CN106917839B - 核电用机械式阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核电用机械式阻尼器，主要包括内设阻尼***的箱体，箱体一端连接固定装置，另一端连接行程壳体，在阻尼箱体中设有能控制阻尼器行程的行程齿条，以及与之啮合的同步齿轮，行程齿条一端可在载荷下深入固定装置内腔，另一端与行程壳体Ⅱ相连接，与同步齿轮同轴布置一增速齿轮Ⅰ，通过与增速齿轮的啮合达到增速效果，在箱体空腔内行程齿条和同步齿轮右侧，以及增速齿轮Ⅰ和增速齿轮Ⅱ左侧，设置实现外载荷减缓作用的阻尼执行机构Ⅰ和阻尼执行机构Ⅱ。该机械式阻尼器结构紧凑，受力合理，性能平稳，吸震效果好，能够对瞬间的高振幅振动形成软刚性支撑，有效地提高了核电设备的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻尼器，尤其涉及一种核电用机械式阻尼器。
背景技术
阻尼是指能够使自由振动衰减的各种摩擦以及其他阻碍作用的特性，而安装在结构***上能够吸收、减缓振动与冲击的能量的特殊构件称为阻尼器。阻尼器作为构件，可使用在不同地方或不同工作环境，或用于减振，或用于防震；受载低速时允许移动，在受载速度或加速度超过许用值时闭锁或近似闭锁，形成刚性支撑，用以保护建筑物、工程结构、机械结构等重要设施，避免由地震、***、自然风力等引起的冲击破坏。目前阻尼器常见的类型有：弹簧阻尼器，液压阻尼器，脉冲阻尼器，旋转阻尼器，风阻尼器，粘滞阻尼器等。
阻尼器是核电厂机械设备重要的安全保护装置之一，灾害调查统计结果显示，管道在地震时的破坏大多因支吊架失效引起的。阻尼器是用来保护核电厂管道和设备在遭受突变载荷( 如地震及交变载荷或持续载荷) 时免遭破坏，对其正常热膨胀引起的缓慢运动不产生约束作用，阻尼器可近似认为刚性，能够对管道和设备提供刚性支承并限制其位移，使其不受破坏。
有关阻尼器的结构与技术改进，相关学者已经进行了大量的研究。例如，申请公布号为CN104775535A的发明专利公开了一种建筑用阻尼器，其采用在活塞体上轴向对称设置两个通道，该通道由锥形阀芯和阀芯弹簧组成。该发明安装空间小，低速运动阻力小，耗能效率高，密封性好；申请公布号为CN 105864347 A的发明专利公开了一种机械式可调阻尼减振器，该减振器适用于需要减振器阻尼力随车辆行驶条件变化而进行调节的各种车辆的悬架或座椅上，通过机械结构的变化，实现减振器阻尼力可调，可以根据车辆行驶条件的需要对减振器阻尼力进行相应调节，提高车辆舒适性。
综上所述，虽然阻尼器的结构形式多样，优点颇多，但绝大多数阻尼器结构较为复杂且多为民用，而核电用阻尼器却鲜有报道。此外，大部分的阻尼器受突变载荷作用时，均形成刚性支撑并使结构处于零位移状态，支撑构件容易受到过载冲击产生破坏。
发明内容
发明目的
为了解决上述问题，本发明提供一种核电用机械式阻尼器，其结构紧凑，受力合理，性能平稳，吸震效果好，能够对瞬间的高振幅振动形成软刚性支撑。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
