工业汽轮机固定瓦推力轴承改进及效果研究

工业汽轮机运行中转子轴向推力由汽轮机推力轴承承担,同时保证汽轮机通流部分及静止部件的轴向位置。故此,工业汽轮机安全运行的首要条件就是推力轴承正常运转。推力瓦块工作稳定是影响推力轴承工作的主要因素,若机组运行时瓦块温度过高将导致运行负荷裕量过小,使瓦块磨损速度加快,造成润滑油质老化,甚至可能将瓦块烧毁,导致汽轮机严重损坏。故此,本文对轴瓦块温度过高的原因进行了分析,并给出了相应的改进措施。     

推力轴承支承方式及间隙影响研究

研究了推力轴承支承方式及油膜间隙对推力轴承性能的影响,利用Newton-Raphson法编制差分计算程序,求得了推力轴承Reynolds方程和二维能量方程的数值解,得到了不同支撑方式下瓦块的油膜厚度、压力分布和温度分布。计算结果表明,点支承扇形瓦推力轴承的热力学性能要好于线支承扇形瓦推力轴承,同时支承处的油膜厚度对瓦块的承载能力影响很大。可以通过控制每个瓦块支承处的油膜厚度,避免推力轴承内部偏载的发生,降低推力瓦块的最大温升。     

汽轮机推力轴承温度高问题的解决

我厂捷克VK-25型高温高压汽轮机组,额定容量2500千瓦,该机组端头式推力轴承自工作瓦块加装乌金温度测点以来,平均温度一直超过70℃,有时达到85℃,个别瓦块在90℃以上。进入1984年以后,由于高压轴封漏汽增大,外界对轴承传热量增加,工作瓦块温度又有增长,最高温度竟达到100℃,不得不降低轴承进油温度和限制机组运行工况来维护机组     

线支承扇形瓦推力轴承热动力润滑性能分析

建立了线支承扇形瓦推力轴承中油膜压力、油膜厚度、能量方程和粘温方程等的无量纲表达式，研究了各种刮瓦形式和支承线的倾斜度对推力轴承的油有膜厚度分布和温度分布的影响，研究表明，对于可倾瓦来说，各种刮瓦形式并不能有效降低润滑油的温升，不会明显改善推力轴承的润滑性能；推力轴承在经过长期运行后，推力瓦块支承线因受压缩将会向内倾斜，瓦块外半径处沿圆周方向上的油膜厚度显著减小，从而使润滑油温升大大提高，明显降低了推力轴承的润滑性能。     

基于热流固耦合的离心压缩机推力轴承温度场预测

针对离心压缩机推力轴承的温度场预测,采用热-流-固多场耦合分析方法,利用专业轴承计算软件THRUST开展有限元仿真分析,在考虑推力盘和瓦块的受力、受热形变的前提下,首先计算得出了推力瓦块的温度分布云图,在此基础上,以转速、轴承载荷、进油温度为主要指标,计算得出不同参数对推力轴承最高瓦温的影响规律。结果表明:提高转速或增加进油温度,轴瓦最高温度会升高,加大轴向载荷最高瓦温同样升高,但趋势变缓。研究结果可为离心压缩机推力轴承的设计、选型、故障诊断提供理论依据。     

可倾瓦推力轴承在工况参数变化下的瞬态润滑性能研究

建立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 ,提出基本方程的数值求解过程 ,研究可倾瓦推力轴承变转速下的瞬态润滑性能。     

刚性和弹性支撑可倾瓦推力轴承稳态特性分析

建立刚性球头支撑和弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承热弹流耦合模型；在弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承橡胶垫的弹性变形分析中采用了变形协调矩阵方法，以协调匹配橡胶垫变形和水膜厚度分布，同时在搜索稳态解的过程中引入模拟退火算法；基于变分原理求解Reynolds方程，得到了轴承水膜压力分布，并比较2种推力轴承在转子存在角不对中时的静特性。结果表明：理想工况下，刚、弹支可倾瓦推力轴承稳态特性没有明显区别；当转子存在不对中时，刚性球头支撑可倾瓦轴承在不同瓦块之间受力偏载严重，进而导致瓦面最小水膜厚度过小，瓦块容易出现磨损，而弹性支撑瓦不同瓦块之间水膜力分布更均匀，利于轴承的长期可靠运行。     

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℃。     

潜水泵水润滑推力轴承润滑性能数值分析

以推力轴承扇形瓦块为研究对象,采用柱面坐标,通过对二维雷诺方程进行离散化求解,计算得出水膜厚度、压力和温度场的分布规律,并研究推力环转速、推力瓦倾角和潜水深度对轴承润滑性能的影响规律。研究表明:最大水膜压力和推力瓦最高温度均出现在推力瓦出水口靠近外径的位置。     

CO2压缩机高压缸推力瓦故障分析与对策

针对大化肥二氧化碳压缩机高压缸残余轴向推力过大，推力瓦过热，使其承载能力降低而频繁损坏的情况，在不改变原推力轴承尺寸的情况下，对瓦块进行“偏心”处理，保证了推力瓦有更合理的力学结构，使瓦块表面进入的润滑油量增加，瓦块表面温度降低，避免瓦块过热损坏。     

