和图2为两种典型的液体阻尼器。图1为单出杆附加储能器型黏滞阻尼器,最初用于科研及工程领域,其工作原理为:在外力的作用下,活塞杆迫使油腔内的流体高速通过活塞头上的小孔,同时,由于活塞杆往复运动使两个腔体产生体积差,并由储能器进行调节,再由控制阀调节储能器内的流体流向[1]。

图1单出杆型黏滞阻尼器内部构造Fig.1 Internal structureof singlerod viscousdamper

经改进后,被广泛应用的另一种流体阻尼器为平衡状态下的对称双出杆型阻尼器,如图2所示。因其取消了内部储能器和外部储能器,故这种阻尼器的稳定性与可靠性均有所提高。

图2双出杆型黏滞阻尼器内部构造Fig.2 Internal structureof doublerod viscousdamper

1.2 活塞孔技术的发展

1.2.1 液体通过直阻尼孔的动力特点

射流型小孔通常由钻孔、弹簧压力球、提升阀或卷筒组成,以调整流过活塞头的流体压力,进而达到不同速度关系的阻尼力。根据伯努利方程,流体经过长圆孔时,其流速的平方与阻尼力成正比,而对于地震作用,此类阻尼耗散的能量会受到限制,必须经过更为巧妙的设计,从而达到速度指数小于2的阻尼出力,如采用精细机械处理的复杂流体通道形成射流。流体动力学Navier-Stokes方程对液体在密封腔体小孔内的高速流动进行了描述。对于理想状态下的直阻尼孔,需要考虑两种极限状态:

(1)当液体黏度较低、间隙相对较大、液体在小孔流动距离较短或高流速时,在较低频率下,阻尼力或活塞头的两端压力差与活塞头的相对运动速度的平方成正比,即符合伯努利方程。对于实际工程,阻尼力会急剧放大而并不适用。

(2)当液体黏度较高、间隙较小、液体在小孔流动距离较长或低流速时,装置耗能可通过流体在孔道内产生的黏性来实现。

在实际应用中,上述两种状态是同时出现的,只是这两者的作用比重会相对不同,应综合考虑。通过对阻尼装置的几何特征及液体的本构关系可以看出,液体黏滞阻尼器的微小振动符合上述关系。

1.2.2 射流孔的特点

射流型(Fluidic)——第二种非伯努利小孔即为射流型小孔,其内部没有可动的部件,利用一些特殊形状的孔道调整流体速度,改变流体特征。采用射流型小孔的阻尼器阻尼力可以和内部介质流速的非平方幂指数成正比。

图3是泰勒公司阻尼器活塞头的构造情况,其活塞孔道采用了前文所述的射流孔形式,这种活塞头构造形式和想法十分独特,是泰勒公司的专利产品,由于其内部没有任何活动部件,从而使阻尼器避免了采用阀门这类不稳定并且极易出现问题的零件,不但提高了装置耐久性,还降低了阻尼器价格。1990年前后,美国纽约州立大学布法罗分校Constantinou教授对该装置进行了研发,基于Maxwell模型给出了这类阻尼器的结构,即在低频状态下,其输出力可随流体速度的非平方幂指数变化,其表达式为[1]:

式中,C——阻尼系数;

a——预先设定的系数,取值为0.2~2.0;

V——流体速度。

图3泰勒公司单出杆和双出杆阻尼器活塞头的构成Fig.3 Piston head composition of Taylor Devices'single and doublerod dampers

目前,世界上应用的液压流体阻尼在计算中均以此为基础。装置出力可随流体速度的非平方幂指数变化。这种装置出力仅与流体速度有关,而与相对位置无关,其对消耗任意激励振动都是有效的,远优于用带油库和阀门的阻尼器。

1.3 原型测试

生产商根据实际工程项目的设计参数生产阻尼器产品后,必须经过原型测试才能被安装就位。美国土木学会规范要求所有产品都要做原型测试。产品原型测试会根据相关国家规程、结构设计及现场情况拟定,需对同型号阻尼装置抽取两个试件进行测试。在实际应用中,由于结构的重要性及阻尼器工作环境的复杂性,规程要求针对阻尼器所进行的原型测试则更为严格[3]。早期美国机械工程师协会(The American Society of Mechanical Engineers,ASME)规程认可的允许推延以小试验取代原型测试的办法早在20世纪90年代已经被取消,泰勒公司要求每一个工程用阻尼器都应进行原型测试。

