CN108561497A - 一种核工艺管道非线性抗震约束装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种核工艺管道非线性抗震约束装置，包括中轴杆部件；弹性件；以及内止挡套筒；其中，所述中轴杆部件经配置以朝着靠近所述内止挡套筒的方向移动，进而压缩所述弹性件，止回插销锁住所述被压缩的弹性件，所述弹性件的反弹力由所述止回插销传递到所述内止挡套筒上；以及所述中轴杆部件经配置以朝着远离所述内止挡套筒的方向移动，通过传动杆部件把所述止回插销提升，以使压缩的所述弹性件解锁。本发明提供的核工艺管道非线性抗震约束装置，在非地震时不限制管道位移；在地震时，能够限制管道系统由地震载荷作用导致的位移，并减弱地震载荷通过厂房结构传递给管道系统，进而达到管道系统抵抗地震载荷作用的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种核工艺管道非线性抗震约束装置。
背景技术
在核电厂核工艺管道的布置设计中，非线性抗震约束装置是在非地震工况时，对核级工艺管道的位移无限制作用，即除了地震载荷之外不限制管道在服役期间其它任何载荷作用下的任意自由度上的位移；而在地震工况时，通过该种装置内部的机械结构设计，限制管道系统由地震载荷作用导致的位移，并减弱地震载荷通过厂房结构传递给管道系统，进而达到管道系统抵抗地震载荷作用满足设计规范要求的目的。核电站的运行过程中若发生地震，由于地震波非线性波形的特性，厂房内管道受到地震载荷作用而出现显著的振动，若不进行有效的抗震功能设计，管道系统存在由地震引发其结构压力边界失效的事故风险，进而影响整个核电机组的安全运行。通常在核电厂房管道与支撑系统布置设计中，常用线性设计的刚性支撑或阻尼器在实现管道系统抵抗地震载荷作用的同时还存在这样与那样的弊端。主要表现为：(1)线性设计的刚性支撑，在非地震工况下，限制了管道系统由于工作温度而导致的热位移，从而会造成在正常运行工况下管道长期处于承受一个较高的应力水平，这种应力状态不仅降低了管道相对设计规范保持的设计裕度，而且由于起停堆或其它电厂工况发生而导致管道承受的疲劳载荷也增大了其压力边界失效的风险。(2)线性设计的刚性支撑，在地震工况下，虽然起到了限制管道系统由地震载荷作用导致的位移的作用，但同时又将结构响应的地震载荷完全输入给了管道系统，又加剧了管道系统在地震载荷作用下的响应。(3)阻尼器虽然避免了上述第(1)中限制管系热位移的问题，但同样存在上述第(2)中的产生对管系地震载荷输入的弊端。(4)阻尼器对运行维护的要求较高，成本也较大。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种核工艺管道非线性抗震约束装置。
本发明提供一种核工艺管道非线性抗震约束装置，一种核工艺管道非线性抗震约束装置，其特征在于，包括：
中轴杆部件，其与管道相连，经配置以响应所述管道的震动；
弹性件，经配置以在所述中轴杆部件响应所述管道的震动时压缩；以及
内止挡套筒，其套设在所述弹性件的外部，所述内止挡套筒的端面与所述中轴杆部件相对设置；其中，
所述中轴杆部件经配置以朝着靠近所述内止挡套筒的方向移动，进而压缩所述弹性件，止回插销锁住所述被压缩的弹性件，所述弹性件的反弹力由所述止回插销传递到所述内止挡套筒上；以及
所述中轴杆部件经配置以朝着远离所述内止挡套筒的方向移动，通过传动杆部件把所述止回插销提升，以使压缩的所述弹性件解锁。
优选地，所述内止挡套筒的环向壁上开设有至少一个方形孔，所述止回插销从所述方形孔穿过，从而锁住或者解锁所述弹性件。
优选地，所述至少一个方形孔间隔设置。
