CN109883681B - 钢质软硬双结构超速试验安全环 - Google Patents
钢质软硬双结构超速试验安全环 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109883681B CN109883681B CN201910246627.8A CN201910246627A CN109883681B CN 109883681 B CN109883681 B CN 109883681B CN 201910246627 A CN201910246627 A CN 201910246627A CN 109883681 B CN109883681 B CN 109883681B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ring
- cushion layer
- soft cushion
- steel
- rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Vibration Dampers (AREA)
Abstract
本发明提供了一种钢质软硬双结构超速试验安全环,由内层软垫层(4)和外层硬护环(5)组成,内层软垫层在高度方向由3‑5段组成,在圆周方向等分为六个弧形段,在厚度方向由6‑10层的多层薄钢板叠加而成,外层硬护环由1‑2层厚钢板卷曲焊接而成,高度方向为一件式。外层硬护环内侧焊接有上下两个凸缘,软垫层弧形段嵌砌其间。外层护环和舱体之间留有径向间隙,允许护环在包容转子或转子碎片时产生变形及移动。护环与舱底之间不固定,可自由移动。本发明充分考虑了超速试验环境下的安全要求,用于在转子爆裂或事故脱落时包容转子,吸收转子动能,保护设备及人员安全。
Description
技术领域
本发明涉及旋转超速试验领域,具体而言,是一种钢质软硬双结构超速试验安全环,主要功用在于在试验过程中,当高速旋转的转子发生事故时,包容转子巨大的动能,以保证设备和人员的安全。
背景技术
超速试验台配置安全环的功用在于在试验过程中,当高速旋转的转子发生事故时,包容转子巨大的动能,以保证设备和人员的安全。主要针对两种最危险的情况:
1、转子爆裂。根据转子的具体结构不同,转子有不同的爆裂形式,其中四片式转子爆裂最危险,因为转子的旋转动能大部分都转化为碎片的平动动能,对安全环具有最大的穿透能力。针对此种情况,安全环要按穿透包容能力来设计计算。计算的基本理论依据是Haag/Sanky提出的能量法;
2、转子脱落。转子脱落后全部动能都仍以旋转动能的方式存在,旋转动能对非固定安装的安全环不具备破坏能力,但在与安全环旋转碰撞过程中部分旋转动能会转变为平动动能,转子在舱内做平面运动。随着碰撞次数的增加,转变为平动动能的比例也就越大,由于转子以其整体具有的平动动能撞击安全环,安全环的包容能力就不再是抗穿透能力,而是耐碰撞能力。安全环的设计就要使尽可能多的动能以转动的方式消耗掉,转变为平动的动能完全由安全环包容,而不至于传递到真空舱壁和地基上,以保护机器和周围人员及设施的安全。
安全环除满足上述主要安全包容功能外,还应该有一些设计特点以更好地满足用户的试验任务需求和保护设备自身功能,主要有这样几个方面:
1、转子爆裂碎片撞击安全环时发生的二次破坏越轻越好,以保持初始的爆裂断口形貌,便于进一步分析爆裂现象;
2、转子碎片碰撞安全环之后反弹越轻越好,尽量降低反弹碎片撞击舱盖或其它舱内设施造成的危险或损失;
3、安全环包容破坏后有清晰的依据,判断是否需予以更换,更换成本要尽量低廉。
当前设备厂家提供的安全环主要有两种结构形式,一种是钢制厚包容环加铅砖内衬,另一种是多层钢制环结构。这两种形式都存在一定的缺点,主要有:
1、厚钢环加铅砖内衬结构的缺点:
1)铅是一种重金属,对人体有害,应尽量避免使用,尤其是每次转子爆裂后,损坏铅砖需要重新熔铸,不可避免与人体接触;
2)转子爆裂后转子碎片会穿透铅砖撞击厚钢环仍有二次破坏,碎片会混杂在铅砖内,不易收集齐全;
2、多层钢环结构的缺点:
1)钢环弯曲刚度太大,不仅爆裂转子的碎片二次损坏严重,而且碎片反弹方向改变,容易伤及舱体的薄弱部位,如舱底和舱盖,以及其它舱内设施;
2)转子爆裂将伤及多层钢环,难以根据损坏程度清晰判断是否需要更换新的安全环,及更换几层钢环,造成或者安全环带伤工作,降低安全保证,或者更换成本太高;
3)单件钢环重量较大,试验件需配备较大规格吊车用于更换钢环,投资费用高;
4)最外层钢环与真空舱壁之间间隙太小,实际上不能被视为有效包容环,因为一旦被撞击变形就会将冲击力传递到舱壁上和地基上,对机器造成严重损伤;
5)对转子脱落这种事故,它不能有效地消耗旋转动能,致使转换为平动动能的比例太高,包容性能较差,试验危险性增加。
发明内容
为了克服现有技术不足,本发明提出一种钢质软硬双结构超速试验台安全环,其主要特征如下:
1、整套安全环由低刚度内层软垫层和高刚度高强度外层硬护环组成。内层软垫层由一组薄钢板(厚度小于10毫米,取决于机器规格大小)卷板制成;外层硬护环由单层或多层厚钢板(厚度大于40毫米,与机器规格大小有关)卷板焊接制成;
