估算裝配部件沖擊載效應(yīng)

偉光

3 N8 E; i, q: o* c& B
) E6 i( p* |. ~9 [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，
/ [6 L7 O+ L. c) N4 ~核主泵為一回路壓力邊界，
  |+ X; l3 z( k1 H% ~$ ^, J% S8 Y- C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)，
. w0 x" @4 |6 r& L0 g2 n推力瓦往往為石墨或碳碳復(fù)合材料，不耐沖擊
在設(shè)計(jì)階段如何估算安裝時(shí)安全落入高度？
: |. H" J! l7 C$ m4 k
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

4 O# F! E' O- N( U6 a$ y0 D5 e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，
2 O5 D/ x2 S9 |4 l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)：
( a/ _0 e  \: Q" fa、不考慮推力盤在軸向的微小偏轉(zhuǎn)
b、不考慮推力瓦之間載荷不均勻性
/ O& v' e, S) _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)
d、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，
5 P2 [" ^( b+ p& @9 Ce、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)，
" p" ?/ Z8 X; m- f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：

1 O6 B. x* X1 j/ \  o' E+ G（dangdangdang，敲下黑板）
  U8 f8 {: f0 Q2 |5 x4 |. N- v: \

" I7 a  n; E# L7 c力的本質(zhì)是什么？相互作用，慣性系中的相互作用，
' G/ O: L4 G% n( t- b6 `* j; }在這個(gè)碰撞工況下，梁的變形應(yīng)力F1，就是相互作用，
' y+ Z7 S' m8 ?# C: g, c碰撞物所在的慣性體系中的等效力F2=Ma.
, X+ B. f% B3 A' n8 e1 M, h  D( g* a5 g
( @$ P! t2 _5 K0 D) f, d
# a  @) F0 g+ O2 Q9 M好啦，沖擊力F=F1+F2，
8 `+ q  |" a$ j假設(shè)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)，
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
, s! E& Q+ t- ~' t  t4 r' ^

整理一下：
1 H- d2 }1 }5 U/ q

# b8 E" U$ ^9 t! Y. h8 Q哦原來(lái)是一個(gè)二階微分方程，對(duì)他求解一下：

: Q: v9 G  {4 x* v& `) K5 Y! ~$ R
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：
0 d2 h- y& F- i0 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，
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；
在最后一次下降過(guò)程中，
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，
/ V  Z4 a# U6 ?* k8 n4 t. N* s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。

# }6 H% M1 u. V6 H1 d3 Q
+ p, X5 T) U7 K* N! k7 C
可見，安裝過(guò)程中的動(dòng)載荷沖擊是不能簡(jiǎn)單忽略的，
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。

! U4 q& q% }; _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，


某型核主泵推力軸承裝配對(duì)應(yīng)的動(dòng)載荷系數(shù)
9 A( E5 M7 g7 P  {
4 n( G$ w  m2 Z6 r, a. r: |1 j  e3 N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)，
/ ^0 \) m$ M7 m# M% E" S其動(dòng)態(tài)載荷系數(shù)K變動(dòng)較為明顯，如下圖所示，
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。

+ n  s, j3 b' u8 t

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，
三代核電瓦面材料的抗折強(qiáng)度一般應(yīng)大于90MPa，
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；
9 r- M! Z( W) }; n$ G6 d" w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，
. [6 H" x+ c; [/ F+ E
' ?; x8 C  q: J2 I5 d1 d$ I


0 s' ?; M8 h# L5 a從上可知，在核主泵推力軸承支撐結(jié)構(gòu)固定時(shí)，
5 ~/ f1 h9 U- v7 \4 Z5 j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。
2 J% D9 H1 ~' E" N6 }7 a& E

6 a' k- P7 |4 ~8 Z
將P=90，P0=1.5代入，可得hmax=121.8mm。
* D' Z, J8 @% j+ M2 i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)，
# S" S0 X$ Q/ B6 }& r6 @) V1 t5 k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。

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。

, p# ~0 h6 m# Y& {0 G) V; C2 E( |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(qǐng)諸君自解。
4 K/ i# o" Y! t3 o  o! U. n
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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！
7 y( I$ R6 F; r0 G5 ]7 I相比之下我等都是干粗活的苦力了！
7 a! t% M  {$ x2 r6 `8 k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。