估算裝配部件沖擊載效應

偉光

5 f0 h! ]1 U$ l, z# z' Y3 s* N
) {3 y5 j/ b. R1 Q/ g5 e0 s0 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，
4 w% F$ Z4 k! m9 ~/ b; S1 a- Y$ {核主泵為一回路壓力邊界，
# ^' X' x" v* B9 }" Y, r推力軸承為水潤滑，
惰轉飛輪與推力盤復合結構，
" [, M+ x& F  J! |推力瓦往往為石墨或碳碳復合材料，不耐沖擊
在設計階段如何估算安裝時安全落入高度？
  U6 Y0 e. }3 [. n3 B, i/ |
" L! ]6 B* L; Y. c5 l上圖的物理模型可以進一步簡化為下圖碰撞數(shù)學模型
3 @3 H/ m+ O* \" R: U9 a2 @4 S
推力瓦的數(shù)量為n，轉子的質量抽象為一個質點m，轉子下降速度為v，
: y/ p% p3 ?9 j+ B: i' |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：
a、不考慮推力盤在軸向的微小偏轉
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構帶來的周向和徑向微小偏轉
d、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，
5 d# C  |) z; ?& }! e" ]e、假設被沖擊的推力瓦重量與轉子重量相比很小而且可忽略不計，
這個時候轉子與推力瓦接觸后，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：
2 a- x: P) [# [5 r6 Q$ \
; y) ?/ Q/ {" u+ D* h（dangdangdang，敲下黑板）
3 ?2 o+ b: i- Z, k2 K
% q* S( l* D/ l  I/ q, X6 S
) V  b5 D3 a5 m力的本質是什么？相互作用，慣性系中的相互作用，
6 z' B2 _: D% r3 c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.
; M, Q+ }  K* i% ~7 `- b. v) V
$ K3 o, _( R5 R
5 v$ h$ |* P' Y: |好啦，沖擊力F=F1+F2，
! ]& \/ S. }/ s, `* J  H" d( v假設梁的靜態(tài)變形值為Δ，即位移，
+ b' O' x# a" |( k% v* P根據(jù)胡克定律F1=k*Δ，k為梁彈性系數(shù)，
4 v& R; U$ R+ k既然是位移，一階導數(shù)為速度，二階導數(shù)為加速度a，
: m. c+ V" v$ L& x7 t5 `所以F2=（Δ的二階導）*m/n


8 D6 r9 D2 t- f. z4 p% d$ S6 I整理一下：
- N6 e- d* e$ A( ?$ X+ O
5 v* {) ?7 o9 R/ ~7 B! G/ u
哦原來是一個二階微分方程，對他求解一下：
- I0 k6 D% F6 l: {- }0 X5 i* O5 H) C

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：
$ b( _. _* K$ v! v0 V

; X/ U. b. B% w0 ~在轉子插入屏蔽電機的過程，轉子是勻速點動下降，
: ?# a6 j6 y: O轉子的推力盤在與推力瓦接觸前，初速度為0，
2 R0 |/ C6 }! j) J, j5 {6 c, G在最后一次點動下降之前，推力盤距離推力瓦高度為h；
# h$ q- V" U( c6 H  }在最后一次下降過程中，
8 {+ M5 L2 _2 [( v$ b4 J  s1 n推力盤與推力瓦即將接觸的一個微小時間前數(shù)值為v0，
轉子的重力勢能G轉化為轉子動能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。
- O& q$ y1 c' x9 J& z" |, a  j( _
4 A( W2 ~; x8 {2 Z
0 O& z+ Z( Z! z$ K
可見，安裝過程中的動載荷沖擊是不能簡單忽略的，
; E3 D) t5 O$ d% i, K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，
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，
9 `. f" D6 k: Y. }4 x3 l
8 Y8 o, B8 i0 D% O  L
- A. I0 L4 d7 A+ i" a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，
$ E0 T( p0 G, R- ?4 A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。
7 p* P# q5 q. d: {
1 e4 t5 b, J& c, H% @

, N( ]" b7 N' j( K' n. n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，
: F3 e( z% {6 |1 |1 I8 U3 m! S- X可以根據(jù)最小抗壓強度推算裝配過程發(fā)生沖擊載荷時轉子的最大安裝落入距離hmax；
! _$ o7 B& q1 _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 ]0 }7 l: F5 m1 b



從上可知，在核主泵推力軸承支撐結構固定時，
瓦面抗折強度增加時，最大安裝落入距離增加，
0 @7 z; ~. [5 Q' Q+ ]. n5 b' S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。



將P=90，P0=1.5代入，可得hmax=121.8mm。
根據(jù)以上分析，此核主泵插轉子過程中，一旦落入距離大于122mm時，
0 S! b1 ~. l. P. F4 Q7 h1 j瓦面的局部區(qū)域將發(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。

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。
, C- E1 @" H$ p* L, s6 H
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。


0 N7 s3 `5 P" t; J! Q3 z( e
& m/ f* G  w7 G  N/ I- o6 B$ }, D

未來第一站

嘖嘖！連裝配下落高度都要嚴格計算！
6 O) |" w- g4 E; |5 P相比之下我等都是干粗活的苦力了！
+ D5 a/ U+ o2 d5 }1 C5 m4 j謝謝大俠分享！

7 Y% X$ ~( r, E5 m* ?8 o' _: I" y

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。