屏蔽泵水润滑轴承特性及其对泵影响的研究

发布时间：2017-08-19 19:09

  本文关键词：屏蔽泵水润滑轴承特性及其对泵影响的研究

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【摘要】：屏蔽泵没有动密封装置,且具有完全不泄漏的特点同时兼具安全可靠性。为了确保屏蔽泵转子系统在工作条件下能够安全可靠的运行,避免其在接近临界转速时发生振动而影响泵运转的稳定性和使用寿命,本文是以某型号屏蔽泵为研究对象,通过数值模拟仿真的方法,探讨了屏蔽泵在额定工况下全流场和非全流场的内部流动特性。并探讨改变轴承间隙对屏蔽泵全流场内部流动特性以及外特性的影响。以全流场仿真为基础,探讨了转子径向力的变化及其轴承处的水膜刚度和转子的临界转速的变化,为屏蔽泵的设计和使用提供一定的参考依据。本文介绍了流场数值理论中的控制方程、湍流模型和求解算法,重点推导了定常雷诺差分方程,详细介绍了转子动力学基本理论和临界转速的求解原理和方法。并依据水力模型图纸,建立不同轴承间隙屏蔽泵全流场计算模型。通过对屏蔽泵非全流场与全流场进行数值仿真计算,并将数值模拟结果与试验外特性曲线进行对比,验证了仿真的可靠性。通过对数值模拟结果的分析,大致了解屏蔽泵内部流场的流动特性,随着轴承间隙的增大,屏蔽泵外特性性能逐渐降低。通过对屏蔽泵转子一轴承系统的分析,详细介绍了水润滑轴承形成的机理。以流场数值仿真结果为基础,探求了改变轴承间隙对水润滑轴承动特性参数的影响,运用Matlab编程对雷诺方程进行迭代求解,求得静态液膜的压力分布。结果表明无量纲形式的动特性系数随着轴承间隙的变大而变大,且屏蔽泵水润滑轴承沿周向的水膜压力先增后减并呈现出非线性,而沿轴向则呈抛物线分布,水膜压力随着轴承间隙增大而增大,以及前期设计的水润滑轴承是合理可靠的,能够保证水润滑轴承所起的安全润滑和支撑作用。综合数值计算结果,对屏蔽泵进行转子动力学分析,采用有限元分析方法计算了水润滑轴承支撑的转子系统的模态,计算了屏蔽泵转子在给定参数下的临界转速,结果表明随着轴承间隙的增大,临界转速先降低后升高,转子系统由稳定状态转变为不稳定状态,并通过振型图对该数值结果进行了进一步的解释和说明。
【关键词】：屏蔽泵 数值模拟 水润滑轴承 临界转速
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH38;TH133.3
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 研究意义和背景15-16
• 1.2 屏蔽泵和水润滑轴承国内外的研究现状16-17
• 1.3 水润滑轴承水膜承载特性研究现状17-19
• 1.4 转子动力学研究现状19
• 1.5 本论文课题主要工作19-21
• 第二章 流场数值模拟理论和水润滑轴承润滑理论21-30
• 2.1 概论21
• 2.2 常用数值方法21-22
• 2.3 流场数值理论22-26
• 2.3.1 控制方程23-24
• 2.3.2 湍流模型24-26
• 2.4 水润滑轴承润滑理论26-29
• 2.4.1 流体动压润滑基础理论26
• 2.4.2 二维定常雷诺方程的形式和数值解法26-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 屏蔽泵流场数值模拟30-46
• 3.1 屏蔽泵的基本参数30-32
• 3.1.1 叶轮水力模型30-31
• 3.1.2 蜗壳水力模型31-32
• 3.2 屏蔽泵三维造型32-33
• 3.3 网格划分33-36
• 3.3.1 网格划分33-35
• 3.3.2 网格无关性检验35-36
• 3.4 屏蔽泵流场数值模拟设置36-38
• 3.4.1 边界条件的选取36-37
• 3.4.2 交界面设置37
• 3.4.3 求解器的设置37-38
• 3.5 数值模拟结果及其分析38-45
• 3.5.1 屏蔽泵全流场与非全流场数值模拟结果与比较39-40
• 3.5.2 不同轴承间隙的全流场数值模拟结果及分析40-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 屏蔽泵水润滑轴承水膜特性分析46-63
• 4.1 概述46
• 4.2 转子-轴承系统模型46-47
• 4.2.1 建立动力学模型应遵循的原则46
• 4.2.2 转子-轴承系统的简化模型46-47
• 4.3 轴承支反力的计算47
• 4.4 轴承偏心率的计算47-48
• 4.5 水润滑轴承动特性参数的计算48-54
• 4.5.1 动特性参数推导过程48-49
• 4.5.2 轴承动特性参数的计算49-54
• 4.6 水润滑轴承的压力分布及分析54-60
• 4.6.1 Matlab关于求解雷诺方程的程序编写55-57
• 4.6.2 Matlab的求解分析57-60
• 4.7 水膜动压润滑判断60-61
• 4.8 本章小结61-63
• 第五章 屏蔽泵转子动力学分析63-69
• 5.1 临界转速的定义63
• 5.2 临界转速的计算方法63-64
• 5.3 临界转速的计算64-66
• 5.3.1 屏蔽泵原始计算参数65-66
• 5.3.2 计算软件选择和前处理66
• 5.4 转子模态分析66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 本文总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况75

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本文编号：702438