核电用机械式阻尼器，由固定装置、箱体和行程壳体三部分组成，箱体一端连接固定装置，箱体另一端连接行程壳体；所述箱体包括箱座和箱盖，在箱座内底部和箱盖内顶部分别设有两个相对应的转轴槽，转轴槽内固定有转轴Ⅰ和转轴Ⅱ；箱体内设有机械阻尼***，机械阻尼***包括行程齿条、与行程齿条啮合的同步齿轮、与同步齿轮同轴的增速齿轮Ⅰ、与增速齿轮Ⅰ啮合的增速齿轮Ⅱ、设置在箱体内行程齿条和同步齿轮右侧以及增速齿轮Ⅰ和增速齿轮Ⅱ左侧的阻尼执行机构Ⅰ和阻尼执行机构Ⅱ。
所述固定装置包括固定支座、固定套筒和锁紧套筒，固定套筒内连接于箱座上端口，锁紧套筒外连接于箱座上端口，内部具有空腔的固定支座内连接于固定套筒，装配后对固定装置整体采用防松处理。
所述的行程壳体由导程套、行程壳体Ⅰ和行程壳体Ⅱ组成；所述导程套为铜制，且采用过盈配合安装于行程壳体Ⅰ内，导程套与行程壳体Ⅰ共同销接于箱座下端上；所述行程壳体Ⅱ周向套装于行程壳体Ⅰ外部，且其末端连接尾部关节轴承。
行程齿条非齿条一侧与采用螺纹连接固定在箱座上的齿条导程块直接接触，行程齿条齿条一侧与安装在转轴Ⅰ上的同步齿轮相啮合，所述行程齿条轴向一端能够在载荷作用下深入固定装置的空腔内，另一端与行程壳体Ⅱ相连接。
所述阻尼执行机构Ⅰ包括安装于转轴Ⅱ上的执行齿轮Ⅰ和安装于转轴Ⅰ上的阻尼轮Ⅰ，执行齿轮Ⅰ与阻尼轮Ⅰ配合；所述阻尼执行机构Ⅱ包括安装于转轴Ⅱ上的执行齿轮Ⅱ和安装于转轴Ⅰ上的阻尼轮Ⅱ，执行齿轮Ⅱ与阻尼轮Ⅱ配合；所述的阻尼执行机构Ⅰ与阻尼执行机构Ⅱ对称布置。
所述的机械阻尼***中，所述同步齿轮采用小齿轮，所述增速齿轮Ⅰ采用多齿大齿轮，所述增速齿轮Ⅱ采用小齿轮。
所述执行齿轮Ⅰ采用完全齿轮，与之相配合的阻尼轮Ⅰ采用起阻碍执行齿轮Ⅰ运动的双卡齿结构；所述执行齿轮Ⅱ采用完全齿轮，与之相配合的阻尼轮Ⅱ采用起阻碍执行齿轮Ⅱ运动的双卡齿结构。
所述转轴Ⅰ由箱座上的转轴槽Ⅰ与箱盖上的转轴槽Ⅱ定位，所述的转轴Ⅱ由箱座上的转轴槽Ⅲ与箱盖上的转轴槽Ⅳ定位。
转轴Ⅰ上从箱座到箱盖方向依次安装有阻尼轮Ⅱ、增速齿轮Ⅰ、同步齿轮和阻尼轮Ⅰ；转轴Ⅱ上从箱座到箱盖方向依次安装有执行齿轮Ⅱ、增速齿轮Ⅱ和执行齿轮Ⅰ。
所述核电用机械式阻尼器的工作原理如下：
当阻尼器壳体受到压力时，行程齿条在载荷作用下向固定装置空腔内移动，带动与之啮合的同步齿轮转动，同时，与同步齿轮同轴的增速齿轮Ⅰ、阻尼轮Ⅰ和阻尼轮Ⅱ转动，增速齿轮Ⅰ与增速齿轮Ⅱ啮合，通过两齿轮的齿数比实现增速效果，使与增速齿轮Ⅱ同轴的执行齿轮Ⅰ和执行齿轮Ⅱ加速转动，在执行齿轮Ⅰ和执行齿轮Ⅱ的轮齿与阻尼轮Ⅰ和阻尼轮Ⅱ的双卡齿的反向打击下，实现对行程齿条移动速度的限制，从而起到阻尼作用。
当阻尼器壳体受到拉力时，其工作原理与上述情况相同，机械阻尼***内各部件移动或转动方向相反。
优点效果
本发明的优点如下：
本发明核电用机械式阻尼器，其整体结构由固定装置、箱体和行程壳体三部分组成。箱体内设有机械阻尼***，机械阻尼***内的行程齿条在载荷作用下与同步齿轮啮合，通过增速齿轮Ⅰ与增速齿轮Ⅱ的增速作用，带动布置在箱体内顶部和底部的阻尼执行机构Ⅰ和阻尼执行机构Ⅱ，从而实现减缓外载荷的作用。
