基于复合型紊流润滑理论的径向滑动轴承紊流润滑性能的研究

复合型紊流润滑理论是一种新型的紊流润滑理论。随着机器向高速、大型化、大功率方向发展,滑动轴承越来越多地工作在紊流工况。将先进的复合型紊流润滑理论应用于径向滑动轴承的紊流润滑性能研究,提出了建立紊流润滑参数数据库的思想,使复合型紊流润滑理论能方便地用于工程实际,并将理论计算结果与滑动轴承紊流试验数据进行对比,同时用国际通用的Ng—Pan紊流润滑理论模式进行计算对比。研究发现,复合型紊流润滑理论与试验结果更为吻合,并在此基础上研究了径向轴承紊流润滑性能随工况参数的变化情况。     

紊流润滑滑动轴承壁面压力脉动效应研究

壁面压力脉动是紊流润滑滑动轴承随机振动的主要激励源之一,建立紊流激励特性和轴承结构动力学响应之间的关联,对高转速、低黏度润滑滑动轴承的状态监测和故障诊断具有重要意义。为研究紊流润滑滑动轴承的壁面压力脉动效应,考虑流体油膜中存在逆压力梯度的影响,选用Rozenberg模型和广义Corcos模型表征壁面压力脉动的自功率谱和互功率谱,采用波数域模态叠加法求解滑动轴承紊流壁面压力脉动模型,分析滑动轴承在不同工况参数下壁面压力脉动的激励特性以及结构的响应特性。结果表明：低波数区域紊流脉动压力是轴承结构高频随机振动的主要因素;随着润滑油黏度的降低,高频范围内的轴承模态响应幅值增大,共振峰值附近产生较宽的频带和较高的振幅;随着轴颈转速和径向载荷的升高,紊流压力梯度增大,高频范围内的轴承模态响应幅值也随之增大。     

不同工况下空穴效应对滑动轴承润滑性能的影响

目前径向滑动轴承的润滑分析一般认为油膜只有正压区,而实际中全周径向滑动轴承的油膜均有负压区存在。基于质量守恒边界条件,对Elrod算法进行改进,得到能自动确定动态边界的控制方程和完整油膜区与空穴区的统一润滑方程;对不同工况下的径向滑动轴承的润滑性能进行数值摸拟,分析空穴效应对滑动轴承润滑性能的影响。结果表明:在相同工况下,计及空穴效应时轴承油膜压力存在区域和分布与Reynolds边界条件的结果相比存在差异;在不同工况下,空穴效应对滑动轴承油膜压力分布和润滑性能存在不同的影响,如使轴承端泄流量明显变化、摩擦功耗略有增加。可见,空穴效应对径向滑动轴承润滑性能的影响不一定都是有利的。因此,在进行径向滑动轴承设计时,综合考虑不同工况下空穴效应对径向滑动轴承润滑性能的影响是非常必要的。     

紊流工况下椭圆轴承性能研究

本文以紊流工况下的大型椭圆轴承为对象,通过试验和计算:(1)探讨了椭圆轴承中润滑油膜的流态由层流向紊流的转变点、影响转变的因素和判据,紊流系数的选取;热态工况和紊流流道中出现层流段对轴承性能的影响等;(2)分折了紊流工况下椭圆轴承的性能以及长径比、间隙比、椭圆比、进油压力、温度等时轴承性能的影响。在研究的过程中建立了一套适用于紊流工况轴承性能研究的试验手段和计算方法,为今后进一步研究大型透平发电机组径向滑动轴承的设计、计算和运行提供可靠的基础。     

考虑不同加速工况的滑动轴承的启停性能分析*

滑动轴承的摩擦磨损主要发生在启停阶段。为了研究启停工况下的滑动轴承的摩擦学性能,建立一种面向径向滑动轴承的混合润滑数值分析模型。采用质量守恒边界条件的雷诺方程求解流体压力,采用Greenwood和Tripp接触模型预测固体表面接触,而通过Johnson载荷分配概念将润滑模型和接触模型联系起来,从而实现对滑动轴承在启停工况下从混合润滑过渡到动压润滑的摩擦学行为分析。利用该模型,研究轴承系统在启停阶段从边界润滑、混合润滑到动压润滑演化过程中的摩擦学性能;以径向滑动轴承系统为例,结合不同的轴承转速变化函数,分析轴承加速对轴承启停性能的影响;同时研究工作工况、润滑油温度、轴承的结构参数对轴承启停性能的影响。结果表明：轴承启动加速度在合理范围内越大越好,能使轴承更快进入动压润滑;较高的转速、较低的润滑油温度和较大的径向轴承间隙能使轴承拥有更好的启停性能。     

