运行过程中转速变化时可倾瓦推力轴承油膜温度瞬态变化规律的实验研究

本文实验研究了可倾瓦推力轴承在运行过程中的不同载荷下、不同升速时间下从起始转速８００ｒ／ｍｉｎ升到截止转速５０００ｒ／ｍｉｎ时油腊温度和油膜厚度变化值的瞬态变化规律。实验时,在瓦块进油、出油边及油腊与瓦块接触面上布置了若干根铜－康铜热电偶和电涡流传感器。实验表明大运行过程中。转速升高时,不同的升速时间对油膜温度、进油边温度、出油边温度以及油腊厚度变化的影响基本相同;不同载荷对油膜温度、进油边温度以     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于流热固耦合的止推轴承仿真与实验研究

在考虑止推轴承、止推盘和油膜之间流固热多物理场耦合的情况下,建立了止推轴承的模型。考虑瓦块和止推盘受力、受热形变的影响,模拟出了转速在2 000r/min、4 000r/min、6 000r/min和8 000r/min时不同轴向载荷下的平均油膜厚度曲线。通过比较模拟曲线与实际测量曲线[1],得出在低转速下,模拟出的平均油膜厚度与实验所得相当吻合,并得到了油膜的压力分布图、厚度分布图和瓦块的温度云图,为推力轴承的设计以及旋转机械轴位移故障的准确诊断提供理论依据。     

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。     

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。     

载荷扰动下滑动推力轴承绝热瞬态过程分析

分析了滑动推力轴承在载荷冲击下的绝热瞬态行为.通过对轴承油膜压力、温度及推力盘动力学建模,应用有限差分法以及Newton-Raphson法对模型求解,获得了大载荷扰动工况下滑动推力轴承热瞬态性能参数的非线性变化规律.讨论了载荷幅值,初始速度等对热瞬态过程的影响.结果表明,载荷冲击会在短时间内造成油膜温度显著升高及最小膜厚减小,从而导致轴承在瞬态过程中失效.     

四瓦可倾瓦轴承瓦块摆动特性

以第四代核电机组高温气冷堆氦风机导轴承为对象,系统研究四瓦可倾瓦轴承的瓦块摆动特性。理论推导得出量纲一瓦块摆角取决于轴承结构参数、预负荷和偏心率,但是与轴承间隙比、轴颈转速和润滑油黏度无关。数值分析表明:瓦块摆角特性由瓦块与载荷周向相对位置、预负荷和偏心率决定。轴承结构参数确定时,与载荷正对瓦块的摆角曲线的形状取决于预负荷,预负荷小于0.5时其摆角随偏心率增大先增加后减小,预负荷大于0.5时摆角则随偏心率的增大而逐渐减小;与载荷侧对瓦块的摆角在预负荷较小时随偏心率增大一直增大或减小,预负荷较大时则随偏心率的增大先保持不变然后减小。瓦块摆角对最小油膜厚度影响很大,瓦块摆角可能为负值,从而使最小油膜厚度较固定瓦时的最小油膜厚度偏大。研究结果为氦风机安全运行分析提供了依据。     

Simultaneous monitoring of oil film thickness and temperature in fluid film bearings

This paper reports on the application of an eddy current sensor with an active compensation for changes in sensor temperature to simultaneous monitoring oil film thickness and temperature in a tilting pad thrust bearing. Sensor design, calibration procedure, sensitivity and accuracy are described. Test equipment along with sensor mounting is also presented. Tests were run at different rotational speeds and bearing loads as well as different supplied oil flow rates to evaluate sensor performance in various operating conditions. During the tests film thickness and temperature were simultaneously measured. Temperatures were compared with data from thermocouples installed in the pads and thermistors mounted in the collar. Tests have shown that the sensor can successfully be used to reliably monitor the conditions within the bearing.     

Experimental study on the characteristics of pad fluttering in a tilting pad journal bearing

The fluttering characteristics of the upper unloaded pads in a tilting pad journal bearing were studied experimentally. In order to investigate the fluttering phenomena of the pad, the absolute vibration of the pad, the relative vibration between the bearing and the shaft, and the circumferential film thickness/film pressure were measured with the variation of the supply oil flow rate, the shaft speed, and bearing load. By analyzing the circumferential distributions of the film thickness, it was identified that the film shape of the upper pad continuously alternates between the wedge shape and the diverged shape in the rotational direction while the shaft is rotating. And it was discovered that the pads tend to a representative sub-synchronous self-excited vibration exactly like classical rotor-bearing instability, defined as the oil whirl and oil whip phenomena, with the increase of rotating speed from the cascade plot of the pad. The major finding was that the incipient fluttering velocity of the pad increased with the increase of the supply oil flow rate but decreased with the increase of the bearing load. The experimental results also showed that the fluttering amplitudes of the pad can be effectively suppressed by controlling the supply oil flow rate.     

