半径间隙对水润滑轴承轴心轨迹的影响

为了研究海水淡化高压泵水润滑轴承半径间隙对转子系统稳定性的影响,设计了3种不同半径间隙的水润滑轴承,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,对不同半径间隙时的干、湿转子轴心轨迹进行研究.结果表明:随着轴承半径间隙的增大,干转子的涡动中心明显向X,Y轴负方向漂移,而湿转子由于系统的阻尼增大涡动中心变化不明显;湿转子的涡动振幅明显大于干转子的;数值计算的结果与试验结果基本吻合,在轴承间隙较大时,干转子系统稳定性较差,半径间隙为0.1 mm时,润滑效果最好.研究结果为海水淡化高压泵水润滑轴承参数的优化设计提供必要的参考依据.     

不同进水压力下水润滑轴承润滑特性试验研究

针对海水淡化高压泵水润滑轴承-转子系统在运行过程中由于进水压力的改变而带来的安全、可靠和稳定性等问题,以轴心轨迹以及周向压力脉动为主要研究目标,对干、湿转子在不同进水压力下水润滑轴承轴心轨迹数值模拟,并通过前期设计研制的海水淡化高压泵用水润滑轴承试验台对干、湿转子在不同进水压力下水润滑轴承运行过程中轴心轨迹及周向压力脉动进行试验研究.从计算和试验结果的总体变化趋势可以得知,进水压力对干转子情况下液膜形成的影响较大,而湿转子由于转子系统阻尼因素影响,进水压力对轴心轨迹影响变小,但整体变化趋势与干转子变化趋势相近,对系统整体而言在进水压力为0.2 MPa时,系统运行较为稳定,文中为进一步提高万吨级海水淡化高压泵系统稳定运行能提供了一定的研究基础.     

水润滑轴承-转子系统的瞬态响应特性

阶跃、脉冲等非周期载荷具有幅值突变、变化剧烈的特点,当它们作用于滑动轴承主轴时,轴心位置可能会发生突变,造成轴承润滑状况的突然变化.海水淡化泵机组在启动、停机和转速变化时,可能会承受不同的瞬变载荷,为研究该泵水润滑轴承在瞬变载荷作用下的润滑情况及动特性的变化,使用Pro/E三维造型软件建立水润滑轴承-转子系统的流固耦合模型,应用计算流体动力学(CFD)技术和流固耦合(FSI)方法,分别对水润滑轴承-转子系统施加阶跃载荷、矩形载荷和三角脉冲载荷,分析不同时刻下转子的弹性变形对水润滑轴承周向压力分布、水膜承载力以及轴心位置的影响.结果表明:在瞬变载荷作用时,轴心位置、水膜承载力和最大水膜压力都有较大的变化并呈现一定的振荡过程;由于脉冲载荷作用时间有限,随着其消失,轴心位置仍收敛于原来的平衡位置,而阶跃载荷则使轴心位置收敛于新的平衡位置.     

泵水润滑轴承—转子系统的动力学特性研究

针对当前泵水润滑轴承-转子系统模态分析与稳定性等动力学特性研究相对薄弱等问题,以设计的某高压多级泵为例,通过合理简化,建立研究该泵轴承-转子系统动力学特性的三维实体模型与数学模型;利用ANSYS进行的考虑惯性效应、不同角速度的多载荷模态分析生成了刚性支承坎贝尔图,计算得到了考虑陀螺效应的前4阶固有频率、3000 r/min载荷下的正进动涡动转速(即临界转速);分析得出了系统在工作转速与非工作转速下的轴系不平衡响应曲线;恒定转速下突加激励时转子系统的瞬态特性分析表明,虽然突加激励力后转子系统会出现较大振动,但随后振幅逐渐减小并趋于稳定,说明该水润滑轴承-转子系统是稳定的刚性系统.     

水润滑高速动静压滑动轴承数值模拟

采用有限元法求解壁面定律和Reynolds方程,对水润滑高速动静压滑动轴承进行了数值模拟分析.研究紊流状态水介质润滑条件下的动静压轴承三维压力分布、温度场分布及动特性系数,分析高速高压水润滑条件下的动静压轴承与油润滑条件下的动静压轴承不同的液腔压力分布、温度分布等特性.     

多轴压缩装置滑动轴承-转子系统不平衡响应分析

本文从转子动力学角度出发,结合达朗贝尔原理和传递矩阵法建立了转子离散化动力学方程,基于流体动压轴承理论和有限差分法计算非线性油膜压力,提出了一种由滑动轴承支承的多轴离心压缩机转子系统动力学模型,并从轴心轨迹、轴承偏心率、频谱响应等方面,分析了该非线性轴承-转子系统的不平衡效应及振动特征。结果表明：转子在理想化的不平衡量下,振动特征主要表现为次同步涡动。随着不平衡量的增加,转子主同步响应增大,在0.2g*mm不平衡量下,转子系统出现多重椭圆轨迹,非常不利于转子系统的使用寿命。在G1平衡精度下,转子系统具有良好的动力学特性,可保证多轴压缩机主轴转子系统在正常工况下稳定健康运转。     