2、最外层硬护环与真空舱壁之间设计间隙,其宽度大于钢板的厚度;硬环之间采用小间隙(小于15毫米)设计;
3、内层软垫层在高度方向上等分为多段(与机器规格大小相关,可设置3-5段),在圆周方向上等分为六个弧形段;
4、硬护环内侧上下两段焊有凸缘,内层软垫层弧形段嵌砌其间。
新型安全环的技术特征就是将整个安全环分别设计为以软为特征的内环和以强为特征的外环的双层结构,以实现最好的缓冲与包容功能。
根据Haag和Sanky提出的能量法包容能力计算理论,对于爆裂转子碎片的包容,包容环上仅有被碎片撞击的正对区域和毗邻区域吸收能量参与包容,毗邻区域的宽度正比于包容环的厚度,所以单环的包容能力大于总厚度相等的多环的包容能力。因此在本设计中,内层软垫层由多层薄钢板组成,容易被击穿,主要作用是降低碰撞时的相互作用力,避免碎片反弹,而外层的厚环起包容作用,在有限的径向空间内实现最大的包容能力。
由于内层软垫层容易被击穿,击穿后就必须更换,判据简单明确,不至于因损伤程度不同难以判断是否该换,避免因损伤而降低了包容能力的护环仍在使用的危险状况。
由于通常被击穿的面积很小,因此将内层软垫层设计成高度和圆周方向上均为多段结构,每次爆裂试验只需更换少数几个被击穿的弧形段,从而降低成本。
对于转子整体脱落的事故,最初高速旋转的转子会与内层软垫层接触,如同铣刀一样切割垫层,切割力会推动内环旋转运动并逐步加速,旋转碰撞过程遵循动量矩守恒定律,转子将动量矩传递给内层垫层及切割下的垫层材料,自身的转速降低,同时切向力会推动转子向前平动,贴内环公转,如同进刀一样,逐步向前切割。由于垫层是由多个弧形段组成,每个弧形段的转动惯量很小,容易被推动旋转并加速,这样就大幅降低了旋转碰撞的烈度,使得旋转碰撞过程得以持续,从而将更多的旋转动能消耗掉,随着旋转碰撞的持续,不可避免地出现径向力,使得紧贴内环的公转变成多边形运动轨迹,在径向碰撞中,由于内环弧形段质量较小,容易被撞而产生径向位移,从而降低碰撞烈度,每次碰撞都有一些动能以旋转的方式消耗(切割和内环旋转),最后转化为平动动能的部分较小,在与内存环碰撞后撞到大质量外环被挡住包容。
用低成本的普通结构钢做内环,即可避免铅污染,也可降低试验成本。
附图说明
图1为本发明钢质软硬双结构超速试验安全环用于超转试验的示意图;
(1)为挠性驱动轴,悬挂并驱动试验转子(2),在由(3)舱盖、(6)舱体和(7)舱底组成的真空舱内进行旋转试验,舱内放置着由(4)内层软垫层和(5)外层硬护环,即本发明钢质软硬双结构超速试验安全环,用于在转子爆裂或事故脱落时包容转子,吸收转子动能,保护设备及人员安全。
具体实施方式
本发明的基本思路为:将整个超转试验安全环分别设计为以软为特征的内垫层和以强为特征的外护环双重结构,以实现最好的缓冲与包容功能。
内层软垫层(4)在高度方向上由3-5段组成,在圆周方向等分为六个弧形段,在厚度方向上由6-10层的多层薄钢板叠加而成;外层硬护环(5)由1-2层厚钢板卷曲焊接而成,高度方向为一件式。内层硬护环内侧焊接有凸缘,内层软垫层嵌砌其间。外层硬护环(5)和舱体(6)之间留有径向间隙,允许护环在包容转子或转子碎片时产生变形及移动。内外护环与舱底(7)之间均不固定,可自由移动。
整套安全环由低刚度内层软垫层和高刚度高强度外层硬护环组成。内层软垫层(4)由一组薄钢板(厚度小于10毫米,取决于机器规格大小)叠加而成;外层硬护环(5)由单层或多层厚钢板(厚度大于40毫米,与机器规格大小有关)卷板焊接制成。内外层护环均采用低碳钢这种低成本、高延伸率和良好焊接性的材料。
最外层硬护环(5)与真空舱体(6)舱壁之间设计有径向间隙,其宽度大于钢板的厚度;多层硬护环之间采用小间隙(小于15毫米)设计。
内层软垫层(4)在高度方向上分为多段(与机器规格大小相关,可设置3-5段),在圆周方向等分为六个弧形段。所有弧形段嵌砌在内层硬环的上下两凸缘之间。
Claims (4)
1.一种钢质软硬双结构超速试验安全环,包括内层钢质软垫层(4)和外层钢质硬护环(5),内层软垫层在高度方向上由3-5段组成,在圆周方向上分六个弧形段,在厚度方向上由6-10层的多层薄钢板卷曲集成,外层硬护环由1-2层厚钢板卷曲焊接而成,高度方向为一件式;外层硬护环上下焊接处凸缘,软垫层弧形段嵌砌之间;外层硬护环和舱体之间留有径向间隙,允许护环在包容转子或转子碎片时产生变形及移动;其特征在于,内外护环与舱底之间不固定,可自由移动;内层软垫层在高度和圆周方向上均由多个弧形段组成,每个弧形段的转动惯量很小,容易被推动旋转并加速,大幅降低旋转碰撞的烈度,使得旋转碰撞过程得以持续,从而将更多的旋转动能消耗掉,随着旋转碰撞的持续,不可避免地出现径向力,使得紧贴内环的公转变成多边形运动轨迹,在径向碰撞中,由于内环弧形段质量较小,容易被撞而产生径向位移,从而降低碰撞烈度,每次碰撞都有一些动能以旋转的方式消耗,切割和内环旋转,最后转化为平动动能的部分较小,在与内环碰撞后撞到大质量外环被挡住包容。
