海水淡化泵水润滑轴承试验测试与分析

为了研究不同转速下水润滑轴承动压润滑效果和系统稳定性,依据海水淡化泵的结构特点,设计了水润滑轴承试验台.基于试验对水润滑轴承周向压力分布及轴心轨迹进行监测分析,同时采用刚体求解方法对轴心涡动轨迹进行数值模拟计算,并将试验结果与数值模拟结果进行对比验证.结果表明:低转速时,楔形间隙内润滑介质水较少,水膜压力分布不连续且压力值较低,各监测点的压力曲线不稳定;随着转速的增大,润滑介质水增多,流体动压润滑效果增强,水膜承载效果增强,压力分布与压力曲线开始趋于稳定,表明整个轴承-转子系统开始趋于稳定;同时,随着转速的增大,液膜厚度增大,轴颈涡动振幅增大,涡动中心明显上移,试验实测结果与CFD模拟计算结果一致,验证了采用数值模拟来研究轴承-转子系统动力学特性有一定的借鉴和参考价值.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

基于MATLAB的筒式水轮机导轴承润滑油膜承载性能分析

针对水轮发电机组筒式水轮机导轴承的润滑不良问题,以大型数学计算软件Matlab为工具对其润滑油膜承载力的分布即润滑油膜Reynolds方程(油膜压方程)进行了全新求解.首先利用五点差分法离散水导轴承压力方程并建立相应的代数方程模型;然后利用Matlab编程计算,定性探讨了不同偏心率下筒式水导轴承的油膜压力分布情况,并给出数值分析三维网格结果图形分布;最后,从所得压力分布情况,推出了润滑油膜力的非线性,且随着水导轴承偏心率的不同,主轴径向力和油膜承载力也随之相应变化.     

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.     

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。     

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.     

万吨级反渗透海水淡化高压泵级数的优化选择

反渗透海水淡化高压多级离心泵为新型轴向吸入节段式多级泵．为了提高其效率以及转子系统的稳定性,利用ANSYS有限元分析软件,对不同级数的海水淡化多级泵转子-轴承系统进行了模态分析,计算了转子系统的临界速度,研究了临界转速与级数的关系以及对数衰减率与级数的关系,并结合多级泵效率与级数的关系,讨论了海水淡化高压泵级数的最优选择．综合转子系统的稳定性和效率两方面因素,海水淡化用高压多级泵选用6级较为合适．可为设计过程中对参数的合理选择提供一些参考依据．     

海水淡化多级泵轴向力试验

针对叶轮轴向力计算方法有多种,且不同经验公式计算的轴向力相差很大的情况,通过对海水淡化多级泵的单级模型泵进行轴向力试验,找出泵腔压力分别与泵流量、扬程以及泵腔径向尺寸的关系,并对传统轴向力理论计算公式进行修正.通过分析可知,轴向力传统理论计算公式的计算结果与轴向力试验数据有一定的差距,这主要是由于传统理论计算是在泵腔内液体以叶轮旋转角速度之半（ω/2）旋转的假设条件下得到的;但两者轴向力的变化趋势相同,均在关死点处达到最大值.用修正的理论公式得到的值与试验值在各流量点、各半径处均能较好的符合.     

SDZ310型超高压多级离心泵的结构特性

针对目前多级离心泵转子轴向力难以平衡以及级间密封长期运行易损坏的问题,通过对SDZ310型超高压多级除磷泵的结构特性进行研究,设计了一种节段式自平衡双壳体多级离心泵.该泵的转子部件上叶轮对称布置,自动平衡转子部件上的轴向力,使其具有较长的寿命和可靠的运行性能.特别解决了除磷泵在除磷工况下运行时,由于频繁变化的工况导致的转子部件的轴向力频繁变化,进而使其难以平衡的难题.通过一种带节流阀式的集中式供油及回油系统,使得该泵能够满足长时间运行时的润滑和冷却的需求.采用由镀铬精密研磨而成的螺旋反抽密封,能够保证该泵在运转过程中级间无泄漏,保证泵的容积效率,进而提高了整机效率.     

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。     

基于数学模型的二维插装水泵设计与试验

基于传统水泵,设计了一种由多组单元泵组插装而成的二维插装水泵。单元泵组由两个单元泵组成,通过两个单元泵的配合可以消除流量脉动。基于其中的基础组件,即两个单元泵的组合特性展开了研究。通过理论分析与对比,阐述了二维插装水泵的工作原理,说明了二维插装水泵的潜在优势,包括结构力平衡、排量大、油水分离、无结构性流量脉动等。同时,针对凸轮与滚子之间的接触曲面进行了数学建模与分析。有别于二维取点后补偿得到接触点的方式,接触曲面的数学建模方法采取分析滚子与凸轮的空间接触关系,基于空间关系建立接触曲面的坐标模型,接触曲面的数学模型在精度上优于二维取点补偿法。通过对活塞运动规律和两个单元泵组流量特性的试验研究,验证了接触曲面数学模型的正确性和二维插装水泵无结构性流量脉动的优点。     

水润滑推力轴承与推力盘综合试验台设计

为了综合研究推力盘外特性和推力轴承水膜特性,突破紧凑型大功率湿式电动机的技术瓶颈,保证机组工作时推力盘作辅助叶轮能够同时平衡机组轴向力并提供内循环扬程,设计了水润滑推力轴承与推力盘综合试验台.试验台包含主试验段、轴向力测试单元、传感器单元与控制单元等部分.运用试验台,得到了1500,2000,3000,4000,500...     

滑动轴承摩擦因数方程的改进与应用

提出应用相似理论中的量纲分析法改进液体润滑状态下滑动轴承摩擦因数方程，得出摩擦特性数与承载量系数之间的量纲1的方程，从而建立与油膜厚度较为直接的关系，解决了通过测量摩擦特性数以求取最小油膜厚度的问题，采用模型试验方法测定并建立了摩擦特性数与承载量系数和油膜厚度与承载量系数之间的关系，并指出其实用价值。