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...     

平衡梁结构对水润滑可倾瓦推力轴承启停过程的影响

建立了带平衡梁结构的水润滑可倾瓦推力轴承启停过程瞬态模型,在该模型中考虑了界面滑移、挤压作用和支点变形的影响。采用该模型分析了相同运行条件下平衡梁结构与非平衡梁结构的可倾瓦推力轴承的启停过程。分析结果表明:随着瓦面高度误差的增加,轴承的启停转速增加。设计了一套水润滑可倾瓦推力轴承机理研究试验系统,包括平衡梁与非平衡梁结构的可倾瓦推力轴承,并对两种轴承的启停过程进行试验。试验结果表明:非平衡梁结构可倾瓦推力轴承各瓦之间的载荷误差达到90%,而平衡梁结构可倾瓦推力轴承各瓦之间的载荷误差小于4.6%。平衡梁结构可以降低轴承的启停转速,同时提高轴承加工及安装误差的最大许可范围。试验结果与理论分析结果取得较好的一致性。     

石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损的量化研究

针对极端工况下石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损难以量化的问题,利用核主泵半尺寸轴承对量化方法展开研究.建立了石墨水润滑可倾瓦推力轴承模型,采用摩擦副粗糙度作为衡量指标计算了理论起飞转速,并与起飞转速台架试验结果进行了对比;使用质量磨损率作为衡量磨损量化标准,进行了小试样试验和启停台架试验,二者结合对石墨不锈钢摩擦...     

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。     

推力瓦热瞬态变形机理及抑制方法研究

针对核主泵水润滑推力轴承在事故工况下的热瞬态过程,建立了热固耦合瞬态有限元分析模型。基于所建立模型,分析了常见两层和三层结构推力瓦热瞬态过程瓦面变形,重点分析了三层结构推力瓦隔热层厚度对瓦面变形的影响。随后,进一步探索了遏制瓦面凹变形的方法,阐明了热瞬态过程中瓦面温度场分布不均是产生瓦面凹变形的主因。进一步提出一种新型包边式推力瓦,并仿真验证其能够有效降低热瞬态过程瓦面凹变形,为核主泵水润滑推力轴承的推力瓦设计提供了新思路。     

圆形可倾瓦推力轴承润滑的计算机仿真

针对大型设备中所应用的圆形可倾瓦推力轴承的润滑问题,采用计算机对圆形可倾瓦推力轴承的润滑性能进行了仿真,通过软件程序计算了单个圆形可倾瓦推力轴承瓦面的油膜形状分布情况、油膜压力分布规律及油膜温度分布规律、功率损耗大小、流量多少等参数。结果表明,通过该仿真程序可模拟出不同工况下圆形可倾瓦推力轴承润滑参数,进而提前实现对圆形可倾瓦推力轴承润滑特性的预测,为大型设备中所使用的圆形可倾瓦推力轴承的设计、润滑和实验提供基础数据。     

可倾瓦推力轴承惰转过程的最小膜厚预测方法

为建立可倾瓦推力轴承惰转过程中最小油膜厚度的预测方法,依据核主泵推力轴承的实际工作情况,基于雷诺方程的自编程序,分别进行热态和冷态下主、副轴瓦润滑性能参数的计算与数值模拟分析,提出可倾瓦推力轴承的最小油膜厚度的理论拟合公式,并对最小膜厚的计算值和拟合值进行对比和分析。结果表明：随着转速降低,主轴瓦的最小膜厚单调减小,副轴瓦的最小膜厚先增加后减小;主、副轴瓦最小膜厚的计算值可以和拟合值较好地对应,验证了理论拟合公式的可靠性。提出的理论拟合公式可以通过额定转速下的最小膜厚计算结果预测多种工作条件下的最小油膜厚度,为主泵惰转的安全性提供重要参考。     

核主泵水润滑推力轴承试验磨损颗粒研究

某核主泵水润滑推力轴承在试验浸银石墨瓦时,在类似热瞬态工况时出现异常振动及噪声,拆机发现石墨推力瓦和推力盘硬化层表面均出现较严重磨损,且石墨推力瓦出现局部剥落。采用化学、光学、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、电子探针等方法研究水润滑轴承试验的磨损颗粒相结构、形貌、成分、组织和磨损表面特征;明确热瞬态时不锈钢推力盘硬化层与石墨推力瓦的摩擦磨损形式和过程,得出水润滑推力轴承已经进入边界润滑状态,局部发生干摩擦的结论;提出一些改进建议,如将水润滑轴承瓦面材料改为碳素纤维复合材料以增加抗磨性能,改善瓦面形状以减少热变形,增加接触曲面硬化层以控制高应力曲面接触的微动磨损。     