2.根据权利要求1所述的一种钢质软硬双结构超速试验安全环,其特征在于,整套安全环由低刚度内层软垫层和高刚度高强度外层硬护环组成;内层软垫层由一组薄钢板,厚度小于10毫米,取决于机器规格大小,卷曲紧固并切割成弧形段而制成;外层硬护环由单层或多层厚钢板,厚度大于40毫米,与机器规格大小有关,卷板焊接制成。
3.根据权利要求1或2所述的一种钢质软硬双结构超速试验安全环,其特征在于,最外层硬护环与真空舱壁之间设计径向间隙,其宽度大于钢板的厚度。
4.根据权利要求1或2所述的一种钢质软硬双结构超速试验安全环,其特征在于,内层软垫层在高度方向上由多段组成,与机器规格大小相关,可设置3-5段,叠落在一起,各段之间不固定连接;在圆周方向等分为六个弧形段,弧形段之间也不固定。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910246627.8A CN109883681B (zh) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 钢质软硬双结构超速试验安全环 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910246627.8A CN109883681B (zh) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 钢质软硬双结构超速试验安全环 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109883681A CN109883681A (zh) | 2019-06-14 |
CN109883681B true CN109883681B (zh) | 2020-06-30 |
Family
ID=66935111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910246627.8A Active CN109883681B (zh) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | 钢质软硬双结构超速试验安全环 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109883681B (zh) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103604587A (zh) * | 2013-08-27 | 2014-02-26 | 杭州海罗马科技有限公司 | 高速旋转试验机及测试转子高速旋转强度性能的方法 |
CN108731544A (zh) * | 2017-04-20 | 2018-11-02 | 向兴华 | 能使防弹能力提高2-3倍的一种钢板 |
CN109113810A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-01-01 | 南京航空航天大学 | 具有蜂窝型负泊松比结构的发动机包容环及制造方法 |
CN109482835A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-03-19 | 桂林理工大学 | 一种外层合金钢内层铝合金不等厚环形铸坯制造方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2159886B (en) * | 1984-06-07 | 1988-01-27 | Rolls Royce | Fan duct casing |
DE3922194C1 (zh) * | 1989-07-06 | 1990-11-15 | Gkn Cardantec International Gesellschaft Fuer Antriebstechnik Mbh, 4300 Essen, De | |
DE19906989A1 (de) * | 1999-02-19 | 2000-09-14 | Roehm Gmbh | Lärmschutzwandsegment |
CN101532506B (zh) * | 2009-04-16 | 2011-02-09 | 东华大学 | 一种发动机压气机包容环的织造方法 |
CN103158877B (zh) * | 2013-03-01 | 2015-02-25 | 溧阳市科技开发中心 | 一种用于飞机发动机的包容机舱 |
CN105822891A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-08-03 | 苏州东菱科技有限公司 | 高速旋转防护装置 |
-
2019
