人字槽径向气体动压润滑轴承特性分析

建立人字槽径向气体动压润滑轴承的数学模型,采用局部积分有限差分法在不连续求解域内推导出气体润滑Reynolds方程的差分形式,通过求解获得轴承间隙内的气膜厚度、气膜压力、轴承承载力等状态特性,并分析径向间隙、螺旋角、槽深比、槽宽比和槽数等轴承几何结构参数以及转速等工况条件变化对轴承承载能力的影响规律。结果表明:人字槽轴承的压力在圆周方向呈锯齿形分布,人字形压力带环抱在轴颈上,使轴承在各个方向上均能承载,从而提高了轴承的抗振性和平稳性;增大偏心率,减小气膜间隙,增大螺旋角,减小槽深,增加槽宽比,适当增加槽数,均可提高轴承承载力;人字槽结构能够更好地实现气体动压润滑轴承动压效应,提高了轴承的承载能力和稳定性能。     

旋转式换向阀非定常空化流动特性研究

针对旋转式换向阀空化现象会导致噪声及其性能恶化,进而影响液压激振系统的问题,对旋转式换向阀非定常空化流动特性进行了研究。利用SolidWorks软件建立了阀口的三维模型,利用前处理软件ICEM对几何模型进行了网格划分及边界条件的设置;借助Fluent软件中的Mixture气穴模型和RNG湍流模型,建立了流场数学模型,采用滑移网格技术对阀口空化流动进行了数值模拟;探究了不同开度下旋转式换向阀压力场、速度场以及气穴分布的变化趋势。研究结果表明:开度的大小会影响阀口的压力场和速度场的分布,阀芯沟槽极易出现漩涡,并且开度的变化会影响漩涡的大小;空化区域的分布也会随阀口开度的变化而变化;最大气体体积分数随入口压力和阀芯转速的增大而增大,随背压的增大而减小。     

考虑空化作用的液氢润滑人字形螺旋槽止推轴承动态特性数值研究

轴承内部的动压效应和高速旋转引起的温升会导致润滑介质产生空化,影响轴承的承载性能;转子轴向受力不平衡将导致止推轴承的间隙高度出现周期性变化,影响轴承的运行稳定性。为消除空化和轴承间隙变化对其性能的影响,使用商业软件FLUENT 2020R1,应用铺层动网格方法和修正后的Zwart-Gerber-Belamri空化模型,针对在正弦振动间隙高度和润滑剂空化共同作用下液氢润滑的高速人字形螺旋槽止推轴承（HSGTB）的动态特性开展数值研究。结果表明：HSGTB的承载力、摩擦力矩、温度平均值随间隙高度振幅的增大而增大,随平衡间隙高度的增大而减小;当间隙高度振幅大于35μm时,HSGTB的摩擦转矩数值明显上升,当平衡间隙高度等于35μm时,HSGTB的承载力最小,因此实际运行中应该避开这些工况。     

新型箔片动压气体轴承气膜承载力研究

以箔片动压气体轴承为研究对象,针对箔片的结构特点进行轴承结构设计与改进。考虑气体可压缩性对轴承动力学特性的影响,利用FLUENT软件模拟轴承内气膜的二维、三维流场分布,分析轴承气膜的承载力变化情况。以刚性气体圆轴承为比较对象,改变箔片的结构参数,获得不同结构的箔片动压气体轴承的承载特性变化规律。结果表明:波宽相同的情况下,全波箔片轴承与上波箔片轴承的承载力随波高的增大而下降,下波箔片轴承的承载力随波高的增大而增大直至平缓,且远大于其他类型的箔片轴承。     

球面螺旋槽气体动压轴承静态特性分析

以球面螺旋槽气体动压轴承为研究对象,建立了球面螺旋槽气体动压轴承的润滑分析数学模型,基于CFD技术,采用流体动力学Fluent软件,对球面螺旋槽气体动压轴承的三维气膜压力场进行分析,揭示不同转速下,轴承槽宽比、槽深比、螺旋角、气膜间隙对稳态轴承气膜压力以及承载能力的影响规律,并在此基础上,对轴承的结构参数进行了优化。结果表明,应用Fluent软件进行数值分析可以精确地模拟区域内气膜的复杂流场特性,并且转速越高,气体轴承内部的动压效应就越明显,因此合理地选择轴承结构参数和运行参数有助于改善润滑性能,提高轴承的稳态承载特性。     

大型贯流泵水润滑导轴承数值模拟

利用Fluent软件对某大型贯流泵水润滑导轴承内部流场进行数值模拟,研究了不同转速下轴承水膜压力场分布情况,并分析了相关参数对轴承润滑水量及其静态性能的影响.结果表明:轴承水膜在高低转速下压力分布差异较大;动压效应显著时,轴承内部会产生倒流现象从而降低润滑水量;降低半径间隙、增大转速及供水压力能提高轴承承载力及刚度;降低转速、增大供水压力及半径间隙能提高轴承润滑水量.     