水润滑推力轴承推力瓦应力场分析

水润滑推力轴承工作时,推力瓦和推力环端面间的高速相对运动会产生大量摩擦热,导致端面温升和热变形,使推力瓦产生局部高温和高应力,影响水对推力轴承的润滑效果、传递轴向推力效果、轴承寿命和安全性。基于ANSYS软件平台,建立水润滑推力轴承斜面平台固定推力瓦危险截面有限元分析模型,分析推力瓦危险界面的变形和应力场。结果表明:推力瓦的最大变形和最大Von Misses应力均出现在离推力瓦进水方向2/3瓦长处。     

核主泵水润滑轴承的润滑性能及起飞转速

针对核主泵半尺寸水润滑轴承,构建了轴线倾斜下可倾瓦推力轴承的载荷分布模型,提出了推力瓦块的区域性流态模型,分析了水润滑轴承在转速和载荷影响下的层紊流分布特征;在半尺寸水润滑轴承试验台上,研究了轴线倾斜下轴承的基本润滑性能和轴系的起飞转速。结果表明:轴线倾斜对于轴承的性能分布有明显影响,瓦面的流态性质受转速和载荷等运行参数影响,区域性流态模型更能反映轴承的润滑区域性特征,同时,轴线倾斜增大了轴系的起飞转速,实际起飞转速为理论起飞转速的2.5~3倍。研究结果对于全尺寸推力轴承及立式轴承转子系统的研制具有重要借鉴意义。     

核主泵水润滑推力轴承试验的磨损颗粒研究

某核主泵水润滑推力轴承在试验浸银石墨瓦时,在类似热瞬态工况时出现异常振动及噪声,拆机发现石墨推力瓦和推力盘硬化层表面均出现较严重磨损,且石墨推力瓦出现局部剥落。采用化学、光学、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、电子探针等方法研究水润滑轴承试验的磨损颗粒相结构、形貌、成分、组织和磨损表面特征;明确热瞬态时不锈钢推力盘硬化层与石墨推力瓦的摩擦磨损形式和过程,得出水润滑推力轴承已经进入边界润滑状态,局部发生干摩擦的结论;提出一些改进建议,如将水润滑轴承瓦面材料改为碳素纤维复合材料以增加抗磨性能,改善瓦面形状以减少热变形,增加接触曲面硬化层以控制高应力曲面接触的微动磨损。     

透平膨胀机组动静压径向推力联合浮环轴承推力部分静动态性能研究

给出了动静压径向推力联合浮环轴承推力部分内、外层油膜Reynolds方程和边界条件,通过有限元计算得到了不同间隙和转速下内、外层油膜的压力分布和静、动态特性参数。采用深腔作为节流腔,分析计算了该内置扁毛细管节流的相当节流比。该推力浮环轴承与透平膨胀机组原来使用的五瓦可倾瓦轴承相比,稳定工作时摩擦功耗降低约26%。     

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。     

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。     

基于CFD的水润滑斜－平面瓦推力轴承承载能力分析

水润滑斜-平面推力轴承用水作为润滑介质,传统油润滑斜-平面推力轴承的计算公式及图表不再适用。基于计算流体动力学(CFD)理论,建立不同的水膜润滑模型并进行仿真计算,在水槽尺寸一定时,分析最小水膜厚度、瓦块中径上瓦斜面升高比、瓦块中径上斜面和平面之比以及转速对某斜-平面瓦推力轴承承载力的影响。结果表明:水膜的厚度是影响水膜承载力的主要因素,水润滑斜-平面瓦轴承轴向承载力随着水膜厚度的减小而增加;当水槽尺寸、最小水膜厚度以及转速一定,瓦斜面占长比为0.7、瓦斜面升高比为2时,轴承承载能力最大;在靠近水槽的轴承壁面上产生了空化现象;对于某个特定结构的轴瓦,推力环转速的变化不影响水膜压强中心的位置。     