1.4 取消储油库和阀门

区别于小孔激流技术,一些厂家在阻尼器中采用储油库以及大量不同功能的阀门,从而获得不同的阻尼器功能,如为获得更小的速度指数(α<0.2)只能采用压力感应阀型的小孔结构。这种阻尼器的主要缺陷是阀门在长期工作下的耐久性不强,极易发生故障。

如图4所示,外挂储油库的阻尼器必须在一定周期内进行维护,且要采取措施确保这些外挂部件不会被人为磕碰,造成破损。在阻尼器中设置储油库的作用是确保在内部介质泄漏时进行补偿,并在发生温度变化及活塞杆往复运动出现体积变化时进行调节。

图4外挂油库的阻尼器Fig.4 Damper with external accumulator

为了确保储油库正常工作且在往复循环时不出现破损,设计人员通常需要设置包括止回阀在内的一系列阀门和细小的空隙。如地震发生时,止回阀闭合,只有少量介质会从细小空隙流入蓄能器。当补偿介质因为温度或渗油引起体积变化时,要保证止回阀开启。而在实际工程应用中,地震出现概率较低,阻尼器并不是时时处于工作状态,这些内置阀门往往由于未能定期循环给进而导致卡住不动,此时,油阻尼器将处于不稳定、不安全状态,阻尼器极易发生危险。

外置储油库的管道如发生损坏,油阻尼器在1~2个循环后会不再出力,并最终导致功能失效。阻尼器在储油库增到极限状态后会出现气泡,进而引起功能失效。

对采用氮气密封的储油库设计,为防止O形橡胶密封圈不能密封气体引发泄漏,这类储油库必须定期进行充气。储油库普通螺旋弹簧可平衡活塞压力,但也易引发锈蚀现象,阻尼器被激发后往往发生巨大损坏。通常气囊式储油库需要每5年进行一次气囊更换[4]。

如果利用储油库进行泄漏补偿,阻尼器需定期进行油液或者气体的补充和更换,这就要求液体的使用量非常精确,从而确保阻尼器活塞必须处于中位。在泵送液体时,须采用特殊的尖锐物插入缸内。如采用气囊,则工作人员需要打开泄压阀,卸掉液体。预压后,蓄能器变空,这时需要工作人员泵入一定量液体关闭所有液体填充塞。

1.5 预加高内压

阻尼器在安装运行后,内压随着阻尼器的受力、环境温度改变而发生变化。阻尼器在使用几年后,阻尼器的内压还要保持在允许误差范围内,这是判断阻尼器是否能全面满足结构关系、是否漏油、密封是否完好的重要标志。

对阻尼器腔内施加预载内压后,由于油腔内压的存在减少了对各种阀门的需求,也避免了其他阻尼器对蓄能器的使用,这些不必要、多余零件的减少使泰勒阻尼器更为可靠。阻尼器在工作中由于内部高压实现了泰勒阻尼器通过独有的小孔激流调整速度指数的功能,可以避免采用其他构造的阻尼器通过各种复杂的控制阀达到特定的速度指数。

对于所有地震的冲击响应,应大幅提高阻尼器的响应能力。施加内压的主要作用可以从以下4点看出:

(1)抗震要求,在很短的时间内使阻尼器开始工作,避免对抗震不利的阻尼器出现时间滞后现象。在所有地震分析中并不能完全反应这一实际情况,有时仅考虑主要运动情况,结构中高阶振型的高频反应往往不被考虑或被忽略。类似的情况是,地震中这些高频反应也不能被阀门阻尼器即时反馈,而不采用阀门、设有内压的泰勒阻尼器则很好地解决了这一问题。

