估算裝配部件沖擊載效應

偉光

7 p9 a  \1 h! w$ s
! C- C7 B+ [: u7 Y# C三代核電壓水堆采用非能動安全策略,，
2 d. E) m5 C; o: c6 x% q# Y采用無軸封的屏蔽式核主泵，
核主泵為一回路壓力邊界,，
3 |2 d! ]5 @3 C7 U4 c: @  c推力軸承為水潤滑,，
惰轉(zhuǎn)飛輪與推力盤復合結(jié)構(gòu),，
; Z; Y6 e5 k6 B2 B# C推力瓦往往為石墨或碳碳復合材料,，不耐沖擊
, D: u" u( L$ l! h在設(shè)計階段如何估算安裝時安全落入高度？

. [3 V' G0 g! p" D" U上圖的物理模型可以進一步簡化為下圖碰撞數(shù)學模型

. L! c0 P' B& Z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(shè)：
a、不考慮推力盤在軸向的微小偏轉(zhuǎn)
- ~. j( e8 {5 H5 {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)
# I1 t9 M. M3 @0 P4 od、假設(shè)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(shè)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,，
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)，
9 ]- M& i3 ?5 c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：
6 ^# e+ n7 i0 [: s; B' m; u
（dangdangdang,，敲下黑板）
* |% G; a8 w3 E" I4 h* n7 J
" l! u: p; I9 \; s: W
力的本質(zhì)是什么,？相互作用，慣性系中的相互作用,，
在這個碰撞工況下,，梁的變形應力F1，就是相互作用,，
& C$ _- D& G) Z7 z# p: g碰撞物所在的慣性體系中的等效力F2=Ma.

# s" A1 p( W- z
# l, h+ [5 O8 r7 L' {好啦,，沖擊力F=F1+F2,，
假設(shè)梁的靜態(tài)變形值為Δ，即位移,，
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

6 U6 D: K- @; h
整理一下：
  V2 N6 J( A# p( s0 e
# d) G; L$ k' g' n2 h9 a
哦原來是一個二階微分方程,，對他求解一下：
" V% M7 S- N  o7 r% L& _

: O% N, ~: t8 g, G0 c8 V根據(jù)前面假設(shè),，Δ一階導為V0,，Δ在0秒時值為Δ,，繼續(xù)簡化為：
( e% R6 W5 p% }2 P9 f/ a8 G

在轉(zhuǎn)子插入屏蔽電機的過程，轉(zhuǎn)子是勻速點動下降,，
: X' i* V* }7 Q' p* N' K( Q轉(zhuǎn)子的推力盤在與推力瓦接觸前,，初速度為0，
# v" @; o: d/ i" K; W8 x在最后一次點動下降之前,，推力盤距離推力瓦高度為h,；
) ?! @# l! d1 r9 W# d$ M% ?在最后一次下降過程中，
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,。

; x6 T& i" n- p$ h, V! C+ V
) N7 i! P) J9 b* q9 D9 L5 R
& M* g( ]& U0 d( ?: N2 p' Z- y可見,，安裝過程中的動載荷沖擊是不能簡單忽略的，
9 [8 J0 Q( d  w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,，
& h1 D5 r. K( T: ^1 h' v碰撞產(chǎn)生的沖擊載荷至少為靜載荷的兩倍,。

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,，
- Y% H9 b! C9 f3 n; o( d% D& V

某型核主泵推力軸承裝配對應的動載荷系數(shù)
9 e/ m, T& R& o+ k! j
# `3 X; |; F, k  J$ O) ?; x) m對于某型核主泵,，轉(zhuǎn)子最后一次下落時的高度h不同時，
其動態(tài)載荷系數(shù)K變動較為明顯,，如下圖所示,，
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,。


/ X9 B- f7 H: \5 P
! S, M( T8 T7 K9 K$ [0 M4 v( d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，
7 j( q. Q# m+ N7 h# A- _" h& q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,，
7 }/ j  N3 Q, r- ]+ n! l4 ^

. S* L" S  Z0 \
3 c4 v; I1 R" M* W, P+ t
從上可知，在核主泵推力軸承支撐結(jié)構(gòu)固定時,，
瓦面抗折強度增加時,，最大安裝落入距離增加，
9 Z0 o$ t# _# d) w0 N% f, S' ~4 \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。
2 ]) Y5 P" W6 s4 ~/ @5 J
4 J' v& H0 k! o8 f, ~, D$ D# S( c

: E2 x' ]$ k  g將P=90,，P0=1.5代入,，可得hmax=121.8mm。
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，
, [$ ]' n$ u$ e0 t* p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。
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可見當初速度為0時,，沖擊載荷主要和兩個因素有關(guān),，靜載荷變形和碰撞距離。

PS：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。


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未來第一站

嘖嘖,！連裝配下落高度都要嚴格計算,！
; f9 g% D2 G. t* N; k相比之下我等都是干粗活的苦力了！
謝謝大俠分享,！

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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。