动静压耦合效应下气体轴承流场特性分析

为研究静压气体轴承的动静压耦合效应机制及其对流场压力分布、承载力等特性的影响,以高速静压气体轴承为研究对象,采用CFD数值仿真方法,在不同偏心率及转速条件下对流场特性、动静压耦合效应机制、承载力以及偏心角进行分析研究。研究表明:转速和偏心率变化导致的气体黏性力、压差流和气体可压缩性变化,影响流场动静压耦合效应的强度,且造成流场的周向压力分布不对称,进而导致承载力及偏心角的变化;在相同偏心率下,承载力随转速升高而单调递增,偏心角随转速升高呈现非线性变化规律;在相同转速下,当转子保持在低速范围内时,偏心角随偏心率增大而增大,高速时则相反。     

螺旋槽动压径向气体轴承承载特性研究

为研究螺旋槽动压径向气体轴承承载特性,运用SolidWorks软件建立其物理模型。基于气体润滑基本方程Navier-Stokes方程,推导出可压缩非定常雷诺方程式。应用CFD技术和流体动力学Fluent软件对气体润滑基本方程Navier-Stokes方程直接求解,得到轴承在不同转速条件下的压力分布,以及轴承承载能力随螺旋槽动压径向轴承结构参数和运行参数的变化规律。结果表明;螺旋槽气体动压轴承在偏心方向气膜厚度最小,压力相对其他区域较大,随着转速的提高,轴承的动压效应更加显著,使得最大压力值逐渐增大;随着槽长、槽深比、槽数等结构参数的增加,以及偏心率、转速等运行参数的增加,轴承承载能力增大;而随着半径间隙的增大承载力减小。研究结果为螺旋槽动压径向气体轴承的设计及优化提供理论依据。     

单供气孔静压球面气体轴承特性分析

为探究静压球面气体轴承的工作特性,以单供气孔静压球面气体轴承为研究对象,建立轴承的气膜模型,使用有限元软件进行仿真计算,研究球窝包角、平均气膜厚度、供气孔直径和供气压力对轴承承载力、耗气量和气膜间隙内最大气流速度的影响规律。结果表明：球窝包角越大,轴承的承载力越大,球窝包角的变化对轴承耗气量和气膜间隙内最大气流速度影响很小;平均气膜厚度越小,轴承的承载力越大,轴承的耗气量和气膜间隙内气流最大速度越小;供气孔直径越大,轴承的承载力和耗气量越大,气膜间隙内最大气流速度越小;随着供气压力的增加,轴承的承载力、耗气量和气膜间隙内最大气流速度均增加。     

环形节流孔径向静压气体轴承的数值仿真

以环形节流孔径向静压气体轴承为研究对象,介绍了静压气体轴承的结构形式和工作原理,对气体润滑理论基础Reynolds方程进行了分析,利用计算流体动力学软件FLUENT对气体轴承的流场进行仿真分析,求解出了轴承气膜的压力分布.在轴承几何参数不变的情况下,分析了承载力与空气质量流量随不同供气压力和偏心率变化关系,并研究了静压气体轴承在高速工作下,动压效应对承载力的影响.     

压裂泵滑动轴承流体动压润滑性能研究*

压裂泵的十字头滑履与导板间隙、供油流量和油压等关键参数,目前主要通过工程经验进行调节,缺乏科学依据,易致导板磨损和烧瓦,严重影响压裂泵服役寿命。针对以上问题,建立3500HP压裂泵的轴瓦、轴承间隙及润滑油组成的流体力学系统,利用计算流体力学软件Fluent进行滑动轴承的流场分析,考察润滑油黏度、轴瓦间隙、润滑流量、润滑油压对压裂泵用滑动轴承的影响。结果表明：随着滑履与导板间隙的减小,导板的形变与应力会增大,最优导板间隙为0.5 mm左右;增大供油流量会使导板的形变与应力降低,供油流量最好不低于2.2 L/min;增大供油黏度会使导板的形变与应力变大,在0.2~0.4 Pa·s范围内供油黏度越小越好;随着供油油压的增大,导板的形变与应力增加显著,当油压大于4 MPa时,导板的应变与应力呈现指数级增大,当供油油压为3 MPa时,导板的形变与应力达到最小值。     

