估算裝配部件沖擊載效應

偉光

" [; I! b9 P- s: e+ k; N
三代核電壓水堆采用非能動安全策略，
采用無軸封的屏蔽式核主泵,，
; ^9 A6 e% L. X: V& B核主泵為一回路壓力邊界,，
& @, s8 f. B0 _7 d% u" W: c$ [( |推力軸承為水潤滑,，
惰轉(zhuǎn)飛輪與推力盤復合結(jié)構(gòu),，
推力瓦往往為石墨或碳碳復合材料,，不耐沖擊
6 ^: r7 b$ s$ [% h在設計階段如何估算安裝時安全落入高度,？
: ~( R; S  w" H  H2 s
上圖的物理模型可以進一步簡化為下圖碰撞數(shù)學模型
4 f" o( ?) p7 o- T! J! r7 k
推力瓦的數(shù)量為n,，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量抽象為一個質(zhì)點m，轉(zhuǎn)子下降速度為v,，
推力盤距離推力瓦的高度為h,，推力瓦簡化一個兩點簡支梁，
并且做以下假設：
' k4 \- L5 f; Aa,、不考慮推力盤在軸向的微小偏轉(zhuǎn)
b,、不考慮推力瓦之間載荷不均勻性
c、不考慮推力瓦具體限位結(jié)構(gòu)帶來的周向和徑向微小偏轉(zhuǎn)
0 f5 a6 i* P* sd,、假設推力軸承為剛性支撐,，沖擊過程推力盤變形折算至推力瓦處，
e,、假設被沖擊的推力瓦重量與轉(zhuǎn)子重量相比很小而且可忽略不計,，
' [) F% t% D$ h$ P這個時候轉(zhuǎn)子與推力瓦接觸后，可認為附著與推力瓦上而成為一個系統(tǒng),，
在隨后的過程中轉(zhuǎn)子沿著沖擊方向的運動即可用一個單自由度系統(tǒng)的彈性擾動來模擬：

（dangdangdang,，敲下黑板）

  n8 d* h- u% W$ P2 b6 y$ m
  d! z# r' z. @1 j9 A. Q力的本質(zhì)是什么？相互作用,，慣性系中的相互作用,，
1 {: E5 i4 k) f/ Q4 I在這個碰撞工況下,，梁的變形應力F1，就是相互作用,，
碰撞物所在的慣性體系中的等效力F2=Ma.
: b, z' E7 f% k

) k& c  D3 U( x' K- [好啦,，沖擊力F=F1+F2，
假設梁的靜態(tài)變形值為Δ,，即位移,，
3 i$ M3 h. M, K( ]; a4 W- r! Y根據(jù)胡克定律F1=k*Δ，k為梁彈性系數(shù),，
既然是位移,，一階導數(shù)為速度，二階導數(shù)為加速度a,，
所以F2=（Δ的二階導）*m/n


' N* _0 U" m+ N, k3 r6 q1 [整理一下：


! c! e. G5 P5 L& o: s# `哦原來是一個二階微分方程，對他求解一下：
1 B& |6 x7 @, o8 ], N
# J. r% k0 J3 p( f  {1 T2 R4 N' f" |
根據(jù)前面假設,，Δ一階導為V0,，Δ在0秒時值為Δ，繼續(xù)簡化為：
# K7 x& A. q! R( r* K. k  P1 b+ o
  t, r- b8 n6 @( o* ^. q7 U% ^  S
& E1 R! N: s9 h3 V4 m8 i在轉(zhuǎn)子插入屏蔽電機的過程,，轉(zhuǎn)子是勻速點動下降,，
4 Q3 \$ ~. o" F6 h7 p2 k轉(zhuǎn)子的推力盤在與推力瓦接觸前，初速度為0,，
在最后一次點動下降之前,，推力盤距離推力瓦高度為h；
% F8 x& [& {5 U! h- e0 _0 {在最后一次下降過程中,，
# J; c, d+ U/ d1 {& T, ~推力盤與推力瓦即將接觸的一個微小時間前數(shù)值為v0,，
轉(zhuǎn)子的重力勢能G轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子動能E，根據(jù)能量守恒原則,，重力勢能的變化等于下落動能的增加,。
* [4 ]( ?2 W3 Q7 k. p. v
- u$ q2 \# H2 j/ D6 z