(2)阻尼器的内压实现了阻尼器正确全面的结构关系。特别是在低温和多频率下,阻尼器的结构关系通过内压可实现并满足所有的结构关系要求。

(3)设内压的阻尼器是阻尼器材料使用效率紧凑的保证。

(4)判断阻尼器是否有泄漏,可以通过测试阻尼器的内压变化来实现。

1.6 正确监测阻尼器的性能

阻尼器的质量,特别是耐久性非常重要,尤其是在结构上起重要作用的阻尼器,人们希望进一步了解其可靠性。无论从实用还是研究的角度,对阻尼器进行使用中的在线正确监测具有重要意义。在美国西雅图SAFECO棒球场的阻尼器完成了世界上最早的阻尼器在线正确监测,其在线正确监测系统从1999年至今工作完好,这一长期工作对深入认识阻尼器在结构中的作用十分有意义。我国的福建厦漳跨海大桥也安装了在线正确监测系统。

在核电领域对阻尼器进行正确监测应该是目前长期发展的方向,通过实时传送过来的数据对阻尼器进行状态分析,可以有效预防和掌握阻尼器和核心设备的运转情况。

1.7 金属波纹管的利用——金属密封阻尼器

金属密封无摩擦阻尼器是美国泰勒公司的专利减振产品,如图5所示。由于其具有特殊散热装置以及良好耐久性能,从20世纪80年代开始一直为美国航天局NASA以及相应宇航结构独家供货,被用于外太空设施中[5]。

图5金属密封无摩擦阻尼器Fig.5 Frictionlesshermetic damper

与普通抗震阻尼器不同的是,金属密封无摩擦阻尼器在往复运动中几乎不会产生摩擦。这类阻尼器采用了波纹管密封件,具有超高功率,可大量耗散阻尼器运动中产生的热量,阻尼器稳定性和耐久性远高于普通密封结构装置,频率很高、振动幅值较大,对于普通阻尼器不宜采用的情况,这类阻尼器提供了最佳解决方案。

金属密封无摩擦阻尼器的基本构造除常规的油缸、通长活塞杆、带小孔活塞头、端部盖板等部件外,与普通阻尼器最大不同是其密封件的处理。普通阻尼器的密封系统由于其性能决定其自身的一些局限性:(1)动密封件在活塞杆上使其产生摩擦;(2)对于微小振动(如微米级),普通阻尼器在初始运动时会产生黏滑运动,这是由于其密封件出现弹性变形造成的;(3)密封件在长时间作用后出现老化。泰勒公司在气态密封思路的基础上采用了金属波纹管密封技术,在多次研发测试后应用到液体阻尼器中。图6为金属密封无摩擦阻尼器的构造图。当采用双出杆构造时,需要在腔体两侧设置两幅波纹管密封件。活塞杆在往复运动中,波纹管产生弹性变形而没有摩擦,NASA的测试也证明了这一点[5]。

图6金属密封无摩擦阻尼器构造简图Fig.6 Structural schematic diagram of frictionlesshermetic damper

在某些实际工程应用中,金属密封无摩擦阻尼器具有无摩擦特性,但是,其高灵敏度以及高耐久性是普通阻尼器无法比拟的。

2 土木工程阻尼器的发展

2.1 从锁定装置到耗能阻尼器

作为抵抗冲击和振动的吸能装置的油腔内置活塞——流体型阻尼器的内部结构主要分为两类:一类在装置内提供流体回路,活塞杆和活塞头的位置变化不影响装置输出,在土木工程领域中被广泛采用;另一类构造较为简单,其连接两端在发生速度变化后即可提供锁定刚度,即锁定装置。二者均允许温度变形。

液体锁定装置技术近年来被广泛应用于控制地震、风振对大型结构的影响方面。与普通耗能阻尼器一样,锁定装置允许在温度等慢速作用下自由运动,但不同于液体阻尼器的是,其不耗散能量。相反,当瞬时事件发生,速度超过其控制值时,液体锁定装置能迅速且有效地激活质量块间的刚性连接杆,像汽车的安全带一样通过动态连接杆将质量块锁在一起,起到分散和转移受力的作用,此时,安装有锁定装置的多结构体系会如一个完全独立的整体做出响应。而当瞬时事件结束时,液体锁定装置又能恢复到初始作用力状态,同时,允许结构在不产生附加应力的情况下发生截面热伸缩。确切地说,液体锁定装置仅是一个“0”“1”开关,其操作完全是被动的。其通过杆件将几个结构动态地连接起来,从而克服了采用自激励系统带来的昂贵费用和制造设计的复杂性[1]。