- 2019-03-29 CN CN201910246627.8A patent/CN109883681B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103604587A (zh) * | 2013-08-27 | 2014-02-26 | 杭州海罗马科技有限公司 | 高速旋转试验机及测试转子高速旋转强度性能的方法 |
CN108731544A (zh) * | 2017-04-20 | 2018-11-02 | 向兴华 | 能使防弹能力提高2-3倍的一种钢板 |
CN109113810A (zh) * | 2018-08-09 | 2019-01-01 | 南京航空航天大学 | 具有蜂窝型负泊松比结构的发动机包容环及制造方法 |
CN109482835A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-03-19 | 桂林理工大学 | 一种外层合金钢内层铝合金不等厚环形铸坯制造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Elastic field perturbation by a misfitting ring inclusion;L.stagni;《Mechanics research communications》;20030228;全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109883681A (zh) | 2019-06-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8425178B2 (en) | Fan casing for a jet engine | |
EP3293365B1 (en) | Reinforced fan containment case for a gas turbine engine | |
CN100523535C (zh) | 用于磁悬浮轴承***的向心保护轴承 | |
CA2467280C (en) | High energy containment device and turbine with same | |
EP3536914A1 (en) | Fan track liner | |
US8464479B2 (en) | Structural system with high absorption capacity to impactive and impulsive loads | |
GB2422407A (en) | Blade containment casing for a gas turbine engine | |
CN109883681B (zh) | 钢质软硬双结构超速试验安全环 | |
CN103991518B (zh) | 舰船舷侧多层抗爆防护结构 | |
CN206539891U (zh) | 一种轻质扁平绕带式金属多层波纹夹芯防爆容器 | |
EP1425839A4 (en) | INCIDENT MANAGEMENT SYSTEM DESIGNED TO BE IMPLEMENTED IN INERTIATED SPEED SYSTEMS | |
US4603555A (en) | Apparatus for containing an energy storage flywheel | |
CN105928428A (zh) | 空心球填充密闭球形防爆容器 | |
CN113639604B (zh) | 一种复合芯体夹心圆筒防爆结构 | |
CN112427412B (zh) | 一种具有除雪功能的桥梁防撞护栏 | |
CN106253564B (zh) | 可移动式飞轮储能机组安全防护装置及其制造工艺 | |
CN207608860U (zh) | 一种桥墩防护装置 | |
CN102756362A (zh) | 便携式加工机 | |
EP2746150A1 (en) | Outer fuel tank access cover, wing and aircraft comprising such a cover | |
CN114485307B (zh) | 本质安全***物处置与防护装置及使用方法 | |
CN212896182U (zh) | 一种具有不规则防护层的桥柱防撞装置 | |
Davis et al. | Hypervelocity impact of composite overwrap pressure vessels | |
RU2350765C1 (ru) | Устройство для локализации оборвавшейся лопатки вентилятора турбореактивного двигателя | |
CN113005888A (zh) | 一种吸能防撞高性能桥墩 | |
CN211006332U (zh) | 一种应用于预应力混凝土桥梁的新型防撞护栏 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |