估算裝配部件沖擊載效應

偉光

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,，
& f! Y. n+ L9 v5 i核主泵為一回路壓力邊界,，
5 c8 F6 n" p1 D- N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 f& K# [: h# [5 L: Z7 k6 c; y+ {在設計階段如何估算安裝時安全落入高度,？
( q2 L; V4 x3 P0 f. h
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 Q/ o% C0 P8 k$ T
7 y4 ^; T0 ~8 c0 a1 G+ P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,，
( T+ Q) K$ r3 L  i# t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，
. g- x, M2 q  v" i" ~1 J并且做以下假設：
a,、不考慮推力盤在軸向的微小偏轉(zhuǎn)
* _7 U; t$ L3 ?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)
1 L, i1 L, W" z; }1 u3 }8 Td,、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,，
% t' S' k* e. a% I% j- f& j7 U8 oe、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,，
, L1 U6 P, J& b$ o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：
; P5 ]" J9 V/ b/ w) n
' ~' d! v, C( d7 \1 o, }（dangdangdang,，敲下黑板）


7 z/ C; h" i/ ^- b% D力的本質(zhì)是什么,？相互作用，慣性系中的相互作用,，
7 g) H9 V$ x! O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.
& \; R6 J; A# Z' S1 ]) V6 Y5 u* T

  U% w8 O1 Z, a3 s; x" V' U% A. j( r好啦,，沖擊力F=F1+F2，
假設梁的靜態(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),，
& g) e9 L5 L* S% v- I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
, u8 a( `, Y' g. n8 ^1 {" |8 F
: ~: R/ F: I8 l9 E% r
6 O7 U9 |; j" D: z  r  V: j整理一下：


. s* [; O  [. t哦原來是一個二階微分方程,，對他求解一下：
9 Q0 q! J: E! x- P3 r4 ]6 ?
4 Q3 P) A! h9 _+ Q: K2 D
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：

5 e. Z9 \" v; O
在轉(zhuǎn)子插入屏蔽電機的過程，轉(zhuǎn)子是勻速點動下降,，
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,；
& N( I9 O: x; Q- l! v/ ], ~在最后一次下降過程中，
* v: L* o. }' M* |, ]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,。
5 r6 P* N- ^% Q. l' C+ O

9 J+ ?2 A6 M) p. j4 P
( @/ D& P0 O8 v% a# b2 C7 q可見,，安裝過程中的動載荷沖擊是不能簡單忽略的，
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，
- ]9 F# R+ x; U; [碰撞產(chǎn)生的沖擊載荷至少為靜載荷的兩倍,。

0 j$ E+ l4 |5 u4 m. p( Z% z4 B- X  R  ]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，
. f, p2 E/ |; R4 P% r

某型核主泵推力軸承裝配對應的動載荷系數(shù)
6 {) E2 }  F% c# T% C1 L6 t* l
對于某型核主泵,，轉(zhuǎn)子最后一次下落時的高度h不同時,，
3 W. o9 J# [+ Z; I  q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。
) N3 T% s3 D* a; P6 `% ~& g

6 K  X5 ?8 N1 k# i; S
$ m; L5 o% A* @& b/ E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,，
) _& G+ I9 r; O2 T三代核電瓦面材料的抗折強度一般應大于90MPa,，
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；
- I, G8 K" o8 K9 b5 ^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,，

5 k) f% k7 z* W( ~$ g8 Q, t; R
/ R. w2 y# M. z

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，
* w! h1 T4 Q# M/ |$ i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。


( G( g6 E7 D( V7 `# a* G
, G  L& b% x' T將P=90,，P0=1.5代入,，可得hmax=121.8mm。
4 D# a# C- G3 h  M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，
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。
- \0 X3 E, y- |2 t
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,。

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,。
, N8 k; s6 z' w: |1 F, d+ {



0 @# @$ t( V2 g# v, Y

未來第一站

嘖嘖,！連裝配下落高度都要嚴格計算,！
相比之下我等都是干粗活的苦力了！
謝謝大俠分享,！
: r) H4 [8 Z3 i2 G$ R0 A

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,。