可倾瓦气体动压轴承承载能力的数值分析

应用MATLAB的偏微分方程工具箱,采用有限元法求解气体润滑Reynolds方程,通过完全装配分析法计算了可倾瓦动压气体轴承的承载能力,研究了轴承偏心和瓦块预负荷对可倾瓦轴承的承载能力、最小气膜厚度和最大气膜压力以及瓦块摆角的影响。计算结果表明,随轴承偏心或瓦块预负荷增大,各瓦块的承载能力和摆角发生明显变化,轴承的最小气膜厚度减小,最大气膜压力增大,承载能力增大。从理论上解释了可倾瓦轴承的承载能力与轴承偏心和瓦块预负荷的密切相关性。     

瞬变载荷作用下五瓦可倾瓦滑动轴承特性分析

为了研究动压五瓦可倾瓦滑动轴承在瞬变载荷作用下的动态行为,在考虑轴颈惯性力和非惯性力的基础上,建立可倾瓦滑动轴承的轴心轨迹方程,利用有限单元法求解油膜压力,采用欧拉法求解有限长滑动轴承瞬时轴心轨迹;研究不同预负荷下偏心率与瓦块姿态角的变化关系,以及在阶跃载荷和正弦脉冲载荷作用下轴心轨迹、瓦块摆角及轴颈所受合力变化规律。结果表明:在瞬变载荷作用时,轴心轨迹、瓦块姿态角及油膜合力都有较大的变化并呈现出一定的振荡过程;由于脉冲载荷的作用时间有限,随着其消失,轴心仍收敛于原平衡位置,而阶跃载荷则使轴心收敛于新的平衡位置;相同条件下的可倾瓦轴承比固定瓦轴承具有更好的稳定性。     

带有挠性弹簧的大型可倾三瓦径向滑动轴承稳定工作点的确定

本文结合一个实际的、具有挠性弹簧的大型可倾三瓦轴承分析了弹簧预紧力对轴承预加负荷及轴承工作点的影响,并说明了如何根据弹簧的特性曲线求轴承的实际工作点。计算结果表明:考虑弹簧预紧力后,轴承的承载能力增加,工作偏心减小;但主承载瓦(二瓦)因摆角增大,最小油膜厚度有所减小;轴承偏位角明显减小;轴心向右偏移(偏向载荷作用线),使侧瓦负荷减轻.     

可倾瓦推力轴承在变载荷下的瞬态润滑性能研究

建立了可倾瓦推力轴承中的油膜厚度方程、瞬态油膜压力方程、瞬态油膜温度方程以及求解油膜力和瓦块力矩的数学模型，提出了基本方程的数值求解过程，研究了可倾瓦推力轴承变载荷下的瞬态润滑性能。结果表明，随着载荷的增大，油膜厚度减小，油膜温升增大。在达到同样载荷时，对于较大的载荷变化率，其油膜温升反而较小。另外，随着载荷的增大，瓦块的倾角也．随之逐渐增大。     

弹支可倾瓦推力轴承弹性垫最佳偏心率的影响因素

为了优化橡胶垫支撑的水润滑可倾瓦推力轴承橡胶垫的偏心率,并研究橡胶垫最佳偏心率的影响因素,提出了轴承热流体动压润滑性能计算模型,采用有限元法求解橡胶垫在非均匀压缩时作用于推力瓦块的支撑力和力矩,并拟合支撑力和力矩随压缩量和瓦块倾角变化关系方程,采用有限差分法求解流体域各控制方程,研究了载荷、转速、瓦块尺寸和长宽比等因素对橡胶垫最佳偏心率的影响规律。研究表明,橡胶垫的最佳偏心率与载荷和转速无关,但受瓦块长度和宽度变化的影响;在橡胶垫尺寸和材料不变的情况下增大瓦长,橡胶垫的径向和周向最佳偏心率分别减小和增大;增大瓦宽,径向和周向最佳偏心率分别增大和减小;同时增大瓦长和瓦宽,但保持瓦块长宽比不变,径向和周向最佳偏心率都增大。橡胶垫在最佳偏心率范围内取值时,计算的水膜厚度在周向和径向的膜厚比也在它们的最佳值范围内,分别为1.3～1.4和0.12～0.20。研究方法和结果对设计橡胶垫支撑的弹支可倾瓦推力轴承有指导意义。     