考虑热-流-固耦合的径向滑动轴承润滑特性分析

文中建立了一种适用于研究径向滑动轴承实际运行过程中润滑特性的热-流-固耦合模型。模型中耦合了含紊流项的雷诺方程与能量方程，同时考虑轴瓦弹性变形对油膜厚度的影响。通过分析典型径向滑动轴承特性并与试验和已有数值结果比较，验证了文中模型。在此基础上分析了轴承承载力、摩擦力、偏位角等静特性参数及4个动特性系数的变化规律，并通过与单一考虑紊流效应、热效应或弹性变形情况下的结果进行比较，评价各物理效应对轴承性能参数的影响，可为工程中滑动轴承的性能评价提供参考。     

基于FLUENT的径向滑动轴承紊流润滑特性研究*

为研究计入黏温效应的径向滑动轴承紊流润滑特性,以某汽轮发电机径向滑动轴承为研究对象,基于FLUENT两相流模型建立计入黏温效应的高速、大功率、重载滑动轴承紊流润滑状态下的仿真分析模型;采用Creo软件建立三维油膜模型并导入ICEM软件划分结构化网格,通过编写的黏温方程UDF程序来定义润滑油黏度属性;基于建立的FULENT模型研究定黏度与变黏度条件下偏心率和雷诺数对轴承紊流润滑特性的影响,并将仿真结果与广泛应用的Ng-Pan紊流润滑理论结果进行对比,验证仿真结果的正确性。研究结果表明：考虑黏温效应后,轴承最大油膜压力、最大油膜温度显著降低,承载力、摩擦力有所减小,而摩擦因数、端泄流量有所增加。     

混合流态下鲨鱼皮织构滑动轴承静特性分析

轴瓦表面的织构会导致油膜厚度分布不均匀，整个流场中雷诺数差异较大，形成紊流和层流并存的混合流态。另外在高速运转工况下润滑油温度会大幅升高，从而影响其黏度及轴承承载能力等性能。鉴于鲨鱼皮结构在减阻、防污方面的成功应用，根据鲨鱼的盾鳞结构抽象建立了类鲨鱼皮二维织构的数学模型；同时考虑紊流以及油膜温度的作用，将类鲨鱼皮织构用于滑动轴承轴瓦形面的设计上，从鲨鱼皮织构的周向和轴向分布位置、织构深度、转速4个方面，对比分析了鲨鱼皮织构与球坑以及圆柱坑织构对滑动轴承静特性的影响。结果表明：1)织构位置分布对径向滑动轴承的性能影响非常大；2)不同织构深度下，鲨鱼皮织构始终表现出良好的减摩效果；3)高速紊流状态下的鲨鱼皮织构滑动轴承相比其他轴承减阻效果更加明显。     

高速高压圆弧齿轮泵滑动轴承油膜特性研究

以用于补偿高速高压圆弧齿轮泵不平衡径向力的滑动轴承为研究对象，在对其进行理论建模和分析的基础上，利用计算流体动力学软件Fluent分析相同工况下不同初始油膜厚度、进油口直径、进油口角度、轴向封油边宽度、油腔深度等结构参数对滑动轴承油膜特性的影响，并在此基础上对轴承结构参数进行了优化，最后通过实验进行验证。研究结果表明：初始油膜厚度和进油口角度对轴承温升影响显著，初始油膜厚度或进油口角度的增加使滑动轴承温升明显减小；轴向封油边的增加使轴承承载面增大，轴承承载力和温升也随之增大；进油口直径取1.7 mm和静压槽深度取1 mm时，使轴承温升达到最低；在负载压力15 MPa、转速6000 r/min工况下，与安装未优化滑动轴承的齿轮泵相比，安装优化后滑动轴承的齿轮泵温度降低5℃。     

考虑空穴压力的滑移表面径向滑动轴承性能研究

以给定转速的复合滑移表面径向滑动轴承为研究对象,基于二元滑移模型,利用质量守恒算法研究量纲一滑移长度(轴承滑移长度与半径间隙的比值)、偏心率和空穴压力对径向轴承的承载力、偏位角、摩擦因数的影响,并和非滑移表面径向轴承进行比较。研究表明:量纲一滑移长度增大,承载力增大、摩擦因数减小,当量纲一滑移长度超过10后,这些变化趋于饱和;偏心率为0时复合滑移表面轴承仍具有一定的承载力,适当提高偏心率,承载力增加、摩擦因数减小、稳定性提高;空穴压力对复合滑移表面径向滑动轴承静态性能影响明显。     

基于耦合传热的圆锥液体静压轴承热态性能分析

针对圆锥液体静压轴承的发热问题,利用CFX软件建立了轴承系统耦合传热模型。首先分析了网格数量对计算精度的影响,然后求解获得了轴承的温度场分布和热量传递情况,最后分析了不同参数对轴承热态性能的影响规律。结果表明,采用CFX软件计算圆锥液体静压轴承耦合传热问题是可行的,与绝热假设下的计算方法相比,耦合传热有效地反映了真实的传热情况;圆锥液体静压轴承的端泄散热占总散热量的大部分,轴颈散热能力最弱,在不同的转速和进油压力下,各个方向上的散热比率发生变化。     