考虑激振频率的可倾瓦推力轴承动特性理论与试验研究

为了研究激振频率对可倾瓦推力轴承动特性的影响,提出考虑激振频率的动特性建模方法和试验方法。依据可倾瓦轴承刚度和阻尼定义,将激振频率引入可倾瓦推力轴承动特性计算过程,通过建立轴向扰动下的膜厚方程、雷诺方程及瓦块运动方程,推导出包含激振频率的可倾瓦推力轴承动特性数学模型,计算分析刚度和阻尼随扰动频率(激振频率与主轴转频的比值)、转速及载荷的变化规律;采用脉冲激振法在可倾瓦推力轴承试验台进行动特性试验,得到不同激振频率、转速及载荷条件下刚度、阻尼的试验结果,并和相应的理论计算值进行对比分析。结果表明：当扰动频率较小时,可倾瓦推力轴承刚度随其增加而逐步增大,阻尼随其增加而逐步减小;当扰动频率增加到一定程度后,其刚度和阻尼逐步趋于稳定。此外,转速和载荷对其刚度和阻尼随扰动频率的变化幅度基本无影响。     

透平膨胀机组动静压向心浮环轴承静动态性能及稳定性研究

提出一种新型结构的动静压轴承——径向推力联合浮环动静压轴承,将径向浮环和推力浮环做成一体。给出该轴承径向部分的内、外油膜Reynolds方程和边界条件,进行了静、动特性计算和稳定性分析。与同等工况下高速旋转机械中广泛使用的五瓦可倾瓦轴承进行比较,该联合浮环动静压轴承具有摩擦功耗低和较高的旋转稳定性等特点。计算结果表明,这种轴承摩擦功耗降低约20%,失稳转速为125685r/min,可以取代五瓦可倾瓦轴承。     

立式水润滑可倾瓦轴承-转子试验台设计*

第三代压水堆核电站中广泛采用的立式水润滑轴承技术是制约我国核电发展的关键点之一,因此建立立式轴承试验台进行相关试验有重要的工程价值。提出一种包含加载激励约束系统、供水密封系统、测量系统的立式水润滑可倾瓦轴承试验台设计方案;通过比较卧式轴承试验台和立式轴承试验台在加载时对于轴承约束的不同,给出适合立式轴承试验台的浮动轴承约束机构方案;按照相似准则对AP1000核主泵立式水润滑可倾瓦轴承进行缩比设计,在满足Summerfeld数、宽径比和间隙比要求的条件下,设计出适合试验研究的轴承试件。试验结果显示：研制的立式四瓦可倾瓦水润滑轴承试验台,能够实现试验轴承在不同转速和加载、激励工况下瓦面温度、供水压力、静载荷、水膜脉动压力、转轴涡动等的测量,运转状态稳定,可以满足立式水润滑可倾瓦轴承动静特性的研究要求。     

可倾瓦推力轴承润滑膜厚度的超声检测技术研究*

核主泵、水轮机等设备大多为立式轴系,轴系中的推力轴承为扇形可倾瓦轴承,基于承载和抗磨损角度考虑润滑膜的厚度值成为了反映表征推力轴承工作状态的一个重要指标。为精确检测可倾瓦推力轴承的润滑膜厚度,基于超声无损检测技术给出针对润滑膜厚度的检测模型,并构建推力轴承润滑膜厚度的超声检测系统。该系统主要由推力轴承试验台和超声在线检测装置组成。在推力轴承额定转速1 800 r/min、试验时间6 min的条件下,采用超声测试获得推力瓦块进油边和出油边附近的润滑膜厚度,采用电涡流测试获得瓦块支点处的润滑膜厚度,并将超声测量数据与理论计算数据进行对比。超声测试结果计算获得的支点处润滑膜厚度值为47 μm,与电涡流传感器测得的平均值51 μm仅相差4 μm,从试验角度证明了超声测试方法的可行性;另外,在测点1处润滑膜厚度的理论计算值与超声测试值相差8 μm,在测点2处润滑膜厚度的理论计算值与超声测试值相差3 μm,从理论角度证明了超声测试方法的可行性。     

核主泵无顶油惰转推力轴承磨损研究

本文介绍了核主泵在无高压油顶起推力轴承推力瓦的工况下,惰转停机过程推力轴承的磨损规律研究。基于雷诺方程分析,推力轴承流体动压润滑的油膜压力及油膜厚度变化规律,惰转停机过程分为流体动压润滑阶段、不连续流体动压润滑阶段和边界润滑阶段。核电厂全厂断电(SBO)工况下,核主泵无高压油轴承顶起系统对于选用传统的金属材料摩擦副推力轴承会有较大磨损概率,因此应采取必要措施确保核电站的运行经济性和可靠性。本文提出了轴封式核主泵用油润滑双向推力轴承所采用的新型自润滑复合材料摩擦副,从根本上解决SBO工况下推力轴承摩擦副的磨损,停机后可以再次启动核主泵并稳定运行。