预加载荷对可倾三瓦径向轴承性能的影响

本文分析讨论了预加负荷对汽轮发电机组的不对称可倾三瓦径向轴承的性能影响,并提出了各种预加负荷下的静态和动态特性。增加预加负荷能提高承载能力和刚度阻尼系数,特别能提高非承载瓦的承载能力。从得到的轴心轨迹曲线可以看出:预加负荷大时,曲线更接近于载荷作用线,这对轴承的稳定性有利,但功率损失和温升增加,最小油膜厚度减小。因此,预加负荷的选择应以得到合理的功耗、温升、流量和最小油膜厚度为宜(通常拟应取0.2～0.6)。     

瓦面凹槽结构参数对可倾瓦推力轴承润滑性能的影响

为了研究瓦面凹槽对可倾瓦推力轴承润滑性能改善的优势,在瓦块进油边设计一种圆弧槽结构,建立考虑槽结构的可倾瓦推力轴承热动力润滑模型,分析不同槽深和槽半径对轴承性能的影响规律。结果表明:在瓦块进油边开槽可以改善轴承润滑性能,与不开槽相比,油膜厚度和瓦块的进油流量增加,油膜温度降低;当槽深达到一定值后,油膜温升增大;推力轴承润滑性能随着槽半径增加而变差,轴承各性能参数随槽深的增加表现出极值特性;最优开槽参数为(1.2～1.5,1),该参数下轴承最小油膜厚度比无槽轴承的增加约10%,最大油膜温度降低约3℃。     

船舶可倾瓦推力轴承工况参数对润滑特性的影响

为研究船舶工况参数对可倾瓦推力轴承稳态和瞬态润滑特性的影响,利用Matlab建立船舶可倾瓦推力轴承热弹流体动压润滑计算模型,考虑轴瓦的热弹性变形,联立黏温方程、能量方程、油膜刚度和阻尼系数方程求解模型,研究热弹性变形以及不同载荷和转速情况下船舶可倾瓦推力轴承的润滑特性。结果表明：考虑热弹性变形时,最小油膜厚度增大,最大油膜压力和最高油膜温度降低;在正常运行工况条件下,轴瓦的热弹性变形有利于改善推力轴承的润滑性能,轴承设计时应考虑材料的抗压性和耐热性;在转速不变时随着载荷的增大,最小油膜厚度降低,最大油膜压力、温度、油膜刚度和阻尼均增加,需要特别注意重载工况下轴承的动压润滑状况;在载荷相同的情况下,随着转速的提高,油膜厚度和油膜温度增大,油膜压力变化不明显,油膜刚度和阻尼随转速增大而降低,在转速较低时下降较为明显。研究结果为优化轴承设计、提高轴承运行的可靠性和稳定性提供参考。     

高速齿轮传动可倾瓦轴承预负荷系数影响研究

可倾瓦轴承因其稳定可靠的特点被广泛应用于现代工业,相关研究也蓬勃发展起来,但目前关于可倾瓦轴承预负荷系数的研究主要集中在低转速领域。以DyRoBeS软件为研究工具,取普遍使用的5块瓦可倾瓦轴承作为研究对象,分析在20 000 r/min、40 000 r/min、60 000 r/min的高转速工况下,预负荷系数对可倾瓦轴承工作性能的影响,为高速齿轮传动中可倾瓦的设计应用提供理论依据。预负荷系数从0.1增加至0.7的过程中,对功率损失影响不大,使最大油膜压力与刚度系数增加,最小油膜厚度与阻尼系数减小。预负荷系数的混合设置会影响各瓦块压力分布,同时使最小油膜厚度以外的轴承性能参数明显增加。所得结论对高转速可倾瓦轴承的优化设计起到积极的作用。     

制造误差对多瓦可倾瓦径向滑动轴承热流体动力润滑性能的影响

建立考虑制造误差的多瓦可倾瓦径向滑动轴承热弹流润滑(TEHD)分析的计算模型,计算得到有制造误差时的瓦块油膜厚度、油膜压力、瓦面温度分布等,并对比分析多瓦可倾瓦径向滑动轴承在有无制造误差时的热弹流润滑性能差异。结果表明,轴径误差会导致最大油膜压力显著增大,轴瓦瓦面曲率半径误差会导致最小油膜厚度和最大油膜压力均有一定增大,而预载荷误差对轴承的润滑性能无明显影响。     