径向游隙对角接触球轴承两相流热特性的影响

径向游隙直接影响角接触球轴承内部两相流的分布以及热特性。为探究不同径向游隙下角接触球轴承油气润滑两相流热特性变化规律,基于两相流理论以及轴承换热机制,建立数值分析模型模拟轴承腔内油气两相流流动特性,分析径向游隙和轴承运行工况对轴承腔内流场分布以及温升的影响,并通过轴承温升试验验证了仿真结果。结果表明：油气两相流中油相受离心力影响主要分布在轴承外圈,径向游隙增大使得油相体积分数减少;轴承温升随着径向游隙增大而减少,一定程度上增大径向游隙可以减少轴承生热量。研究结果为探究角接触球轴承油气润滑热特性以及改善轴承腔结构参数提供了参考。     

考虑流固耦合作用的超高速液体动静压轴承油膜特性研究

考虑润滑油的黏温效应对动静压滑动轴承的影响,建立超高速液体动静压滑动轴承的油膜-轴瓦流固耦合模型,采用计算流体动力学（CFD）方法求解连续性方程、能量方程和Navier-Stokes方程组得到动静压轴承油膜的压力场和温度场;采用双向流固耦合分析方法对动静压轴承进行计算,分析轴承弹性形变对油膜特性的影响。结果表明：动静压轴承的油膜压力和最大形变量均随着转速的升高以及供油压力的增加而增大;提高供油压力可以加剧润滑介质的流动,从而在一定程度上降低油膜温度;考虑流固耦合作用之后,动静压轴承的实际承载力和油膜压力均一定程度上减小。     

齿顶间隙对双圆弧螺旋齿轮泵泄漏及空化特性的影响

为了研究在高速高压工况下双圆弧螺旋齿轮泵齿顶间隙对齿轮泵泄漏及空化特性的影响,建立了双圆弧螺旋齿轮泵最佳齿顶间隙数学模型,计算出最佳齿顶间隙。利用PumpLinx对考虑空化后不同齿顶间隙的齿轮泵内部流场进行数值模拟,结果表明:当齿顶间隙为0.02 mm,齿轮泵的流量脉动和压力脉动相对较小,流量输出品质好,与理论分析最佳齿顶间隙为0.0207 mm基本一致,验证了最佳齿顶间隙模型建立的正确性;齿顶间隙会影响齿轮泵内部流场的空化程度和泄漏量,齿轮泵内部的空化程度随着齿顶间隙的增大而减小,齿顶间隙处的泄漏会随齿顶间隙的增大而增大;齿轮泵齿顶间隙处的空化具有密封作用,可以减小齿顶间隙泄漏。研究结果对双圆弧螺旋齿轮泵结构优化及应用具有一定的参考价值。     

Influence of the flow area around the ball valve on the flow characteristics of the injector control valve

The increase in common rail pressure can lead to increased cavitation inside the injector, resulting in degradation of injector performance and reduced life. The paper investigates the effect of the pressure block structure parameters (initial flow area around the ball valve) on the velocity field, pressure field, fuel gas phase volume fraction and drain rate of the control valve. The relationship between the initial flow area around the ball valve on the cavitation strength and unloading rate inside the valve was revealed. The results show that both the reduction of the flow area around the ball valve and the increase of the cavitation intensity inhibit the rate of oil discharge from the control valve. The reduction of the fuel flow area inhibits the expansion of the low-pressure region (0–1 MPa) within the flow layer, thus limiting the development of cavitation. The reduction of the cavitation area increases the fuel flow rate, however, the increase in flow rate increases the cavitation phenomenon, and these changes form a cycle (Reviewer 5. comment 2). The increase in cavitation inhibits the control valve pressure relief rate more significantly than the decrease in the initial flow area around the ball valve. Based on this, a stepped-pressure block model is proposed. The stepped pressure block model can effectively reduce the cavitation strength near the seal and enhance the oil discharge rate of the control valve. The study can provide a reference for the engineering optimization design of high-pressure common rail injector control valves.     

气穴和圆度误差影响下滑动轴承润滑静特性分析

滑动轴承高速旋转时,润滑油难免会产生气泡,由于滑动轴承加工精度的限制,圆度误差的存在也是难免的,因此综合考虑两者对滑动轴承润滑静特性的影响很有必要.将考虑轴颈和轴瓦圆度误差和考虑气穴黏度和密度变化的方程联立,得到考虑气穴和圆度误差影响的耦合雷诺方程;通过迭代求解雷诺方程,分析气穴和圆度误差对滑动轴承润滑静特性参数的影响...     

