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核反应堆控制棒转动装置用轴承磨损寿命分析方法研究

周旭 彭航 杜华 邓强 张志强 刘彦霆

周旭, 彭航, 杜华, 邓强, 张志强, 刘彦霆. 核反应堆控制棒转动装置用轴承磨损寿命分析方法研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(1): 97-103. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0097
引用本文: 周旭, 彭航, 杜华, 邓强, 张志强, 刘彦霆. 核反应堆控制棒转动装置用轴承磨损寿命分析方法研究[J]. 核动力工程, 2023, 44(1): 97-103. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0097
Zhou Xu, Peng Hang, Du Hua, Deng Qiang, Zhang Zhiqiang, Liu Yanting. Study on Bearing Wear Life Analysis Method of Nuclear Reactor Control Rod Rotating Device[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(1): 97-103. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0097
Citation: Zhou Xu, Peng Hang, Du Hua, Deng Qiang, Zhang Zhiqiang, Liu Yanting. Study on Bearing Wear Life Analysis Method of Nuclear Reactor Control Rod Rotating Device[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(1): 97-103. doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0097

核反应堆控制棒转动装置用轴承磨损寿命分析方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2023.01.0097
详细信息
    作者简介:

    周 旭(1996—),男,硕士研究生,现主要从事核动力系统与设备研究工作,E-mail: 276674300@qq.com

  • 中图分类号: TL351

Study on Bearing Wear Life Analysis Method of Nuclear Reactor Control Rod Rotating Device

  • 摘要: 为建立核反应堆控制棒转动装置用轴承磨损寿命分析方法,以优化现有以试验为主的转动装置用轴承磨损寿命分析手段,通过构建运行工况下的轴承力学分析模型得到滚道-滚动体接触力学特性,通过套圈控制理论,结合转动装置的运行特点,得到轴承滚动体与内外滚道间的运动特性,并基于Archard磨损模型构建转动装置运行工况下的轴承磨损分析模型,采用磨损迭代的方法得到轴承滚道与滚动体之间的磨损特性。研究结果表明,采用本文建立的轴承磨损寿命分析方法得到的轴承磨损寿命与试验结果符合较好,能够用于核反应堆控制棒转动装置用轴承磨损寿命分析。

     

  • 图  1  技术路线

    Figure  1.  Technical Route

    图  2  轴承滚道与滚动体接触示意图

    AA0—承载前后内外圈沟曲率中心距;$ \alpha $—接触角;$ r $—沟曲率半径;下标$ {\text{i}} $、$ {\text{o}} $—内、外圈

    Figure  2.  Schematic Diagram of Contact between Raceway and Roller

    图  3  轴承内圈位移

    Figure  3.  Displacement of Inner Ring

    图  4  内外圈沟曲率中心与滚动体中心位置

    $ {X_1} $、$ {X_2} $—轴承运行后滚动体中心与外圈沟曲率中心在正交方向上的距离;$ {A_1} $、$ {A_2} $—轴承运行后内外圈沟曲率中心在正交方向上的距离

    Figure  4.  Curvature Center of Inner and Outer Ring Groove and Center Position of Roller

    图  5  轴承滚动体受力状态

    $ Q $—滚道接触力;$F_{\rm{i}}$、$F_{\rm{o}}$—内、外滚道摩擦力;${F_{\rm{c}}}$—滚动体离心力;${M_{\rm{g}}}$—陀螺力矩      

    Figure  5.  Force State of Roller

    图  6  轴承滚动体自转角速度示意图

    $ \beta ' $—滚动体滞后角;$ {\omega _{\text{b}}} $—滚动体自转角速度

    Figure  6.  Schematic Diagram of Roller Angular Rotation Speed     

    图  7  外滚道接触区滑移关系

    Figure  7.  Slip Relationship in Contact Area of Outer Raceway

    图  8  内滚道接触区滑移关系

    Figure  8.  Slip Relationship in Contact Area of Inner Raceway

    图  9  有限元网格划分

    Figure  9.  Finite Element Meshing

    图  10  仿真分析与数值计算结果对比

    Figure  10.  Comparison between Simulation Analysis and Numerical Calculation

    图  11  内滚道接触应力

    Figure  11.  Contact Stress of Inner Raceway

    图  12  内滚道相对滑移速度

    Figure  12.  Relative Slip Velocity of Inner Raceway

    图  13  轴承径向游隙

    Figure  13.  Radial Clearance of Bearing

    表  1  有限元仿真结果

    Table  1.   Finite Element Simulation Results

    径向载荷/N 滚动体1接触力/N 滚动体2接触力/N
    1000 617.84 313.40
    800 492.76 251.20
    600 368.67 188.39
    400 243.96 126.58
    200 121.44 63.46
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    表  2  轴承轴向载荷

    Table  2.   Axial Load of Bearing

    行程 平均轴向载荷/N
    0~2a 824.5
    2a~5a 1015.0
    5a~10a 824.5
    10a~15a 824.5
       a—设定的行程参考值
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    表  3  轴承径向游隙计算与试验结果

    Table  3.   Calculation and Test Results of Radial Clearance of Bearing

    行程 试验值 计算值 相对误差/%
    5a 0.92b 0.93b 1.1
    10a 0.95b 0.97b 2.1
    15a 1.30b 1.32b 1.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-01
  • 修回日期:  2022-11-02
  • 刊出日期:  2023-02-15

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