图7为一种被核电设备广泛采用的速度锁定装置。

图7德国Lisega公司的阻尼器(snubber)Fig.7 Snubber of Lisega company,Germany

图8为一个典型的锁定装置的剖面图。该设备的运转很简单。活塞相对油缸运动而挤压黏滞液体流过活塞孔。在多数情况下,密封类型和孔的构造必须与设计者选择的液体相匹配。当采用液态锁定装置时,活塞孔可以是环形孔、限流孔或二者的混合型孔。

图8锁定装置剖面简图Fig.8 Section schematic diagram of lock-up device

可以发现,锁定装置与普通液体阻尼器在结构上具有相同的组成部分。锁定装置不仅是一个阻尼器,它的活塞孔很小,当承受的速度荷载达到设计荷载时,整个装置被锁死。在实际使用中,因为锁定装置在设计荷载作用下只有很小的杆位移速度,事实上并不吸收和消耗能量,只是产生较小的动态位移,相当于一个液压锁。锁定装置的活塞孔经专门设计,使它能随速度的改变而输出产生变化的力,由于锁定装置以极低的速度输出最大的力,所以,装置的液体流动孔在尺寸上必须比阻尼器更小。通常在生产时通过采用大的长径比或长宽比实现这一点,这样的设计为装置提供了大的流阻。

在地震作用下,当达到锁定速度V0时,即当速度达到启动临界值时,锁定装置启动,成为一根有很大刚度的连杆。而在未达到启动速度前,锁定装置对结构无任何影响。锁定装置没有耗能作用,并不能通过自身耗能减少结构的受力。根据预先设定的速度V0,锁定装置在V>V0时,很快启动,计算中可采用一个刚度单元进行模拟。计算出的锁定力为[2]:

式中,Fmax——最大锁定力。

图9为某工程中,使用相同最大输出力的黏滞阻尼器和锁定装置的不同实验结果示意图。观察图中的曲线可知,阻尼器在发生振动时,因为吸收和耗散能量从而产生位移,而锁定装置在任何速度下都如刚性杆一般作用在结构上,不消耗任何振动能量,而是将其直接传出。

图9锁定装置与阻尼器输出曲线对比Fig.9 Comparison of output curvesbetween locking device and damper

通过上述介绍可以看出,目前在核电领域普遍采用的阻尼器实际上是土木工程领域中普遍应用的速度锁定装置。

2.2 准确定量阻尼比

量化黏滞阻尼器的理论计算公式是量化黏滞阻尼器在土木工程领域中进行实践应用的首要条件,Constantinou教授等人提出了计算模型并对计算模型逐步进行了完善和简化[2]。目前,在土木工程中设置阻尼器前,必须通过结构动力技术有限元分析对结构反应进行量化分析,并最终确定阻尼器的各种参数,这是一个需要迭代并最终趋于最优解的循环过程[6]。

2.3 阻尼器功能多样化

常规黏滞阻尼器所具有的工程效果在近些年中逐渐显现,安置这类阻尼器已成为结构建设必不可少的一部分。此外,一些具有创新和开拓精神的工程设计者常不满足于此,希望这些产品能具有一些特定的功能,以完善结构在运行过程中的动力性能。这些具有特殊功能的黏滞阻尼器包括熔断阻尼器、限位阻尼器、自由微动装置以及前文提及的金属密封无摩擦阻尼器等[7]。

2.4 阻尼器质量标准

在阻尼器不断提高性能的几十年后,特别是使用了双出杆技术、小孔激流技术以后,阻尼器可以成为使用75年,并具有40年质量保证且终身免维护的定制产品。

泰勒公司可以按现在核电站的标准生产产品,也可以按近40年的发展创新来生产并提供新型的、长期免维护的定量产品。

3 土木工程阻尼器的测试

在美国,土木工程设计规范和工程对阻尼器提出了更高、更严格的出厂检验要求。对于动力分析,泰勒公司改变了过去抽样检查的要求,要求公司出厂的每一个产品,都要经过严格的调试和动力测试,进行不同受力状态下的力学检测,并给出滞回和时程曲线,满足所有的设计要求。下列测试对保证阻尼器性能十分必须且有效。