优选地，所述内止挡套筒的底部设有圆形孔，所述圆形孔经配置以供所述中轴杆部件穿过。
优选地，所述中轴杆部件通过管夹与管道连接。
优选地，所述弹性件的自由端还设置有挡板部件。
优选地，所述止回插销包括带有口字型结构的抬升杆、弹簧部件以及固定部件，所述抬升杆通过弹簧部件与所述固定部件连接。
优选地，所述传动杆部件包括：与所述止回插销连接的方形厚板；连接杆，所述连接杆的一端与所述方形厚板连接，另一端与导轨滚轮连接；固定在所述约束装置外套筒上的支座；固定在所述约束装置外套筒上的固定件通过弹簧与所述导轨滚轮连接；其中，当所述导轨滚轮处在所述中轴杆部件上的导轨高位时，所述弹簧受到压缩，当所述导轨滚轮从导轨高位滑至低位时，依靠所述弹簧的反弹力将所述导轨滚轮向内顶出，从而与导轨面保持贴合，实现通过所述传动杆部件抬升所述止回插销。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的核工艺管道非线性抗震约束装置，在未发生地震的正常运行情况下，不限制核电厂工艺管道在除动力载荷之外的其它任何载荷作用下的任意自由度上的位移；而在地震工况下，通过该种装置内部的机械结构设计，限制管道系统由地震载荷作用导致的位移，并减弱地震载荷通过厂房结构传递给管道系统，进而达到管道系统抵抗地震载荷作用满足设计规范要求的目的。本发明的非线性抗震约束装置通过巧妙精细的机械设计，依靠中轴杆部件的位置变化自动地控制弹簧弹性能的抑制和释放，可以简单有效地实现管道减震与隔震的效果。除此之外，本发明的非线性抗震约束装置设计无液压系统，尺寸设计便于安装，能够方便灵活地应用在核电厂厂房内众多管道回路的抗震布置设计中。
附图说明
图1为符合本发明优选实施例的非线性抗震约束装置内部结构的示意图。
图2为符合本发明优选实施例的左侧弹性机构的示意图。
图3为符合本发明优选实施例的右侧弹性机构的示意图。
图4为符合本发明优选实施例的止回插销的示意图。
图5为符合本发明优选实施例的传动杆机构的示意图。
图6为符合本发明优选实施例的弹性机构与止回插销装配的示意图。
图7为符合本发明优选实施例的止回插销、传动杆机构及中轴杆部件装配的示意图.
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的核工艺管道非线性抗震约束装置的内部结构如图1所示。整个内部机构包括弹性机构、止回插销及解锁传动杆机构等，所有的这些结构都是被包裹在装置的外罩内，外罩的结构形式及选用材料可以根据具体的核电厂厂房的布置设计要求进行更改。
图1为核工艺管道非线性抗震约束装置的内部结构的示意图。图中件1为连接外部结构，限制整个抗震约束装置的轴向位移；图中件2为靠近根部接口件1一侧的内止挡套筒部件，在靠近端面的环向壁面上间隔XX°(具体数值可依据不同尺寸与承载能力设计而定，但本文中先假设为120°)开有X个(本文中先假设为3个)方形孔；图中件3为另一侧固定在装置外套筒上的内止挡套筒部件，在底部的中央有一个可供件4延伸杆通过的圆形孔，在靠近端面处有与件2相同的X个方形孔；图中件4是整个装置的中轴杆部件，由多个粗细不同的柱体及两个直径更大的圆柱形厚板组成，可以在整个装置内部沿中轴线滑动，与两侧的挡板及件2、件3的端面接触，右侧延伸段伸出装置外，与管道通过加强型管夹相连，由此将管道受到的地震载荷传递到整个装置的内部，件4的移动即为该抗震约束装置连接的管道发生的地震响应运动；图中件5、件6为圆饼形挡板部件，其中件6中间有可供件4延伸杆通过的圆形孔，两个部件分别在装置两侧通过弹簧连接到件2、件3，用来阻挡件4的相向运动；图中件7、件8为两侧的弹性件，图中用普通弹簧的形式代替表示，在此特别说明；图中件9是弹簧部件，在整个装置内部一共分布了6个相同的弹簧，工作状态是通过件5与件11的相互接触作用将件11向外顶出后压缩弹簧，当件5与件11不接触时，靠反弹力将件11向内顶出阻止件5的反弹；图中件10是固定在装置外罩上的部件，用来连接固定件9弹簧的一端。