Non-linear dynamic analysis of rub-impact rotor supported by turbulent journal bearings with non-linear suspension

This study presents a dynamic analysis of a rub-impact rotor supported by two turbulent model journal bearings with non-linear suspension. The dynamics of the rotor center and bearing center are studied. The analysis of the rotor-bearing system is investigated under the assumptions of turbulent lubricant flow and a short bearing approximation. The spatial displacements in the horizontal and vertical directions are considered for various non-dimensional speed ratios and dimensionless unbalance parameter. The numerical results show that the stability of the system varies with the non-dimensional speed ratios and the non-dimensional unbalance parameters. The contribution of this study is to provide a further understanding of the characteristics and dynamic behaviors of the rotor-bearing system.     

Large eddy simulation of turbulent premixed combustion flow around bluff body

Large eddy simulation (LES) of turbulent premixed flame stabilized by the bluff body is developed by using sub-grid scale combustion model based on the G-equation describing the flame front propagation. The basic idea of LES modeling is to evaluate the filtered-front speed, which should be enhanced in the grid scale by the scale fluctuations. The dynamic sub-grid scale models newly introduced into the G-equation are validated by the premixed combustion flow behind the triangle flame holder. The objective of this study is to investigate the validity of the dynamic sub-grid G-equation model to a complex turbulent premixed combustion such as bluff body stabilized turbulent premixed flames for realistic engineering application. A new turbulent flame speed model, introduced by the sub-grid turbulent diffusivity and the flame thickness, is also proposed and is compared with the usual model using sub-grid turbulent intensity and with the experimental data. The calculated results can predict the velocity and temperature of the combustion flow in good agreement with the experiment data.     

轴向槽船舶艉管轴承内部流场数值仿真

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析,分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布。计算结果表明,20槽轴承和4圆柱槽轴承内部没有出现空穴区,可以降低由空穴效应带来的振动和噪声。轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失。根据不同的船舶运行要求选择不同形式的艉管轴承,可以提高船舶轴系运行稳定性。     

船舶艉管轴承润滑流场数值分析

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析。分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布。计算结果表明,轴承内部周向凹槽可以减缓轴承轴向压力降低,轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,使压力场均匀化,沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失。在研究的10种轴承中,组合槽轴承没有出现负压区,空穴效应小,内部湍流能量下降最快,对船舶轴系的激振力最小,可以提高船舶轴系运行稳定性。     

水润滑船舶艉管轴承内部流场数值分析

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析.分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布.计算结果表明,轴承内部周向凹槽可以减缓轴承轴向压力降低,轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,使压力场均匀化;沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失;在1周向槽、4周向槽和组合槽3种轴承中,组合槽轴承内部湍流能量下降最快,对船舶轴系的激振力最小,可以提高船舶轴系运行稳定性.     

新型高速铣床主轴水润滑动静压轴承结构及性能研究

基于高速铣床主轴支撑技术的应用背景和现状,提出了新型水润滑动静压混合径向轴承结构.和传统结构相比,该结构采用环槽和冷却孔对轴瓦表面直接冷却以降低轴承温升,且采用阶梯腔增强动压效应以增强承载力.运用有限元求解基于整体流紊流模型的雷诺方程和能量方程,计算得到不同腔型轴承的动静特性,并对多种结构的刚度和温升进行分析比较.结果表明:该结构不仅能够满足轴承的性能要求,而且能有效控制温升和具有较高的刚度.     

A Study of the Steady-State Performance of a Pressurized Air Wave Bearing at Concentric Position

The steady-state performance of a pressurized air wave bearing in concentric position is predicted using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code. This code solves the three-dimensional compressible Navier-Stokes equations in the turbulent regime, taking into account the real geometry of both the bearing fluid film and the supply regions. The code can provide detailed information about the flow (pressure, turbulent kinetic energy distributions, velocity profiles, etc.) in all bearing regions including the supply holes. This approach does not involve a correction of the flow rate with an empirical discharge coefficient. The predicted values of the supply flow rates are compared to the experimental values obtained with a dedicated wave bearing test rig located at NASA Glenn Research Center in Cleveland, Ohio.     

Effect of loading direction on the performance of a twin-axial groove cylindrical-bore bearing

An analysis based on the finite-element method is presented for the incompressible hydrodynamic lubrication of a cylindrical-bore bearing subjected to different loading directions. The model accounts fully for the extent of the lubricant film in both load-carrying and ruptured parts of the bearing. A number of loading directions are considered, and the results when computed show that load-carrying ability, hydrodynamic flow and attitude angle all depend significantly on loading direction.