阻尼器结构为机械式，其结构紧凑，受力合理，性能平稳，吸震效果好，能够有效地保护核电管道和设备。受载低速时允许移动，形成柔性支撑；在受载速度或加速度过大时不闭锁，移动缓慢，形成软刚性支撑；只有到达行程限位值的时候形成刚性支撑。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1左视图。
图3为箱座结构示意图。
图4为箱盖结构示意图。
附图标记说明：
1. 图中包括固定装置、1-1. 固定支座、1-2. 固定套筒、1-3. 锁紧套筒、2. 箱体、2-1. 箱座、2-2. 箱盖、3. 行程齿条、4. 同步齿轮、5. 增速齿轮Ⅰ、6. 增速齿轮Ⅱ、7.阻尼执行机构Ⅰ、7-1. 执行齿轮Ⅰ、7-2. 阻尼轮Ⅰ、8. 阻尼执行机构Ⅱ、8-1. 执行齿轮Ⅱ、8-2. 阻尼轮Ⅱ、9. 行程壳体、9-1. 导程套、9-2. 行程壳体Ⅰ、9-3. 行程壳体Ⅱ、10. 尾部关节轴承、11. 齿条导程块、12. 转轴Ⅰ、13. 转轴Ⅱ、14. 转轴槽Ⅰ、15. 转轴槽Ⅱ、16. 转轴槽Ⅲ、17. 转轴槽Ⅳ。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步说明：
本发明涉及一种核电用机械式阻尼器，如图1和图2所示，由固定装置1、箱体2和行程壳体9三部分组成，箱体2上方连接固定装置1，箱体2下方连接行程壳体9。如图3和图4所示，所述箱体2包括箱座2-1和箱盖2-2，在箱座2-1内底部和箱盖2-2内顶部分别设有两个相对应的转轴槽，转轴槽内固定有转轴Ⅰ12和转轴Ⅱ13；箱体2内部为立方空腔，且设有机械阻尼***，机械阻尼***包括控制阻尼器行程的行程齿条3、与行程齿条3啮合的同步齿轮4、与同步齿轮4同轴的增速齿轮Ⅰ5、与增速齿轮Ⅰ5啮合的增速齿轮Ⅱ6、设置在箱体空腔内行程齿条3和同步齿轮4右侧以及增速齿轮Ⅰ5和增速齿轮Ⅱ6左侧的用以实现外载荷减缓作用的阻尼执行机构Ⅰ7和阻尼执行机构Ⅱ8。当行程齿条3在载荷作用下受拉或者受压时，在阻尼执行机构的作用下限制其位移。
行程齿条3在载荷作用下与同步齿轮4啮合，通过增速齿轮Ⅰ5与增速齿轮Ⅱ6的增速作用，带动布置在箱体2内的阻尼执行机构Ⅰ7和阻尼执行机构Ⅱ8，从而实现减缓外载荷的作用。
所述箱座2-1一端与固定装置1连接，另一端与行程壳体Ⅰ9-2连接。
所述固定装置1包括固定支座1-1、固定套筒1-2和锁紧套筒1-3，固定套筒1-2内连接于箱座2-1上端口，锁紧套筒1-3外连接于箱座2-1上端口，内部具有空腔的固定支座1-1内连接于固定套筒1-2，装配后对固定装置1整体采用防松处理。
所述行程壳体9由导程套9-1、行程壳体Ⅰ9-2和行程壳体Ⅱ9-3组成；所述导程套9-1为铜制，且采用过盈配合安装于行程壳体Ⅰ9-2内，导程套9与行程壳体Ⅰ9-2共同销接于箱座2-1下端上；所述行程壳体Ⅱ9-3周向套装于行程壳体Ⅰ9-2外部，且其末端连接尾部关节轴承10。
所述的机械阻尼***中，行程齿条控制阻尼器的行程，行程齿条3非齿条一侧与采用螺纹连接固定在箱座2-1上的齿条导程块11直接接触，行程齿条3齿条一侧与安装在转轴Ⅰ12上的同步齿轮4相啮合，以实现双向定位。行程齿条3轴向一端能够在载荷作用下深入固定装置1的空腔内，另一端与行程壳体Ⅱ9-3相连接。