海水淡化高压泵水润滑轴承液膜压力分布

针对海水淡化高压多级泵水润滑轴承的可靠性论证研究和探究其液膜动力传递机理,并分析液膜压力分布及其影响因素,文中采用有限差分法数值求解二维定常雷诺方程将方程离散化处理,并且采用超松弛迭代法求解离散的线性方程组以达到加速收敛的目的,通过Matlab编程求得海水淡化泵水润滑轴承沿周向的水膜压力先增后减并呈现出非线性,而沿轴向则呈抛物线分布,并通过对轴承宽径比和偏心率参数方案的选择对比,研究其影响水润滑轴承的压力分布,结果显示水膜压力随轴承宽径比和偏心率的增大而增大.验证结果表明前期设计的水润滑轴承,能够保证水润滑轴承所起的安全润滑和支撑作用.     

海水淡化高压泵与能量回收一体机水润滑轴承-转子系统稳定性

为保障海水淡化高压泵与能量回收一体机的安全稳定运行,对轴颈倾斜时的水润滑转子系统的稳定性展开研究.基于流体动压润滑理论,采用差分法和微扰法,建立考虑四自由度的32动力系数模型,同时求解转子动力学方程,分析不同偏心距、倾斜角、载荷下轴承的动静特性和口环间隙水膜产生的流体动压润滑效应对转子稳定性的影响.求解转子系统特征方程,并通过特征值实部对转子的稳定性进行分析.研究结果表明：倾斜运动对转子稳定性影响较大,四自由度下偏心率和倾斜角的增大使得32个动特性系数有不同程度的增大,从而减小运行过程中转子涡动产生的位移量,同时具有更高的承载能力;口环间隙水膜的动压润滑效应对转子稳定性具有不可忽视的影响,可使得转子的位移响应减小为原来的1/3,达到稳定运行的时间缩短为原来的1/3;一体机转子的极限转速为40 000～45 000 r/min,当转速超过极限转速时,系统出现正实部的特征值,增大口环宽度和减小口环水膜间隙厚度可增大转子的极限转速.     

海水淡化泵水润滑轴承间隙的优化设计

针对海水淡化高压泵水润滑轴承存在的润滑问题,设计了6种不同轴承半径间隙的水润滑轴承;用三维造型软件Pro/E建立了滑动轴承内部三维流动水膜数学模型;利用Fluent 6.2进行非结构化六面体/楔形网格划分,采用RNGk-ε湍流模型和SIMPLE算法,对不同轴承半径间隙内水膜的三维流场和同一轴承半径间隙不同偏心距下的水润滑轴承的动特性进行了模拟,得到了轴承内部动压力分布以及流量、承载力、刚度与轴承半径间隙之间的关系.结果表明,所研究的水润滑轴承在半径间隙为0.2 mm时性能最佳.模拟结果可以对水润滑轴承的润滑特性进行预测,可为高压泵水润滑轴承的优化设计和安全运行提供参考.     

高压多级离心泵转子系统的不平衡响应特性

针对高压多级离心泵转子系统质量不平衡问题,采用有限元分析方法计算了水润滑轴承支撑的转子系统的模态,并对转子系统不平衡质量的位置和分布进行了分析和优化.数值计算结果表明,采用两端水润滑轴承支撑的高压多级泵转子系统,根据第一阶临界转速的判定原则证明其为稳定的刚性转子系统;在设计转速下,不平衡质量施加在转子不同位置时,泵入口端水润滑轴承节点振动幅度变化较大,其对不平衡敏感程度较高,而出口端水润滑轴承附近节点振幅变化较小,且前3级叶轮的剩余不平衡质量对轴系不平衡响应具有较大影响;通过优化组合叶轮和平衡盘的平衡精度等级,找到了两端轴承振动幅值较小的方案,当前两级叶轮采用G2.5级、其他叶轮和平衡盘采用G6.3级平衡精度时,泵进口端水润滑轴承节点的振动幅值明显降低,且泵出口端轴承节点的振幅变化较小,成功应用于高压多级离心泵的设计,满足了工程应用要求;在不同转速下,泵入口端水润滑轴承比出口端对不平衡响应更为敏感,建议入口端轴承采用更耐磨的材料.优化结果可为新型多级离心泵转子系统稳定运行提供理论依据和参考.     

