估算裝配部件沖擊載效應

偉光

0 w' w( o% o! U( r9 g
" F& W- E* [7 d1 H1 m9 u; y9 G  K三代核電壓水堆采用非能動安全策略，
$ Q& ]9 g3 {2 P6 `8 q采用無軸封的屏蔽式核主泵，
( u2 j, y/ `  t7 n. Z& [; U核主泵為一回路壓力邊界，
推力軸承為水潤滑，
惰轉飛輪與推力盤復合結構，
* s; o3 \8 ^. L9 f! I3 e7 A( ?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？
/ i' u* h2 ~3 l6 ], O
上圖的物理模型可以進一步簡化為下圖碰撞數學模型
( v8 s% q/ ?- T* t2 ]8 @
8 X8 \8 |8 C) m% j推力瓦的數量為n，轉子的質量抽象為一個質點m，轉子下降速度為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：
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
" A4 `9 s! N% X& z+ x3 lc、不考慮推力瓦具體限位結構帶來的周向和徑向微小偏轉
; |5 J: R5 p) L# Pd、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，
1 f6 ?6 w( e  X& |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：
. y+ P0 Y# I8 ?0 ~
/ l. m2 O7 l6 ^（dangdangdang，敲下黑板）


6 q6 I$ `  r# W- \力的本質是什么？相互作用，慣性系中的相互作用，
$ [: l- y) o4 d$ J, r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.
+ x& ]$ e& G& Q- l5 Z- n8 C

/ g& ?5 {# i- |% d, C: m! T" c# Y# M好啦，沖擊力F=F1+F2，
假設梁的靜態(tài)變形值為Δ，即位移，
根據胡克定律F1=k*Δ，k為梁彈性系數，
既然是位移，一階導數為速度，二階導數為加速度a，
) W# v' R+ n9 g6 R( c9 A' x所以F2=（Δ的二階導）*m/n
6 q4 n4 K/ C% c3 ~9 F

1 |( V% F. b& R0 X- P" P整理一下：
! n* Z; h. D  X+ K) P
# b/ p. O4 V2 h
+ [8 M  s* P& s. N/ o( }哦原來是一個二階微分方程，對他求解一下：
, D$ t# D& q" L4 m" ]9 D  N
6 b2 u% p7 m" C- {+ W2 V; V( J; V' J
根據前面假設，Δ一階導為V0，Δ在0秒時值為Δ，繼續(xù)簡化為：

. x; q' C' n* k. g7 [2 r7 k
在轉子插入屏蔽電機的過程，轉子是勻速點動下降，
6 q. O, h9 |& _% D9 |9 o轉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；
在最后一次下降過程中，
" e$ S6 ^% s! _7 m* u4 e! I推力盤與推力瓦即將接觸的一個微小時間前數值為v0，
! k& B6 ?2 |" u2 z! O7 {轉子的重力勢能G轉化為轉子動能E，根據能量守恒原則，重力勢能的變化等于下落動能的增加。
$ i& m, X. ~: l( p6 _( s
+ j4 E. f6 d- P# p

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，
碰撞產生的沖擊載荷至少為靜載荷的兩倍。
# n" `, i+ x: ?" z/ [
9 R4 o) n& P# u% w2 u: |7 A根據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，
" H# I% X1 C- P+ j/ O3 j
( j1 Y5 [+ O) ?
! M' ?" H! K6 E某型核主泵推力軸承裝配對應的動載荷系數
! A; W9 K& V: G  L3 }) T
0 g; s  M2 h. H7 y; B6 q8 H* E. B) H對于某型核主泵，轉子最后一次下落時的高度h不同時，
; e- p( ?9 v5 W9 T) F! Y其動態(tài)載荷系數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)載荷系數從2增加至54.46。

. ?3 g% m* i. j; O) W& K8 `
2 ?4 I/ u6 D) l; X1 r
: s# p+ x6 F# O! d1 s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，
3 B- I8 [9 ^# g0 T4 L: }三代核電瓦面材料的抗折強度一般應大于90MPa，
可以根據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；
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，
3 d) G7 v9 m! C/ J) h' g# i" f9 ~; N



' N9 u$ q3 J: A, ^從上可知，在核主泵推力軸承支撐結構固定時，
) ~$ Q3 ~! O# n瓦面抗折強度增加時，最大安裝落入距離增加，
6 g! s# `! @, T2 G+ c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。
) D+ }( I4 z/ B6 p
6 a9 }, w+ I* k: j! f4 F5 K4 [/ c3 c  i
7 v8 ]" d) x6 @5 a8 O: Z5 x
將P=90，P0=1.5代入，可得hmax=121.8mm。
根據以上分析，此核主泵插轉子過程中，一旦落入距離大于122mm時，
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，推力瓦表面將產生的破碎顆粒。
* Q7 J$ n, ?: b) p& Y# f  @
6 b; p! G* a" g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。
5 T' M9 j, M- Z
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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; y9 N3 K0 L8 E' H
* [8 }# t$ l1 F  l) P

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！

9 F# m/ D: K6 p, N& M# v

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！典型范本

菜鳥科學

高手的帖子差點錯過了。