所述阻尼执行机构Ⅰ7包括安装于转轴Ⅱ13上的执行齿轮Ⅰ7-1和安装于转轴Ⅰ12上的阻尼轮Ⅰ7-2，执行齿轮Ⅰ7-1与阻尼轮Ⅰ7-2配合；所述阻尼执行机构Ⅱ8包括安装于转轴Ⅱ13上的执行齿轮Ⅱ8-1和安装于转轴Ⅰ12上的阻尼轮Ⅱ8-2，执行齿轮Ⅱ8-1与阻尼轮Ⅱ8-2配合；且为了使阻尼***所受载荷均匀，阻尼执行机构Ⅰ7与阻尼执行机构Ⅱ8对称布置。
所述执行齿轮Ⅰ7-1采用完全齿轮，与之相配合的阻尼轮Ⅰ7-2采用起阻碍执行齿轮Ⅰ7-1运动的双卡齿结构；所述执行齿轮Ⅱ8-1采用完全齿轮，与之相配合的阻尼轮Ⅱ8-2采用起阻碍执行齿轮Ⅱ8-1运动的双卡齿结构；这样可以起到阻碍执行齿轮Ⅰ和执行齿轮Ⅱ运动的作用。当外载荷将运动经行程齿条3传递给执行齿轮Ⅰ7-1和执行齿轮Ⅱ8-1时，其运动受到阻尼轮Ⅰ7-2和阻尼轮Ⅱ8-2双卡齿的不断阻碍，进而限制了行程齿条3的移动。
如图3和图4所示，所述转轴Ⅰ12由箱座2-1上的转轴槽Ⅰ14与箱盖2-2上的转轴槽Ⅱ15定位，所述的转轴Ⅱ13由箱座2-1上的转轴槽Ⅲ16与箱盖2-2上的转轴槽Ⅳ17定位。
转轴Ⅰ12上从箱座到箱盖方向依次安装有阻尼轮Ⅱ8-2、增速齿轮Ⅰ5、同步齿轮4和阻尼轮Ⅰ7-2；转轴Ⅱ13上从箱座到箱盖方向依次安装有执行齿轮Ⅱ8-1、增速齿轮Ⅱ6和执行齿轮Ⅰ7-1。
行程齿条3与同步齿轮4啮合；在转轴Ⅰ12上，位于同步齿轮4下方安装有增速齿轮Ⅰ5，增速齿轮Ⅰ5与安装在转轴Ⅱ13上的增速齿轮Ⅱ6相啮合，执行齿轮Ⅰ7-1与阻尼轮Ⅰ7-2配合；执行齿轮Ⅱ8-1与阻尼轮Ⅱ8-2配合。
如图1所示，在箱体2中，所述同步齿轮4采用小齿轮，所述增速齿轮Ⅰ5采用多齿大齿轮，所述增速齿轮Ⅱ6采用小齿轮；通过增速齿轮Ⅰ5和增速齿轮Ⅱ6的齿数差距实现两轮转速的调节，进而将行程齿条3的位移在执行齿轮Ⅰ7-1和执行齿轮Ⅱ8-1中放大，增加阻尼轮Ⅰ7-2和阻尼轮Ⅱ8-2的阻碍次数。
所述核电用机械式阻尼器的工作原理如下：
当阻尼器受外载荷（拉力和压力）作用时，行程齿条在载荷作用下向固定装置空腔内移动，带动与之啮合的同步齿轮转动。同时，与同步齿轮同轴的增速齿轮Ⅰ、阻尼轮Ⅰ和阻尼轮Ⅱ转动，增速齿轮Ⅰ与增速齿轮Ⅱ啮合。通过两齿轮的齿数比实现增速效果，使与增速齿轮Ⅱ同轴的执行齿轮Ⅰ和执行齿轮Ⅱ加速转动，在执行齿轮Ⅰ和执行齿轮Ⅱ的轮齿与阻尼轮Ⅰ和阻尼轮Ⅱ的双卡齿的反向打击下，实现对行程齿条移动速度的限制，从而起到阻尼作用。
当阻尼器受冲击载荷作用时，阻尼***不闭锁，且移动缓慢，能够形成软刚性支撑；到达行程限位值的时候形成刚性支撑。当管道和设备受到冲击时，能够有效地限制其位移，同时缓冲吸振，减小振幅，适用于核电站的安全支护。
Claims (8)
1.核电用机械式阻尼器，由固定装置（1）、箱体（2）和行程壳体（9）三部分组成，箱体（2）一端连接固定装置（1），箱体（2）另一端连接行程壳体（9）；所述箱体（2）包括箱座（2-1）和箱盖（2-2），在箱座（2-1）内底部和箱盖（2-2）内顶部分别设有两个相对应的转轴槽，转轴槽内固定有转轴Ⅰ（12）和转轴Ⅱ（13）；箱体（2）内设有机械阻尼***，机械阻尼***包括行程齿条（3）、与行程齿条（3）啮合的同步齿轮（4）、与同步齿轮（4）同轴的增速齿轮Ⅰ（5）、与增速齿轮Ⅰ（5）啮合的增速齿轮Ⅱ（6）、设置在箱体（2）内行程齿条（3）和同步齿轮（4）右侧以及增速齿轮Ⅰ（5）和增速齿轮Ⅱ（6）左侧的阻尼执行机构Ⅰ（7）和阻尼执行机构Ⅱ（8）；