轴-轴承系统强度和刚度与摩擦学的耦合分析

分析了轴-轴承系统中,当轴受载变形导致轴颈倾斜时,径向滑动轴承的流体动力润滑特性。计算结果表明,此时的轴承油膜压力明显偏布且最大油膜压力增大。在轴承润滑分析的基础上,将得到的轴承油膜压力作为载荷边界条件,计算了轴的应力分布。结果显示此时轴的应力分布在轴承最大油膜压力作用的邻近区域发生了明显变化,应力数值有较大增加,影响轴的强度。     

透平增压泵轴承-转子系统动力学特性

针对海水淡化液力透平增压泵的高速运转稳定性问题,以核心部件水润滑轴承-转子系统为研究对象,通过轴承模化与Matlab编程计算得到水润滑轴承的8个特性系数,并建立起水润滑轴承-转子耦合系统的物理模型和有限元模型;利用转子动力学分析软件Samcef Rotor,计算得到了转子系统前4阶临界转速与模态振型;利用CFX14.5对透平增压泵内部流场进行非定常计算,统计得到不同流量工况下流体作用在透平叶轮和增压泵叶轮上的径向力,并以叶轮不平衡质量和径向力为外部激励,对水润滑轴承-转子系统进行瞬态响应分析.研究结果表明:转子系统的第一阶弯曲临界转速为36 298 r/min,远大于设计转速16 000 r/min,说明该海水淡化液力透平增压泵的转子为刚性转子;当只给透平叶轮与增压泵叶轮同时施加不平衡质量激励时,透平端与泵端相比较瞬态响应更明显,振动位移幅值更大;当两端同时施加不平衡质量与流体激励径向力时,转子系统的振动与仅施加不平衡质量激励时相比明显加强,且不同流量工况下转子系统的振动位移幅值不同,在设计流量工况1.0Q_d下振幅最小,转子运行最稳定.     

热变形对内燃机主轴承润滑特性影响的仿真分析

阐述了计入热变形影响的内燃机主轴承热流体动力润滑分析方法,分别采用不同边界条件结合实例进行了数值仿真比较分析。仿真结果显示,在所采用的任一边界条件下,计入热变形影响因素后轴心运动轨迹均发生很大变化;并且,平均机油流量和一个载荷周期内机油最大压强比未考虑热变形时均明显增加,而一个载荷周期内的最小油膜厚度则明显减小。     

熔盐泵轴承润滑冷却系统稳态热计算与分析

影响熔盐泵轴承润滑冷却系统温升的因素,主要来自轴承自身的摩擦发热和高温熔盐介质传入的热流量.通过节点热流网络法建立了轴承润滑冷却系统的热平衡方程组,通过计算轴承的摩擦生成热以及润滑冷却系统的导热热阻和传热量,获得了轴承温度与泵转速、熔盐介质温度、润滑油流量以及进油温度之间的变化规律：泵的转速以及熔盐介质温度对轴承温升影响较大,泵转速越高,轴承的发热量越严重,当泵转速从500 r/min升高到1 500 r/min,可使轴承温度升高20℃左右;当熔盐介质温度低于400℃时,对润滑系统的影响不大,当熔盐介质温度超过550℃时,轴承温度迅速升高,必须采取强制冷却措施;将润滑油进油温度控制在40℃左右、流量控制在1.5~2.5 L/min范围内,可取得最佳的润滑冷却效果.     

发动机曲轴主轴承润滑分析与节省功率的研究

建立了评价内燃机曲轴主轴承功率损失的润滑分析计算模型，分析了通过减小高功率密度(HPD)发动机曲轴主轴承直径来减少主轴承摩擦功率损失的可行性。针对具体发动机，分析了在不同爆发压力、不同润滑油温度下主轴承直径的减小对轴承润滑特性和曲轴扭转应力的影响，并计算了各种条件下发动机功率的节省量，提出了主轴承直径的最大可能减小量。     

介质温度对密封润滑膜颗粒沉积特性及性能影响

在考虑水的饱和蒸汽压力与温度的关系、黏温效应以及牛顿流体内摩擦效应基础上,建立了涉及润滑膜温度的上游泵送机械密封微间隙气液固多相流动计算模型,采用Fluent中Mixture模型和DPM模型进行了数值模拟,研究了介质温度对密封润滑膜固体颗粒运动、沉积分布、沉积率及密封性能的影响规律.研究表明:介质温度升高,外槽根高压区压力减小,吸入颗粒数量增多且进入槽区的颗粒更易向外槽根和坝区运动,进入膜区的颗粒多数在较大离心力和压力梯度力的作用下从外径侧逃逸,颗粒沉积区域向外槽根收缩,沉积率降低,转速较低时颗粒易在外槽根附近槽区沉积且介质温度越低沉积区域越向内槽根拓展,转速较高时则易在外槽根及坝区沉积;润滑膜开启力和摩擦扭矩随介质温度增大而减小,摩擦扭矩随转速升高而增大且对介质温度更敏感,泄漏量随介质温度的升高而向正泄漏方向移动.     

不同润滑油品对内燃机主轴承润滑性能的影响

建立了内燃机主轴承热弹性流体动力润滑模型,对3种不同牌号的润滑油品的润滑性能进行了计算研究。结果表明,使用3种润滑油,在低速和小负荷工况下,主轴承处于流体动力润滑状态,润滑性能良好;在中等转速中等负荷工况下,油膜厚度减小,油膜温度上升,摩擦功耗增加,但轴承仍能维持流体动力润滑状态;在高转速大负荷工况下,使用CD5W/30润滑油时,主轴承处于边界润滑状态,表明该润滑油不适合在模型机上使用。