估算裝配部件沖擊載效應(yīng)

偉光

三代核電壓水堆采用非能動(dòng)安全策略,，
采用無(wú)軸封的屏蔽式核主泵,，
; P9 z5 G; I* }6 Q: c/ C核主泵為一回路壓力邊界，
6 \- a, e/ \+ `( \4 Z8 y推力軸承為水潤(rùn)滑,，
惰轉(zhuǎn)飛輪與推力盤復(fù)合結(jié)構(gòu),，
推力瓦往往為石墨或碳碳復(fù)合材料,，不耐沖擊
1 n+ i- C/ v  Y# S4 {5 I! t- j在設(shè)計(jì)階段如何估算安裝時(shí)安全落入高度,？
2 B+ Q# c  |; G
上圖的物理模型可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為下圖碰撞數(shù)學(xué)模型

推力瓦的數(shù)量為n，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量抽象為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)m,，轉(zhuǎn)子下降速度為v,，
' U7 d1 e1 l! b1 [/ R2 d9 z推力盤距離推力瓦的高度為h，推力瓦簡(jiǎn)化一個(gè)兩點(diǎn)簡(jiǎn)支梁,，
并且做以下假設(shè)：
6 b& i# V: F' M3 ~1 [a,、不考慮推力盤在軸向的微小偏轉(zhuǎn)
; m: Y4 B0 W+ S8 L! z2 Qb、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(lái)的周向和徑向微小偏轉(zhuǎn)
# ]$ V1 d3 j8 J! f6 j2 O/ ad,、假設(shè)推力軸承為剛性支撐，沖擊過(guò)程推力盤變形折算至推力瓦處,，
4 c/ k0 d+ _, H) X/ |1 y, c- y1 Ue,、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(jì)，
7 f5 o# [7 c% a5 Y5 @$ ^這個(gè)時(shí)候轉(zhuǎn)子與推力瓦接觸后,，可認(rèn)為附著與推力瓦上而成為一個(gè)系統(tǒng),，
在隨后的過(guò)程中轉(zhuǎn)子沿著沖擊方向的運(yùn)動(dòng)即可用一個(gè)單自由度系統(tǒng)的彈性擾動(dòng)來(lái)模擬：
5 l5 ]  D& K( o8 ~2 b9 Y
2 M3 ], Z$ S' D% g0 t8 i（dangdangdang，敲下黑板）


4 A/ q3 U; |1 @6 E) p力的本質(zhì)是什么,？相互作用,，慣性系中的相互作用,，
在這個(gè)碰撞工況下，梁的變形應(yīng)力F1,，就是相互作用,，
( L  u# R# A! j) l碰撞物所在的慣性體系中的等效力F2=Ma.
) P1 q2 ^7 L0 j0 t
) s* W) t6 n. j+ o; J, k& J
4 u) O  [- Y. J/ N好啦，沖擊力F=F1+F2,，
. O8 m/ h0 f3 h6 w' _假設(shè)梁的靜態(tài)變形值為Δ,，即位移，
- C5 V/ E/ p3 d$ I% `根據(jù)胡克定律F1=k*Δ,，k為梁彈性系數(shù),，
, m# A/ u  M0 L" M- p& K9 W+ J$ f既然是位移，一階導(dǎo)數(shù)為速度,，二階導(dǎo)數(shù)為加速度a,，
所以F2=（Δ的二階導(dǎo)）*m/n
& T2 u2 p$ U$ y' E/ V5 H7 w: u
& I3 u+ I" H0 g' f. S' h
; @+ j0 a/ g. e  g. z整理一下：

/ K' N' u2 Z6 ~' x% `$ a) p
哦原來(lái)是一個(gè)二階微分方程，對(duì)他求解一下：

* A' m/ Q5 \1 h+ L
根據(jù)前面假設(shè),，Δ一階導(dǎo)為V0,，Δ在0秒時(shí)值為Δ，繼續(xù)簡(jiǎn)化為：
8 _. T! d7 ^" s: w5 E* ]0 }

