估算裝配部件沖擊載效應(yīng)

偉光

& [  r, k+ a$ v* i
三代核電壓水堆采用非能動安全策略，
: _$ R1 ~# b7 l3 M采用無軸封的屏蔽式核主泵，
/ C* u) \, c  G) s核主泵為一回路壓力邊界，
' W# {) ~1 G$ B: w推力軸承為水潤滑，
# q6 I9 W1 g9 l7 h) [# Z9 b惰轉(zhuǎn)飛輪與推力盤復(fù)合結(jié)構(gòu)，
  _+ f/ T8 f- g7 E推力瓦往往為石墨或碳碳復(fù)合材料，不耐沖擊
在設(shè)計階段如何估算安裝時安全落入高度？
- i. P/ k; J! x- Y
7 z( }; Q5 V- j8 h; r6 ]5 L上圖的物理模型可以進(jìn)一步簡化為下圖碰撞數(shù)學(xué)模型
; V/ T/ n: W4 n$ q& G
推力瓦的數(shù)量為n，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量抽象為一個質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)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)
1 y. g6 b. @# a8 w/ db、不考慮推力瓦之間載荷不均勻性
' l- m% K* x) nc、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)
d、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，
; ^7 N' f. w+ e  ?; ^0 T5 h這個時候轉(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系統(tǒng)，
在隨后的過程中轉(zhuǎn)子沿著沖擊方向的運(yùn)動即可用一個單自由度系統(tǒng)的彈性擾動來模擬：

（dangdangdang，敲下黑板）
& b9 A) N* F3 N, R9 Q2 c
' v* I- B9 a7 D2 k* C# _! h4 L
5 D) `/ r5 M5 r) Y% \1 d力的本質(zhì)是什么？相互作用，慣性系中的相互作用，
: v& ~+ `1 M+ |- n8 C* n% U+ ^9 f在這個碰撞工況下，梁的變形應(yīng)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.

6 J9 j7 z' s5 r+ f% @
) `. D& ~6 z: j  K9 V5 r好啦，沖擊力F=F1+F2，
假設(shè)梁的靜態(tài)變形值為Δ，即位移，
9 ^/ k' S9 N$ i根據(jù)胡克定律F1=k*Δ，k為梁彈性系數(shù)，
* v! d) B5 V4 z9 F! A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，
+ z  C, y7 R7 m& T& T( w所以F2=（Δ的二階導(dǎo)）*m/n
" o! I6 ]( t9 U3 p2 R
( @4 ~' D( ?5 M/ `, L! F
9 Z( U/ {* u! ~2 T4 j3 U9 r整理一下：

* L+ o; X& Q) l1 @8 R) F) H: K
8 E1 Z. K( W# Q哦原來是一個二階微分方程，對他求解一下：
6 s$ n  w2 F  e8 g9 P/ V- \

根據(jù)前面假設(shè)，Δ一階導(dǎo)為V0，Δ在0秒時值為Δ，繼續(xù)簡化為：
  E+ `) y! g' t9 R0 `
5 W5 x1 \; {  K# K+ l: j9 x1 i. t
在轉(zhuǎn)子插入屏蔽電機(jī)的過程，轉(zhuǎn)子是勻速點(diǎn)動下降，
轉(zhuǎn)子的推力盤在與推力瓦接觸前，初速度為0，
- v" H7 q( r' A在最后一次點(diǎn)動下降之前，推力盤距離推力瓦高度為h；
: i$ v" V$ F9 G( z3 ~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。

1 b7 X( d' r/ u" |0 L

2 h3 W4 A2 N3 U$ L( L5 z' N可見，安裝過程中的動載荷沖擊是不能簡單忽略的，
6 a. v8 G, s5 u1 Z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。
6 }1 e' O/ L  c, k# [
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，

! c' a1 A6 E. `/ {) v( h9 j
某型核主泵推力軸承裝配對應(yīng)的動載荷系數(shù)
, [0 d: }) q* G' D
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，
( p+ W2 m; p; I. T: t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。

, R, h$ O6 h) i7 R
5 g0 v2 z) ]3 d1 X1 n- w6 K% o" E. Q
( ]% B! s* b: c1 X+ U2 O5 @( ~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(fù)合材料，
* C+ p* ]# i+ }" O' P  J+ i. U" [三代核電瓦面材料的抗折強(qiáng)度一般應(yīng)大于90MPa，
  I! a" f. w/ z, z8 V7 r可以根據(jù)最小抗壓強(qiáng)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(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，


: G9 F8 A6 M/ O0 P* S  _5 ]

+ Z# P* Z6 c; |: \% O. h& f9 O從上可知，在核主泵推力軸承支撐結(jié)構(gòu)固定時，
2 u4 m, n  M, H. O瓦面抗折強(qiáng)度增加時，最大安裝落入距離增加，
0 I; S' n1 c2 i  `瓦面最大點(diǎn)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。


9 s- k, T: S4 P; x; N
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，
4 `! W$ b, h6 A/ x4 E% i. b! P2 @瓦面的局部區(qū)域?qū)l(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(dāng)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。

* j! t7 ?! M# c$ P4 |) ^% kPS：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。

未來第一站

嘖嘖！連裝配下落高度都要嚴(yán)格計算！
相比之下我等都是干粗活的苦力了！
謝謝大俠分享！

0 Q1 U0 c, _# Z# l- o

生存于山水

敬禮

454141017

自由落體動能與承接材料的應(yīng)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(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)錯過了。