所述阻尼执行机构Ⅰ（7）包括安装于转轴Ⅱ（13）上的执行齿轮Ⅰ（7-1）和安装于转轴Ⅰ（12）上的阻尼轮Ⅰ（7-2），执行齿轮Ⅰ（7-1）与阻尼轮Ⅰ（7-2）配合；所述阻尼执行机构Ⅱ（8）包括安装于转轴Ⅱ（13）上的执行齿轮Ⅱ（8-1）和安装于转轴Ⅰ（12）上的阻尼轮Ⅱ（8-2），执行齿轮Ⅱ（8-1）与阻尼轮Ⅱ（8-2）配合；所述的阻尼执行机构Ⅰ（7）与阻尼执行机构Ⅱ（8）对称布置。
2.根据权利要求1所述的核电用机械式阻尼器，其特征在于：所述固定装置（1）包括固定支座（1-1）、固定套筒（1-2）和锁紧套筒（1-3），固定套筒（1-2）内连接于箱座（2-1）上端口，锁紧套筒（1-3）外连接于箱座（2-1）上端口，内部具有空腔的固定支座（1-1）内连接于固定套筒（1-2），装配后对固定装置（1）整体采用防松处理。
3.根据权利要求1所述的核电用机械式阻尼器，其特征在于：所述的行程壳体（9）由导程套（9-1）、行程壳体Ⅰ（9-2）和行程壳体Ⅱ（9-3）组成；所述导程套（9-1）为铜制，且采用过盈配合安装于行程壳体Ⅰ（9-2）内，导程套（9-1）与行程壳体Ⅰ（9-2）共同销接于箱座（2-1）下端上；所述行程壳体Ⅱ（9-3）周向套装于行程壳体Ⅰ（9-2）外部，且其末端连接尾部关节轴承（10）。
4.根据权利要求3所述的核电用机械式阻尼器，其特征在于：行程齿条（3）非齿条一侧与采用螺纹连接固定在箱座（2-1）上的齿条导程块（11）直接接触，行程齿条（3）齿条一侧与安装在转轴Ⅰ（12）上的同步齿轮（4）相啮合，所述行程齿条（3）轴向一端能够在载荷作用下深入固定装置（1）的空腔内，另一端与行程壳体Ⅱ（9-3）相连接。
5.根据权利要求1所述的核电用机械式阻尼器，其特征在于：所述的机械阻尼***中，所述同步齿轮（4）采用小齿轮，所述增速齿轮Ⅰ（5）采用多齿大齿轮，所述增速齿轮Ⅱ（6）采用小齿轮。
6.根据权利要求1所述的核电用机械式阻尼器，其特征在于：所述执行齿轮Ⅰ（7-1）采用完全齿轮，与之相配合的阻尼轮Ⅰ（7-2）采用起阻碍执行齿轮Ⅰ（7-1）运动的双卡齿结构；所述执行齿轮Ⅱ（8-1）采用完全齿轮，与之相配合的阻尼轮Ⅱ（8-2）采用起阻碍执行齿轮Ⅱ（8-1）运动的双卡齿结构。
7.根据权利要求1所述的核电用机械式阻尼器，其特征在于：所述转轴Ⅰ（12）由箱座（2-1）上的转轴槽Ⅰ（14）与箱盖（2-2）上的转轴槽Ⅱ（15）定位，所述的转轴Ⅱ（13）由箱座（2-1）上的转轴槽Ⅲ（16）与箱盖（2-2）上的转轴槽Ⅳ（17）定位。
8.根据权利要求1所述的核电用机械式阻尼器，其特征在于：转轴Ⅰ（12）上从箱座到箱盖方向依次安装有阻尼轮Ⅱ（8-2）、增速齿轮Ⅰ（5）、同步齿轮（4）和阻尼轮Ⅰ（7-2）；转轴Ⅱ（13）上从箱座到箱盖方向依次安装有执行齿轮Ⅱ（8-1）、增速齿轮Ⅱ（6）和执行齿轮Ⅰ（7-1）。
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