# S8 Z2 q4 Y7 E4 j, ^在轉(zhuǎn)子插入屏蔽電機(jī)的過(guò)程,，轉(zhuǎn)子是勻速點(diǎn)動(dòng)下降,，
轉(zhuǎn)子的推力盤在與推力瓦接觸前，初速度為0,，
1 H' o9 S; `6 y+ o% d0 t9 a$ D2 L在最后一次點(diǎn)動(dòng)下降之前,，推力盤距離推力瓦高度為h；
( {: R- s$ a8 C; h7 {1 y! w在最后一次下降過(guò)程中,，
4 x5 I  i* A( d; |. p( n推力盤與推力瓦即將接觸的一個(gè)微小時(shí)間前數(shù)值為v0,，
: z! n; i' H' ?9 C' [" s2 g5 m' P轉(zhuǎn)子的重力勢(shì)能G轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子動(dòng)能E，根據(jù)能量守恒原則,，重力勢(shì)能的變化等于下落動(dòng)能的增加,。



& y3 q% x/ g& l8 T0 D) X可見，安裝過(guò)程中的動(dòng)載荷沖擊是不能簡(jiǎn)單忽略的,，
" r5 i8 _: P+ Z2 ]即便推力盤在與推力瓦之間無(wú)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。
9 ~  v! Z. h2 Y0 r. K
) \# m9 p4 S  M/ X2 o) i根據(jù)某型核主泵水潤(rùn)滑推力軸承靜態(tài)載荷變形計(jì)算,，累計(jì)等效變形為0.07mm,，

1 q/ k! z: O+ X7 g/ z
某型核主泵推力軸承裝配對(duì)應(yīng)的動(dòng)載荷系數(shù)
1 n  ]* @0 I" ]0 ]
對(duì)于某型核主泵，轉(zhuǎn)子最后一次下落時(shí)的高度h不同時(shí),，
" t6 w# z' A& M8 v) w其動(dòng)態(tài)載荷系數(shù)K變動(dòng)較為明顯,，如下圖所示，
$ X% P& X2 x0 O& b& v隨著高度h從0mm增加至100mm,，動(dòng)態(tài)載荷系數(shù)從2增加至54.46,。



$ A* p$ y; U9 c% y核主泵水潤(rùn)滑推力軸承推力瓦材料一般選用石墨或碳碳復(fù)合材料,，
8 H! N  }+ Q( k" l. c4 T三代核電瓦面材料的抗折強(qiáng)度一般應(yīng)大于90MPa，
$ V" z, d5 s4 ~可以根據(jù)最小抗壓強(qiáng)度推算裝配過(guò)程發(fā)生沖擊載荷時(shí)轉(zhuǎn)子的最大安裝落入距離hmax,；
瓦面抗折強(qiáng)度為P,，最大取值90MPa，此推力瓦面瓦型為階梯型,，最大點(diǎn)靜載荷為P0,，取值約1.5MPa，
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" [6 S7 X1 ]4 Y/ {* u' X

! v9 h8 x3 l1 f% H. R從上可知,，在核主泵推力軸承支撐結(jié)構(gòu)固定時(shí),，
瓦面抗折強(qiáng)度增加時(shí)，最大安裝落入距離增加,，
瓦面最大點(diǎn)靜載荷增加時(shí),，最大安裝落入距離減小，其分布規(guī)律如下圖所示,。
; q9 y4 `% U; k

7 v5 S4 {9 r4 G5 ^) R$ d2 R! I
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(guò)程中，一旦落入距離大于122mm時(shí),，
瓦面的局部區(qū)域?qū)�發(fā)生部分淺表層脫落,，在安裝過(guò)程中，推力瓦表面將產(chǎn)生的破碎顆粒,。

  J1 L: \! c: D可見當(dāng)初速度為0時(shí),，沖擊載荷主要和兩個(gè)因素有關(guān)，靜載荷變形和碰撞距離,。

% K, j9 d9 m/ W3 L& X0 T5 xPS：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(qǐng)諸君自解,。
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未來(lái)第一站

嘖嘖！連裝配下落高度都要嚴(yán)格計(jì)算,！
8 f  G8 C* \$ G7 Z, G- u, n相比之下我等都是干粗活的苦力了！
, Z& S# n/ @5 ^謝謝大俠分享,！

生存于山水

敬禮

454141017

自由落體動(dòng)能與承接材料的應(yīng)力平衡距離為121.8mm. 計(jì)算出來(lái)之后,，減半脫手即可無(wú)憂,。

pengzhiping

大俠你在電機(jī)論壇的發(fā)的手寫帖子怎么沒有找到,！

pengzhiping

向這務(wù)實(shí)的大俠學(xué)習(xí)致敬,！

成形極限

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

菜鳥科學(xué)

高手的帖子差點(diǎn)錯(cuò)過(guò)了,。