可見，安裝過程中的動載荷沖擊是不能簡單忽略的,，
7 }* f; G% B6 f. B& s即便推力盤在與推力瓦之間無限接近處初速度為0的狀態(tài)下發(fā)生碰撞,，
8 F, |) f8 j1 d碰撞產(chǎn)生的沖擊載荷至少為靜載荷的兩倍。
% R. W# Q. ?) J+ H! |) q# d6 {1 [
$ f! E$ K1 j) a3 n/ W/ x0 v9 H根據(jù)某型核主泵水潤滑推力軸承靜態(tài)載荷變形計算,，累計等效變形為0.07mm,，
  x2 Q0 z" m1 y( a# S

( v. T7 {8 V! U  v7 z' R% i某型核主泵推力軸承裝配對應的動載荷系數(shù)

對于某型核主泵，轉(zhuǎn)子最后一次下落時的高度h不同時,，
8 ^' _! I( R! q  c6 _1 F其動態(tài)載荷系數(shù)K變動較為明顯,，如下圖所示，
. {  t/ B  L/ t0 B3 e6 A6 g隨著高度h從0mm增加至100mm,，動態(tài)載荷系數(shù)從2增加至54.46,。
9 m6 s- X* x6 {5 T5 m/ q
- @1 J% Q! |: N- ~( J/ d' q: _1 y) f
3 |2 \. R% P2 q
核主泵水潤滑推力軸承推力瓦材料一般選用石墨或碳碳復合材料,，
三代核電瓦面材料的抗折強度一般應大于90MPa，
* F; S  B9 |& p  @, l可以根據(jù)最小抗壓強度推算裝配過程發(fā)生沖擊載荷時轉(zhuǎn)子的最大安裝落入距離hmax,；
瓦面抗折強度為P,，最大取值90MPa，此推力瓦面瓦型為階梯型,，最大點靜載荷為P0,，取值約1.5MPa，
/ M, a4 K  e9 U. J2 R% l8 |


( M% Q( @, u4 ]
從上可知,，在核主泵推力軸承支撐結(jié)構(gòu)固定時,，
5 g3 M. U0 x' k6 s瓦面抗折強度增加時，最大安裝落入距離增加,，
8 C  x& O! ]( W" J0 h( v3 `3 C1 Q瓦面最大點靜載荷增加時,，最大安裝落入距離減小，其分布規(guī)律如下圖所示,。
0 E, u8 R+ R7 B, W


0 C8 Y: C+ J7 W0 Q/ Y; B將P=90,，P0=1.5代入，可得hmax=121.8mm,。
# R3 R; v4 G, h2 B+ D  k$ ^& r根據(jù)以上分析,，此核主泵插轉(zhuǎn)子過程中，一旦落入距離大于122mm時,，
2 r5 H( }/ p2 T4 U瓦面的局部區(qū)域?qū)�發(fā)生部分淺表層脫落,，在安裝過程中，推力瓦表面將產(chǎn)生的破碎顆粒,。

$ }6 Z: \. Y$ W8 G4 e: b  h可見當初速度為0時,，沖擊載荷主要和兩個因素有關，靜載荷變形和碰撞距離,。

. m6 x% D' ~4 W, H& mPS：江湖傳言天下武功唯快不破乎,？為何武功高手劈樹不砍樹梢，請諸君自解,。

6 B8 [8 [3 \/ a+ f1 P( l3 g

9 S* `* Z6 T0 u; T
) n. n- c( w0 s& j3 ?# F

未來第一站

嘖嘖,！連裝配下落高度都要嚴格計算！
, T# z$ A% r& d& Q相比之下我等都是干粗活的苦力了,！
9 X7 @, i$ l1 ?' G2 ]: a; y. M謝謝大俠分享,！

生存于山水

敬禮

454141017

自由落體動能與承接材料的應力平衡距離為121.8mm. 計算出來之后,，減半脫手即可無憂。

pengzhiping

大俠你在電機論壇的發(fā)的手寫帖子怎么沒有找到,！

pengzhiping

向這務實的大俠學習致敬,！

成形極限

高手！這才是工程師應該干的事情,！分析推理循序漸進,，有理有據(jù)！典型范本

菜鳥科學

高手的帖子差點錯過了,。