3.1 内压测试

为确保阻尼器在最大压力下甚至达到设计压力的1.5倍时不漏油,每一个阻尼器必须经过内压测试。图10为在泰勒公司进行的阻尼器3倍静压103 MPa测试,在达到测试内压后一般需要保持3 min或1 h,以验证阻尼器的密封情况。

图10内压测试Fig.10 Internal pressuretest

高内压有利于阻尼器结构紧凑、高效率的工作,是阻尼器快速启动、抗震所必需的,也是阻尼器“干密封”和不漏油的保证。不同于核电阻尼器的完全零内压,泰勒公司的每只阻尼器在出厂前都预加了一定的内压。

3.2 动力参数关系

动力结构关系测试是要在简谐振动荷载下测试阻尼器全程动力运动曲线,要求在不同速度下(通常为25%、50%、75%和100%最大设计速度或根据业主设计指定)计算阻尼器在5个循环内力、位移和速度的时程变化和力以及位移的滞回曲线。相互关系应符合设计结构关系。

测试要求的最大值的误差均在15%以内测试证明,在动力荷载作用下,阻尼器完全符合设计的要求,可以确保结构在地震中的安全[8]。

3.3 温度检测

环境温度是影响减隔震装置性能的重要因素之一,这是由于阻尼器要经历每天和季节性温度变化。

黏滞阻尼器的阻尼出力主要由内部介质高速运动下的惯性流以及低速运动的黏性剪切流共同组成,其中低速运动下的黏性剪切特性受温度影响较大,图11为在0℃、24℃、50℃测定的某线性阻尼器的阻尼力-速度关系曲线,在低温状态下的阻尼系数要高于高温时测试的结果[9]。

图11不同温度下阻尼系数随速度的变化Fig.11 Thevariation law of damping coefficient with velocity at different temperatures

在温度相关性测试中,需采用温控系统使阻尼器温度升高和降低,为达到要求的测试温度,在测试前,阻尼器要在温控箱内放置至少12 h(通常在14~16 h),并采用热电偶对其不同位置进行温度测量以达到设定的环境温度。在测试中,同样要控制阻尼器的温度变化,由于经过动力测试后阻尼器会吸收大量的能量,应控制每次测试的间隔时间,一般应将阻尼器冷却之后再进行其他工况测试,时间间隔应在2~4 h或直到阻尼器外表面温度接近室温[3]。

有经验的厂家会采取一些技术措施控制阻尼器在变温下的性能偏差;另一方面,通过温度相关性测试也很容易判定阻尼器的性能优劣。不同厂家的阻尼器,甚至是相同厂家的不同试验样品,其温度稳定性的相差也较大。大量的测试结果表明,泰勒公司阻尼器具有更高的性能温度稳定性。

4 核电站和一般结构抗震阻尼器对比

4.1 性能要求类似

核电站、桥梁与建筑结构中安置的抗震设备都称作阻尼器,但实质上二者有所不同。核电站上的称为缓冲器(snubber),而大型结构上的称为阻尼器(damper),如图12所示。当核电站上安置了缓冲器snubber的设备和管道有较大运动时,缓冲器立刻锁住不动,地震过后锁定放开。桥梁与建筑结构也有和缓冲器类似的装置,即速度锁定装置(Lock-up device),但安置最多的是阻尼器,在地震运动发生时,阻尼器耗能,运动减少,直至停止运动。

图12普通核电阻尼器Fig.12 Common nuclear damper

4.2 不同的检测与维护概念

核电阻尼器的第三方检测采取抽检联合预检测的检测形式,进行120℃的核辐射检测等测试项目。阻尼器缸体只需进行一次检测,通过后在其整个寿命周期中都无需再次检测,只需每5~10年对其内部的流体进行补充。由于核电安全事故波及的范围广,造成的影响巨大,故而对阻尼器的质量要求应更为严苛。泰勒公司的液体黏滞阻尼器能做到100%检测,且质量较高,能较好地满足核电站的应用需求,并可以通过对阻尼器的健康监测随时判断其工作状态是否良好,以便及时发现安全隐患,从而更有效地保护人们的生命及财产安全。