陶瓷球轴承的热弹流润滑分析

建立陶瓷球轴承热弹流润滑的数学模型,利用多重网格法和逐列扫描法,得到陶瓷球轴承的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解,并与普通轴承计算结果进行比较。结果表明:转速与载荷会对陶瓷轴承的接触区的压力、膜厚、温度产生影响,其中随着转速的增加,最小膜厚增加,摩擦因数减小,滚动体表面温度下降,而随着载荷的增加,最小膜厚减小,摩擦因数增大,滚动体表面温度上升;在相同的工况参数下,陶瓷球轴承的油膜压力低于普通轴承,膜厚高于普通轴承,轴承内圈、滚动体、中层油膜的温升小于钢质轴承,因而陶瓷轴承的润滑性能更好,使用寿命更长。     

滑动轴承动压特性的影响因素研究

以某发动机惰齿轮轴承为研究对象,采用一维动力学方法进行多工况计算,针对油孔布置、载荷方向、载荷大小、轴承转速4种因素,分析滑动轴承润滑油流量、最小油膜厚度、偏位角、最大油膜压力4个动压特性参数的变化规律。结果表明：油孔布置和载荷方向主要对润滑油流量有明显影响,而对其他3个动压特性参数影响较小;油孔数量越多,油孔在圆周方向上越靠近油膜厚度最大处,则润滑油流量越大;油孔分布越均匀,因载荷方向改变引起的流量波动越小;载荷大小和轴承转速对4个动压特性参数都有明显影响;随载荷增加,最大油膜压力大致呈线性增加,而其他3种动压特性的变化速率降低;随转速增大,最大油膜压力减小的速率逐渐降低,而其他3种动压特性大致呈线性增加。     

Analysis of heavy duty tilting-pad journal bearing taking into account pad distortion and possible adoption of rubber pad segments

In this work a comparative study has been made between the thermo-hydrodynamic performance of a three shoe tilting-pad journal bearing with rigid and elastic pads subjected to unbalance load. A case study of a bearing adopting three rubber pad segments has also been studied. The distortion of the elastic pad is introduced into the distribution of the film thickness through an iterative scheme to assess its effect on the load carrying capacity of the bearing. A finite element mesh is used to calculate the distortion of the elastic pad while a finite difference mesh is used to calculate the pressure field in the lubricant film. Results have shown a number of interesting conclusions regarding the adoption of rubber pad segments instead of tilting-pads. There is an increase in minimum oil film thickness when using elastic pad or even rubber pad segments compared with rigid pads. Also the maximum pressure and load carrying capacity are not significantly affected.     

速度对扇形可倾瓦推力轴承润滑性能的影响研究

采用数值分析方法研究速度对扇形可倾瓦推力轴承润滑性能的影响,分析速度对最小油膜厚度、最大油膜压力、最高油膜温度、功率损失和流量等参数的影响规律,得到了速度与扇形可倾瓦推力轴润滑参数的关系。结果表明:最小油膜厚度在一定的速度范围内随速度呈线性变化,且随着速度的增加而增加;最大油膜压力随速度的增大产生波动性变化,但最终逐渐稳定到某一具体值;随着速度的增加温度升高;瓦功耗和瓦流量随速度的增加基本上呈线性增加变化。     

变黏度静压滑动轴承高速时油膜动态润滑特性

静压滑动轴承转台直径大（D=4.5 m）,高转速运行时产生线速度值很大,其内部润滑油膜受压及剪切发热导致油膜变薄进而影响到机床加工精度和运行可靠性。针对新型Q1-205双矩形腔静压推力轴承,采用动网格技术探索变黏度条件静压轴承高速时的油膜动态润滑特性。建立该静压轴承的流量、承载力、油膜温升等理论模型,自定义用于控制边界层网格运动及变黏度的UDF程序,选取外载荷12 t,转速为80~200 r/min（线速度18~48 m/s）高速下的工况条件参数进行动态润滑特性数值模拟,并进行相同工况参数下的试验验证,揭示出高速时油膜厚度变化对油膜温度、油腔压力、封油边处流量的影响规律。研究发现,该型号轴承在承载12 t时,随着膜厚的减小,油膜剪切发热严重,温升加剧,且高速下受润滑油黏度变化影响造成压力损失严重,研究数据为工程上静压轴承可靠运行提供理论依据。