水沖擊簡(jiǎn)介

1 水沖擊產(chǎn)生的機(jī)理

水沖擊又稱(chēng)水錘，是由于蒸汽或水突然產(chǎn)生的沖擊力，使承載其流動(dòng)的管道或容器發(fā)生聲響和震動(dòng)的一種現(xiàn)象。水沖擊是工質(zhì)在管道流動(dòng)不暢的情況下產(chǎn)生的。電廠中的水沖擊大多是由于蒸汽管道積水或疏水不暢而形成空氣塞、水塞障礙，以致高速蒸汽不能順暢通過(guò)，于是蒸汽沖擊這些水塞，從而發(fā)出巨響和強(qiáng)烈的震動(dòng)，甚至造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。因?yàn)樵诟邏喝萜髦?，即使是液體也應(yīng)該考慮可壓縮性。

2 水沖擊的危害性

水沖擊事故是電廠的大敵，輕則引起管道的強(qiáng)烈震動(dòng)，重則破壞管道的支吊架，拉裂管道彎頭焊接口，若水沖擊事故發(fā)生在汽輪機(jī)內(nèi)部，其造成的危害將更大：損傷汽輪機(jī)葉片，冷水沖擊熱態(tài)汽輪機(jī)會(huì)使汽缸、大軸產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，直接導(dǎo)致汽缸和轉(zhuǎn)子發(fā)生變形、彎曲，出現(xiàn)或擴(kuò)展裂紋，嚴(yán)重?fù)p害汽輪機(jī)，甚至導(dǎo)致整臺(tái)機(jī)組報(bào)廢。(1969年，美國(guó)西屋公司生產(chǎn)的機(jī)組有7臺(tái)汽輪機(jī)發(fā)生12次水沖擊事故，6次造成嚴(yán)重?fù)p壞，需整體返修)

有兩種方法：①描述沖擊波形本身的固有特性。可在時(shí)域內(nèi)用波形的形狀、峰值、脈沖寬度（即持續(xù)時(shí)間）等參量描述，這種描述適用于簡(jiǎn)單脈沖型沖擊；也可在頻域內(nèi)用傅里葉譜求出沖擊的主要頻率分量和頻率范圍，這種描述既適用于簡(jiǎn)單脈沖型沖擊也適用于復(fù)雜脈沖型沖擊。圖2為半正弦脈沖及其傅里葉幅值譜。②描述沖擊對(duì)系統(tǒng)的作用效果?？刹捎脹_擊響應(yīng)譜（簡(jiǎn)稱(chēng)沖擊譜），即無(wú)阻尼的或有阻尼的單自由度系統(tǒng)對(duì)作用在系統(tǒng)基座上的沖擊的響應(yīng)峰值同該系統(tǒng)同有頻率的函數(shù)關(guān)系。沖擊譜又可細(xì)分為：僅在作用期間獲得的沖擊譜稱(chēng)為初始沖擊譜（簡(jiǎn)稱(chēng)主譜）；在沖擊作用之后獲得的沖擊譜稱(chēng)為剩余沖擊譜（簡(jiǎn)稱(chēng)余譜）；主譜和余譜中取最大值后形成的沖擊譜稱(chēng)為最大譜。圖3為半正弦脈沖作用于無(wú)阻尼單自由度系統(tǒng)后得到的沖擊譜。

沖擊譜的概念提出較早，由于它比較簡(jiǎn)單，而且很多系統(tǒng)在一定程度上可以當(dāng)作單自由度系統(tǒng)，所以可以通過(guò)沖擊譜了解機(jī)器設(shè)備因受沖擊而破壞的程度，因此沖擊譜至今仍是研究沖擊的重要工具。但它沒(méi)有考慮到相位因素，提供的只是一種不完整的信息。

項(xiàng)目的提出：

1．沖擊試驗(yàn)的現(xiàn)況

目前沖擊試驗(yàn)機(jī)分兩種：a.垂直沖擊；b.水平?jīng)_擊。主要是以沖擊的方向和重力方向夾角來(lái)分的。

2．實(shí)際沖擊環(huán)境：

艦載設(shè)備船載設(shè)備實(shí)際承受的沖擊是F3。

按激勵(lì)參量的時(shí)域波形特性可分為三種：①脈沖型沖擊。這種沖擊的激勵(lì)參量的瞬時(shí)值在極短時(shí)間內(nèi)由平衡位置上升到最大值，然后又下降到平衡位置（圖1a）可用數(shù)學(xué)式描述的理想化的脈沖型沖擊的波形有半正弦波、梯形波、鐘形波、三角波或鋸齒波等。貨物包裝箱在運(yùn)輸、裝卸過(guò)程中由于碰撞、跌落而受到的沖擊多屬脈沖型。②階躍型沖擊。這是參量幅值由平衡位置急劇改變到新的位置所形成的沖志（圖1b）。理想化的階躍型沖擊改變參量位置所需時(shí)間為零。實(shí)際階躍型沖擊所需時(shí)同多為微秒級(jí)到毫杪級(jí)。多級(jí)火箭在分級(jí)時(shí)，由于拋棄前級(jí)，質(zhì)量突然減少，因而就會(huì)產(chǎn)生加速度階躍。③復(fù)雜沖擊，又稱(chēng)瞬態(tài)振動(dòng)。其波形是往復(fù)振蕩型的，往往難以用數(shù)學(xué)式表達(dá)（圖1c）。飛機(jī)、導(dǎo)彈和艦船內(nèi)部的儀表設(shè)備所受到的間接的（經(jīng)過(guò)蒙皮、隔框、支架等傳遞的）沖擊多屬此類(lèi)。