液体阻尼器所使用的密封系统必须具有不低于75年的服役期,且无周期性变形。阻尼器在结构安装就位后在很长一段时间内并不会经常使用,因此,需要密封系统表现为“干密封”且不能出现缓慢的液体渗漏。阻尼器动密封特性决定阻尼器的运行情况及寿命。采用合理的阻尼器设计制造方案,选用适当的密封技术,则阻尼器能够达到完全“干密封”状态而不会产生任何泄漏,故实际上不需要提出定期服役或更换期。密封件的使用周期可通过阻尼器在服役期内往复运动的总距离估算,经过精心设计和制造的阻尼器可不进行任何定期维护,并可提供40年的质保和75年的寿命周期[10]。

4.3 泰勒阻尼器与核电阻尼器异同

美国泰勒公司是世界结构控制系统的先驱,其生产的阻尼器远优于其他的snubber和damper产品。将泰勒阻尼器与目前核电阻尼器进行对比,见表1,泰勒阻尼器有以下优势:(1)可以包括全部系统,设计和检测都按75年的寿命考虑(包括无需更换机油、除油漆外不需任何维护),泰勒公司保证40年的安全工作;(2)阻尼器内有预加高内压,可以按设计要求正常地工作,便于定期检查,并设置健康检测系统;(3)可以全部定量化,可以首次在我国核电系统上进行抗震计算与耗能分析;(4)阻尼器全部原型测试符合中美两国土木工程学会的高要求。

表1核电阻尼器与结构阻尼器之异同Table 1 Thedifferenceand similarity of dampers in NPPand civil engineering

5 建议和结论

(1)近40年来,减振用结构保护系统有了很大的发展并被广泛接受,其中液体黏滞阻尼器是目前工程中应用最广泛、研制最成功的减振装置。创立于1955年的美国泰勒公司是世界结构控制系统的先驱,其结构流体阻尼器技术经过几十年的发展已经相当成熟。泰勒公司生产的阻尼器远优于其他阻尼器产品,是仅有的在地震时能够同时减小结构中的应力和变形的减震设备,其性能在任何时候、任何温度下都是稳定的、可预测的,且使用期限长,并终身免维护[11]。

(2)目前,核电阻尼器的第三方检测采取抽检联合预检测的检测形式,且阻尼器缸体只需进行一次检测,通过后在其整个寿命周期中都无需再次检测,只需每5~10年对其内部的流体进行补充。而泰勒公司的液体黏滞阻尼器能做到100%检测,质量较高,且无需更换机油,能较好地满足核电站的应用需求,并可以通过对阻尼器的健康监测随时判断其工作状态是否良好。由于结构用液体阻尼器通常在很长的一段时间内并不会经常使用,故要求其使用的密封系统必须表现出“干密封”,不允许出现缓慢的液体泄漏。

(3)高内压有利于阻尼器结构紧凑、高效率地工作,是阻尼器快速启动、抗震必需的性能,也是阻尼器“干密封”和不漏油的保证。不同于核电阻尼器的完全零内压,泰勒公司的每只阻尼器在出厂前都预加了一定的高内压,可以按设计要求正常地工作,便于定期检查,并设置健康检测系统。

(4)在阻尼器不断提高性能,特别是使用了双出杆技术、小孔激流技术以后,阻尼器可以成为使用75年,并具有35年质量保证且终身免维护的定量产品。经过几十年的发展,现在已经可以对其阻尼比进行准确量化。泰勒公司可以按照目前核电站使用的标准生产产品,也可以按照近40年的发展创新来生产并提供新型的、长期免维护的定量产品,其产品可以全部定量化,并可以在我国核电系统上首次进行抗震计算与耗能分析。

(5)在美国,规范和工程都对阻尼器提出了更高、更严格的测试要求,泰勒公司要求其出厂的每一个阻尼器产品经过严格的调试和动力测试,进行不同受力下的力学检测,并给出滞回和时程曲线,满足所有的设计要求。大量的测试结果表明,泰勒公司的阻尼器全部符合中美两国土木工程学会的高要求。

本文建议核电行业的有关部门以核结构的工程质量与安全为重,选择质量和性能均较好的核电阻尼器,并在各方面条件允许的情况下,考虑并尝试采用在性能上更适合的减隔震产品,以促进我国核工业更好、更快的发展。我国核电安全处于世界先进水平,一直都在造福人民,采用创新技术既能提高安全性,又能提高经济性。

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