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。     

轴向推力轴承性能仿真及试验研究

推力轴承是离心压缩机的关键部件,其性能对压缩机的可靠性有决定性的影响。本文首先利用THRUST软件建立了可倾瓦止推轴承的三维模型,并考虑轴承瓦块、推力盘和油膜之间的流场-温度场-弹性变形的耦合,获得转子转速1500 r/min,2000r/min,2500 r/min,3000r/min 和3500r/min下可倾瓦推力轴承的油膜厚度、转子轴向位移及轴瓦温度。同时,建立试验装置并进行试验研究,最大轴承载荷为30000N。最后将试验结果与软件仿真结果相对比,发现模拟得出的瓦块温度和轴位移值与试验相吻合,从而证明THRUST软件的算法适用于本文研究的工况范围内的推力轴承的模拟,可为推力轴承的性能预测、优化设计及改造提供指导。     

轴偏斜工况下米歇尔式推力轴承润滑性能分析

采用多瓦联合仿真方法,对某一轴偏斜的船用米歇尔式推力轴承进行稳态润滑和瞬态润滑分析,分别得出各瓦块稳态润滑参数的分布和随轴偏斜量的变化规律、阶跃载荷作用时各瓦块瞬态润滑参数的变化规律。结果表明:瓦块倾角的变化量与轴偏斜数量级相当,为不影响油膜建立,支撑结构应保证瓦块在轴偏斜时能自由摆动;轴偏斜工况下,推力盘偏向一侧的推力瓦块承载力加大,油膜温度升高、油膜厚度变小,而推力盘偏离一侧的推力瓦块承载力降低,油膜温度降低、油膜厚度变大;随轴偏斜角度增加,瓦块润滑参数差别加大;阶跃载荷作用后,各瓦块润滑参数在极短的时间内发生突变。较小的轴偏斜量对推力轴承工作安全性产生严重影响,提高推力轴承的轴偏斜补偿能力具有重要意义。     

基于TEHD方法研究热油传递因子对推力轴承性能仿真的影响

推力轴承是离心压缩机的关键部件,其性能对压缩机的可靠性有决定性的影响。热油传递因子决定着润滑油从给油器喷嘴和前一个瓦块共同流入推力瓦前缘的混合温度,其主要由转速、轴承类型、喷嘴形状、瓦块周向偏心比等决定。许多学者在研究推力轴承性能时,常常忽略热油传递因子的影响。本文利用推力轴承流热固耦合(TEHD)模型研究热油传递因子对轴承性能仿真的影响,并与推力轴承试验结果进行对比,获得吻合较好的数据曲线,从而为热油传递因子的正确取值提供参考。     

瓦块固有频率对可倾瓦轴承频变刚度的影响

为研究轻载工况下可倾瓦块固有频率和振动频率对轴承刚度的影响,基于长轴承理论建立求解可倾瓦推力轴承瓦块固有频率和频变刚度的润滑和动力学耦合模型,推导润滑模型的解析解和频变动力学特性的表达式,并通过实例计算分析载荷、支点系数(瓦进油边到支点的距离与瓦长的比值)、瓦块转动惯量等结构参数对瓦块固有频率和频变刚度的影响。结果表明:瓦块的惯性、油膜的刚度和阻尼共同决定瓦块振动的固有频率,瓦块在固有频率附近振动可以使轴承的频变刚度出现负值,甚至正负无穷大;小载荷的瓦(如非承载瓦)容易出现瓦块振动频率接近其固有频率的状况,使瓦发生共振;可倾瓦轴承设计中有必要考虑瓦块的固有频率和频变刚度来设计非承载瓦的支点系数和转动惯量,使瓦块的振动频率跨过固有频率而产生大的刚度。     

大型重载推力轴承热弹流计算及尺寸效应

针对考虑热弹变形的大型重载推力轴承性能预测和尺寸效应问题,对某大型重载推力轴承进行热弹流计算,研究轴承性能随极端载荷与尺寸的变化规律。介绍可倾瓦推力轴承热弹流模型的基本方程,通过计算得到不同尺寸和比压下的轴承性能数据,讨论大型重载轴承的尺寸效应。结果表明:案例轴承瓦块最高油膜压力应远离瓦尖,靠近瓦块支点,该设计有利于压力分布均匀而提高承载力;对于大尺寸推力轴承,由于变形的影响,当载荷超过某一限制值后,轴承性能会随着载荷的稍微增加而发生剧烈变化,甚至导致烧瓦失效。为了避免该现象出现,推力轴承设计时应该进行最大许用比压校核;对于大型重载,还需进行瓦块弹性支撑或平衡梁等均载结构设计。     

螺旋式叶轮及导叶的水力设计及性能试验研究

螺旋式叶轮是立式泵用油润滑大容量推力轴承组件中的关键部件。叶轮运转时,该螺旋叶轮驱动轴承润滑油系统中的润滑油循环流动,为主推力瓦、副推力瓦与推力盘之间提供所需的润滑油,使其形成油膜,避免瓦块与推力盘之间发生干摩擦而损坏轴承,同时带走轴承产生的热量以冷却轴承。本文通过该螺旋叶轮及导叶的设计及试验研究,利用试验装置测试水力性能,并考虑不同温度下因粘度发生变化而对润滑性能产生的影响。经过对试验结果的分析,证明其水力特性满足推力轴承对润滑油系统的要求。     

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。     

分布式双向可倾瓦动静压推力轴承的静动特性研究

针对机床主轴对推力轴承的高刚度与高精度要求,用可倾瓦块代替部分静压油垫,提出了一种由可倾瓦块和静压油腔联合承载的分布式双向可倾瓦动静压推力轴承.首先建立了分布式双向可倾瓦动静压轴承的润滑模型,提出了基于平衡点性能合成的轴承静动特性计算方法.针对案例轴承对节流器的结构参数进行了优化,分析了载荷、转速、单边间隙和预负荷系数...