流体支点浮瓦轴承初始工作机理分析及单瓦承载浮起特性研究

开展自生静压流体支点浮动可倾瓦轴承的润滑机理及浮起特性研究.首先推导考虑内层静压孔与外层静压腔之间的流量连续方程,提出内外层油膜厚度公式.采用有限元方法求解内层动压润滑与外层流体静压润滑Reynolds方程,分析了流体支点浮动瓦轴承初始工作机理,得出轴瓦浮起需要满足两个要求的重要结论:第一轴瓦外层具有一定的初始间隙,第二应满足一定的静压腔面积比的要求.在理论上分析了一种轴颈为100 mm的流体支点轴承,在轴承初始工作状态下,如果要满足轴瓦浮起条件,其静压腔面积比取值范围应为0.16至0.18之间.在此基础上采用Newton-Rapson法建立单瓦流体支点轴承数值迭代计算模型,分析了在单块流体支点浮动瓦承载形式时轴承静态特性随偏心率变化规律,发现在单瓦承载情况下,底瓦浮起高度与静压孔流量比随着偏心率增大而逐渐减小;在相同偏心率下,静压孔直径增大,浮起高度与静压孔流量都相应随至增大.静压腔压力、瓦块承载力、内层最大油膜压力以及内层摩擦功耗都是随着偏心率的增大而逐渐增大;此外外层摩擦功耗随着偏心率增大而增幅较小,并且在较高偏心率下,逐渐稳定,其中内层摩擦功耗比外层摩擦功耗大得多;当流体支点单瓦承载时,轴承受到静态载荷作用下,瓦块摆动角度是为0°.通过与已有文献的试验数据进行对比分析,验证了本文计算模型的准确性.     

固定-可倾瓦轴承支撑的转子的非线性动力学特性

以固定-可倾瓦轴承支撑的单盘柔性转子为研究对象,根据转子动力学理论建立了其动力学模型。基于动态Reynolds方程和边界条件,运用Castelli法求解Reynolds方程,在单瓦坐标系下建立了单块轴瓦的非线性油膜力数据库。经过坐标变换,组装计算最终获得固定-可倾瓦轴承的油膜力。在计算油膜力的时候考虑两种情况,即考虑瓦块转动惯量和忽略瓦块转动惯量。首先将这两种情况下转子的运动轨迹进行比较,然后这种分析了考虑瓦块转动惯量时转子的动力学行为,同时也比较了在不同的预负荷和支点比的情况下转子的运动轨迹和可倾瓦瓦块的摆角。     

可倾瓦径向气体轴承间隙对其静态性能的影响

采用有限差分法求解三可倾瓦径向气体轴承静态气体润滑方程,得到了稳态时轴瓦与转子表面间的气膜压力分布;在一定静载荷下,计算了不同轴承间隙对应的转子起飞转速及相同工作转速下的最高气膜压力;分析了不同轴承间隙时,转速从起飞转速上升至工作转速过程中转子偏心率和瓦块摆角的变化。结果表明:在一定静载荷下,轴承间隙越大,轴承的最高气膜压力越小,转子的起飞转速越高,偏心率及各瓦块的摆动幅度越大。     

汽轮机可倾瓦轴承油膜特性研究

为了研究汽轮机可倾瓦轴承的油膜特性,采用Pro/E建模和ANSYS模拟,选用计算三维模型的湍流SST模型,考虑到瓦块间隙及瓦块相互之间的影响,分析并比较不同瓦数可倾瓦轴承油膜流场的变化,得到可倾瓦油膜特性规律:对于某个瓦块,每个瓦块上的油膜形成一个正压极值中心,且随着瓦块数增加,极值中心向轴瓦支点处偏移,使瓦块上形成两个压力极值。瓦块温度分布较平稳,油膜出口处温升较大;随着可倾瓦瓦块数增加,油膜压力峰值逐渐减小且瓦块之间的油膜压力峰值差减小并趋于平稳,不同轴瓦间油膜温度变化较小。润滑油温升对油膜影响较大,汽轮机运行中可倾瓦四瓦轴承比较稳定,但应严格控制润滑油温升。     

多叶动压气体滑动轴承静态特性的有限差分算法

多叶动压气体滑动轴承因其结构简单、摩擦阻力低、旋转精度高和无环境污染等优点,在高速离心分离机、空气压缩机和透平膨胀机等旋转机械中应用广泛。为探究多叶动压气体滑动轴承的静态性能,通过数学变换将三叶动压轴承的气体润滑Reynolds方程转化为标准偏微分方程形式,利用有限差分法和超松弛迭代法进行数值求解,研究气膜厚度和气膜压力分布、承载力、摩擦因数和质量流量等静态性能,随偏心率、预负荷系数、轴承数、长径比及瓦块分布位置的变化规律。结果表明：三叶轴承的承载力和轴颈表面摩擦因数随偏心率和长径比的增加而增加,而偏位角和质量流量随偏心率和预负荷系数的增加则呈现出相反的变化趋势;随着轴承数和预负荷系数的增大,承载力和摩擦因数显著提高,偏位角和质量流量则逐渐减小;瓦块分布位置对三叶动压气体滑动轴承的静态性能影响显著,其中瓦上承载方式的承载力、偏位角和质量流量明显高于瓦间承载方式。     