滚滑轴承滑块的油-气两相流润滑分析

为改善滚滑轴承的润滑,运用两相流理论对其滑块进行油气润滑设计,建立滑块的油-气两相流CFD模型,分析不同入口角度、进气速度、进油速度和润滑油黏度对流场油相分布的影响。结果表明:油-气混合润滑方式能在内外滚道接触区形成有效的润滑油膜;油气管道夹角影响油滴分布,角度过大时大量油滴会在滑块侧面上附着,角度过小时油滴会在外滚道入口处堆积,造成供油连续性不好,油膜稳定性下降;进气速度过大会降低油滴附着率,无法形成有效油膜,而进油速度过大会造成润滑油累积,出现搅油现象,因此选择合适的进气和进油速度,才能控制油滴的大小和保持润滑过程的连续性;润滑油黏度会影响油滴在滑块上的附着效果,合理地选择润滑油黏度,才能保证流场油相分布均匀。     

A parametric study of a porous self-circulating hydrodynamic bearing

This paper is presenting a 3D, isothermal numerical analysis of a cylindrical porous journal bearing characterized by a self-circulating lubricating system that eliminates the necessity of an external circulating pump. The system includes a stationary porous bushing whose inner diameter faces the bearing clearance while the outer diameter faces a wrapped-around reservoir. The loaded, eccentric shaft is generating a high pressure zone in the convergent region followed by a low pressure zone in the divergent region causing the fluid to circulate naturally between the bearing clearance and the reservoir, as it passes through the porous bushing. The fundamental physics of the circulating mechanism are described, and its operation is numerically simulated. The study uses the complete 3D Navier–Stokes Equations (NSE) for the fluid motion in the bearing clearance and the adjacent reservoir. The flow inside the porous matrix is modeled using the Brinkman formulation with added pressure ‘penalties’ brought by the addition of the Darcy and Forchheimer terms. The bearing operates in the fully hydrodynamic lubricating regime disregarding surface roughness effects. A cavitation model proposed by Singhal et al. (2002 [1]) is utilized in the numerical simulation to account for flow and pressure characteristics in the divergent region. The parameters used during the simulations are angular velocity, permeability, porosity, reservoir depth and shaft eccentricity. The results which include the flow patterns, pressure maps and attitude angles, are presented on a parametric basis, and confirm the functionality of the proposed self-circulating system. It was found that the load capacity decreases and the attitude angle increase as permeability increases, and depending on permeability ranges, the increase in the reservoir depth may result in a reduction of the load capacity. Further, certain combinations of geometric parameters and permeability values render the pressure build-up independent of the reservoir depth. Because an optimal configuration requires both a large fluid mass flows through the porous bed (for cooling purposes) and a large load carrying capability, two variables at odds with each other in the present model, an interactive parametric analysis is essential in order to optimize the load carrying capacity versus geometric and operational parameters.     

考虑混合润滑的飞机燃油泵径向滑动轴承静特性分析

针对飞机燃油泵径向滑动轴承润滑油黏度极低、润滑油膜形成难、表面易磨损等问题,通过综合考虑紊流、热效应、质量守恒、温黏效应及混合润滑边界等因素,建立轴承的热流体动力学润滑分析模型,采用有限元方法联立求解雷诺方程、能量方程、接触方程得到轴承的静态特性,研究轴承间隙比、宽径比、转速、载荷、进油温度等对轴承静态润滑性能如油膜厚度和油膜压力的影响规律。结果表明：由于航空煤油动力黏度低,造成轴承的浮起转速高（大于5 500 r/min）,极限承载力低（小于37 N）、油膜厚度过低;降低进油温度、适当减小间隙,增加轴瓦宽度有利于增加油膜厚度,提高轴承可靠性。研究结果对飞机燃油泵径向滑动轴承设计与运行维护具有一定的工程借鉴价值。     

Numerical analysis on nanoparticles-laden gas film thrust bearing

Nanoparticles can be taken as additives and added into various fluids to improve their lubricating performances. At present, researches in this area are mainly concentrated on the improvement effects of nanoparticles on the lubricating performances of liquid such as oil and water. Nanoparticles will also affect gas lubrication, but few related studies have been reported. Nanoparticles-laden gas film (NLGF) is formed when adding nanoparticles into gas bearing. Then, the lubricating performances of gas bearing including pressure distribution and load-carrying capacity will change. The variations of pressure distribution and load-carrying capacity in nanoparticles-laden gas film thrust bearing are investigated by numerical method. Taking account of the compressibility of gas and the interactions between gas and nanoparticles, a computational fluid dynamics model based on Navier-Stokes equations is applied to simulate the NLGF flow. The effects of inlet nanoparticles volume fraction and orifice radius on film pressure distribution and load-carrying capacity of the NLGF are calculated. The numerical calculation results show that both of the film land pressure and the maximum film pressure both increase when the nanoparticles are added into gas bearing, and the film pressures increase with the rising of the inlet nanoparticles volume fraction. The nanoparticles have an enhancement effect on load-carrying capacity of the studied bearing, and the enhancement effect becomes greater as the film thickness decrease. Therefore, nanoparticles can effectively improve the lubricating performance of gas bearing. The proposed research provides a theoretical basis for the design of new-type nanoparticles-laden gas film bearings.