图2为左侧弹性机构的示意图，由件1的根部接口件、件2的内止挡套筒、件5的挡板和件7的弹性件组成。
图3为右侧弹性机构的示意图，由件3的内止挡套筒、件6的挡板和件8的弹性件组成。
图4为止回插销的示意图，整个装置中包含6个(假设的)止回插销，每个机构由件9-件11的三个部件组成。其中件11为抬升杆，杆的上半部是矩形截面的长方体柱，一侧连接一个口字型环状结构，杆的下端为扇形截面的舌状结构，其一侧为扇形的圆弧面，另一侧则是平面，在工作状态下是圆弧面一侧朝向图2中的件5挡板，挡板通过后依靠另一侧的平面挡住回弹的挡板，并通过杆将弹簧回弹力传递到件2上。
图5为传动杆机构的示意图，整个装置中也包含6个(对应止回插销数目的假设)传动杆机构，每个机构由件12-15和件17-18的六个部件组成。图中件12为带中间圆孔的方形厚板，与止回插销的口字型结构连接，利用传送杆机构抬升止回插销；图中件13为连接杆；图中件14为支座，固定在装置外套筒上；图中件15为导轨滚轮；图中件17为固定在装置外套筒上的部件；图中件18为弹簧，连接件17与件13靠近件15的一端，当件15的滚轮处在导轨高位时，弹簧受到压缩，当滚轮从导轨高位滑至低位时，依靠弹簧的反弹力将件15向内顶出，使其与导轨面保持贴合，从而实现传动杆部件抬升止回插销。
图6为弹性机构与止回插销装配的示意图。止回插销中的件11对应插入到弹性机构中的件2的壁面方孔中；图中件9的弹簧一直处于压缩的状态，当件4中轴杆与件5挡板碰撞并推动件5向内压缩时，挡板与件11下端的圆弧面接触，进一步压缩件9弹簧，实现件11的抬升；挡板通过后，件11受到件9反弹的力向内侧被顶出，依靠另一侧的平面接触并挡住挡板的回弹，件7弹性件的回弹力通过件11与件2的方孔接触面传递到件2上。
图7为止回插销、传动杆机构及中轴杆部件装配的示意图，图中件11与件12是传动杆机构与止回插销间的连接，图中件16为件4中轴杆上焊接的导轨，而件15的滚轮在件16的导轨上运动，从而实现中轴杆部件的位置变化控制止回插销抬升、下降的效果。
整个核工艺管道非线性抗震约束装置的工作方式为:将中间位置作为管道开始受到地震载荷作用时装置的初始状态；弹性件被压缩，减缓中轴杆的相向运动，中轴杆最终撞击在内止挡套筒部件端面上，同时止回插销锁住被压缩弹簧连接的挡板的状态；管道受到地震载荷作用而反向运动，脱离左侧内止挡套筒部件的状态，此时装置左侧的三个传动杆机构的滚轮位于导轨的凹陷位置，通过传动杆机构抬升左侧的三个止回插销，释放被压缩的弹性件；管道反向运动，中轴杆经历右侧弹性件减速，并最终与右侧的内止挡套筒部件端面贴合，右侧的止回插销锁住弹簧连接的挡板，此时，左侧的弹簧及止回插销全部恢复初始位置，等待管道传递而来的下一次冲击。
本实施例的核工艺管道非线性抗震约束装置利用中轴杆部件与核电厂厂房的管道相连，将管道受地震作用的响应载荷传递到该约束装置上。本发明中通过约束装置中的弹性件来减弱管道对装置中内止挡套筒的冲击，中轴杆在约束装置内随着管道地震响应作完全一致的运动，弹性件承受相向运动的中轴杆的冲击并压缩，将动能转化为弹性势能，起到缓解管道地震响应的作用。而常规的弹性缓冲装置中不具备抑制弹簧反弹的能力，本发明的非线性抗震约束装置，经历缓冲的中轴杆最终会撞击到内止挡套筒部件端面，该部件同时还起到对弹性件的保护作用，以使其不会由于受到进一步的压缩而损毁，此时约束装置将自动地利用止回插销锁住压缩后的弹性件，并由止回插销将反弹的力转移到内止挡套筒部件上，防止了弹性件反弹加速中轴杆反向滑动。