可倾瓦径向滑动轴承流体润滑性能分析

本文研究了可倾瓦径向滑动轴承流体润滑性能。推导了可倾瓦径向滑动轴承油膜厚度,得到可倾瓦径向滑动轴承的Reynolds方程,应用Matlab软件计算得到了油膜压力分布、油膜厚度分布,油膜承载力。计算结果表明:轴瓦的油膜压力3D分布呈现抛物面形分布,且下瓦油膜压力最大,油膜厚度最小,当偏心率较小时,承载力缓慢增大,当偏心率较大时,承载力急剧上升。该结论为轴承的设计与选用提供理论依据。     

可倾瓦轴承温度监测方法研究

可倾瓦轴承是高参数旋转机械的关键零部件之一,轴承瓦块温度超标可能诱发机组间断停机或失效,有必要对瓦温实时监测并给出补救措施。通过对可倾瓦轴承瓦块温度、油膜压力及最小油膜厚度等的分布规律研究,提出一种多点关联测温方法。该方法由特征点协同测温和特殊点独立测温2种方案构成。针对某机组可倾瓦轴承,利用上述测温方法获得试验轴承温度实时测试数据。试验结果表明,轴承主承载瓦温度随转速升高而升高,最高瓦温出现在近出油边;副承载瓦温度随转速变化趋势与主承载瓦一致;瓦块温度在撤掉顶轴油前后有明显突变,说明瓦块温度与静压、动压效应关系密切。试验验证了该测温方法的可行性,为滑动轴承温度超标防治提供了技术手段。     

可倾瓦推力轴承瞬态热效应的实验研究

:通过实验 ,研究了可倾瓦推力轴承在空载快速启动及慢速启动过程中油膜温度的瞬态变化规律 ,探讨了加载时载荷变化、转速变化及转速变化率等因素对推力轴承油膜温度的影响。实验时 ,在瓦块进油、出油边及油膜与瓦块接触面上布置了若干根铜 -康铜热电偶 ,并选用了英国施伦伯杰公司的 IMP分布式数据转换器与一台主频为16 6 MHz的计算机组成了动态温度、油膜厚度数据采集系统。实验表明 :油膜温度变化速度并不如现有的关于数值计算的文献报导的迅速。转速或载荷增大时 ,油膜温度上升 ,油膜厚度减小 ,但是转速变化对油膜瞬态温度的影响要比载荷的影响大。值得注意的是 ,在一定载荷下 ,转速增加时 ,油膜温度首先上升 ,到达峰值后逐渐下降。     

支点弹性、阻尼可倾瓦轴承动力特性数值仿真及试验研究

依据考虑瓦块摆动和沿几何预载荷方向微幅振动的可倾瓦轴承完全动力特性的解析模型及其对应的八参数简化动力模型,设计制备了支点弹性、阻尼特性可倾瓦轴承。该轴承通过在瓦块支点与轴承体之间设置弹性垫片,使瓦块支点支撑在弹性垫片上,弹性垫片与轴承体之间存在微小间隙并与轴颈润滑系统共享油路以实现局部挤压油膜效应。根据不同加工工艺,制备了两种形式的新型支点弹性、阻尼轴承,并通过理论计算模拟与试验分析对两种新型轴承的动力特性进行研究。结果表明,支点弹性、阻尼可倾瓦轴承能够增大转子的一临界阻尼,有效提高转子系统稳定性。     

考虑扰动频率的可倾瓦轴承动力学建模及数值模拟

可倾瓦轴承瓦块的摆动性增加了系统的自由度,对轴承油膜动力系数计算有很大影响,而目前的研究在计算流体动压润滑可倾瓦轴承油膜动力系数时未考虑轴颈与瓦块扰动频率的影响。针对这一问题,对考虑扰动频率的可倾瓦轴承动力学建模及动力系数计算方法进行研究,提出考虑扰动频率的可倾瓦轴承频率-缩减(Frequecy-Reduced)动力学模型,详细推导考虑扰动频率的可倾瓦轴承频率-缩减油膜动力系数矩阵形式。采用Newton-Raphson迭代法计算给定载荷和转速工况下的轴承的静平衡位置,利用有限元数值方法求解油膜刚度系数与阻尼系数。结果表明,瓦块和轴颈的扰动频率对可倾瓦动压轴承动态刚度和阻尼影响较大,随着扰动频率增大,阻尼系数的直接项增大,阻尼系数的交叉项变化不大;刚度系数的直接项数值减小,交叉项变化不大。