而当中轴杆滑动到另一侧时，装置另一端有相同的机构进行缓冲和抑制反弹。此外，本发明的技术方案还包括，当中轴杆离开被压缩的弹性件的一定距离后，通过设置在中间的弹性件解锁的传动杆机构，触发止回插销的抬升，不再限制弹性件的反弹，释放被抑制的弹性势能，弹簧恢复正常状态，止回插销也回归初始位置，以便弹性件准备缓冲中轴杆的下一次冲击，本发明的非线性抗震约束装置可以反复持续地对管道的振动提供减震隔震的支撑作用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种核工艺管道非线性抗震约束装置，其特征在于，包括：
中轴杆部件，其与管道相连，经配置以响应所述管道的震动；
弹性件，经配置以在所述中轴杆部件响应所述管道的震动时在弹性范围内压缩，且当撤去载荷后所述弹性件可反弹恢复到原始长度；以及
内止挡套筒，其套设在所述弹性件的外部，所述内止挡套筒的端面与所述中轴杆部件相对设置；其中，
所述中轴杆部件经配置以朝着靠近所述内止挡套筒的方向移动，进而压缩所述弹性件，止回插销锁住所述被压缩的弹性件，所述弹性件的反弹力由所述止回插销传递到所述内止挡套筒上；以及
所述中轴杆部件经配置以朝着远离所述内止挡套筒的方向移动，通过传动杆部件把所述止回插销提升，以使压缩的所述弹性件解锁。
2.如权利要求1所述的核工艺管道非线性抗震约束装置，其特征在于，所述内止挡套筒的环向壁上开设有至少一个方形孔，所述止回插销从所述方形孔穿过，从而锁住或者解锁所述弹性件。
3.如权利要求3所述的核工艺管道非线性抗震约束装置，其特征在于，所述至少一个方形孔间隔设置。
4.如权利要求2所述的核工艺管道非线性抗震约束装置，其特征在于，所述内止挡套筒的底部设有圆形孔，所述圆形孔经配置以供所述中轴杆部件穿过。
5.如权利要求1所述的核工艺管道非线性抗震约束装置，其特征在于，所述中轴杆部件通过管夹与管道连接。
6.如权利要求1所述的核工艺管道非线性抗震约束装置，其特征在于，所述弹性件的自由端还设置有挡板部件。
7.如权利要求1所述的核工艺管道非线性抗震约束装置，其特征在于，所述止回插销包括带有口字型结构的抬升杆、弹簧部件以及固定部件，所述抬升杆通过弹簧部件与所述固定部件连接。
8.如权利要求1所述的核工艺管道非线性抗震约束装置，其特征在于，所述传动杆部件包括：与所述止回插销连接的方形厚板；连接杆，所述连接杆的一端与所述方形厚板连接，另一端与导轨滚轮连接；固定在所述约束装置外套筒上的支座；固定在所述约束装置外套筒上的固定件通过弹簧与所述导轨滚轮连接；其中，当所述导轨滚轮处在所述中轴杆部件上的导轨高位时，所述弹簧受到压缩，当所述导轨滚轮从导轨高位滑至低位时，依靠所述弹簧的反弹力将所述导轨滚轮向内顶出，从而与导轨面保持贴合，实现通过所述传动杆部件抬升所述止回插销。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: No. 29 Hong Cao Road, Xuhui District, Shanghai Applicant after: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co.,Ltd. Address before: No. 29 Hong Cao Road, Xuhui District, Shanghai Applicant before: SHANGHAI NUCLEAR ENGINEERING RESEARCH & DESIGN INSTITUTE Co.,Ltd. |