某氢氧发动机涡轮泵高速球轴承生热冷却分析

发布时间：2020-12-07 02:23

　　滚动轴承是通用机械中的一种重要的转动支承部件,而在航天领域,由于液氢液氧火箭发动机性能的不断提高,对于涡轮泵性能的要求也随之不断提高,而作为涡轮泵关键部件的高速轴承也成为影响涡轮泵可靠性和性能的重要部分。而涡轮泵高速轴承通常采用液氢液氧进行冷却,工作在低温和润滑困难的恶劣条件下,为了保证其正常工作,需要对轴承的发热量和冷却量进行计算。而目前对于涡轮泵低温轴承的热分析则很少有资料介绍,本文对此进行了有益探索,以某氢氧火箭发动机涡轮泵高速轴承为研究对象,进行了力学特性、摩擦生热和工作温度的计算,分析了在低温液氢和常温气体冷却轴承时的效果,为涡轮泵的设计和相关试验提供基础。本文首先对高速轴承进行了拟静力学建模计算,分析了其受力和运动状态,计算了轴承内部各个热源的摩擦功耗,并将计算结果作为输入条件,进行了轴承的二维温度场的有限元计算,在此基础上,对不同冷却介质条件下的轴承三维流场进行了计算,探讨了轴承的使用条件和冷却介质的状态对轴承生热和冷却的影响,可以得出如下结论:1)对于本文所计算的轴承来说,采用整体法和局部法计算的结果相差不大;而在轴承的各热源中,最主要的摩擦功耗来自于滚动体的自旋转动,... 

【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

某型液体火箭发动机涡轮泵轴承工作异常时的高温状态而在航天领域，随着我国航天事业的不断发展，大推力火箭发动机的作用越发凸显

0.175 / ln(1 )fTK R C C ChR v R Rω= + 1123cos0.0986 1 PrbT fmn Dh Kv dα = ± 2.4 滚动轴承温度场的分析方法2.4.1 热阻网络法热阻网络法是轴承温度场计算中最常见的方法。对于要分析的轴承系统，首先究的目的和轴承的几何形状的原则将轴承的各个位置划分为不同的网格节点，每都代表相应位置上的温度，根据各节点间的物理关系确定节点间的热阻，从而将统联系起来。当轴承处于稳定工作状态时，根据基尔霍夫定律，流入每个节点的度应与流出的相等，由此可以建立整个系统的热平衡方程，通过迭代求解方程组得整个轴承系统的温度场。热阻网络法由于其可以方便灵活地依据实际条件进行点的划分，且求解计算灵活便捷，因而在轴承温度场计算中有着广泛的应用。图出了球轴承热分析中的热阻网络，图中 T 为温度，R 为热阻，H 为摩擦热。

Shaberth[39]为美军开发了轴承的热分析软件，该软件能够对包括五个轴承的主轴系统进行温度和热力学的相关计算，利用该程序对航天飞机发动机 SSME 的涡轮泵轴承进行了分析和计算。Kleckner 等人[40]对高速圆柱滚子轴承进行了热力学分析和计算，开发了计算软件 CYBEAN。该此程序考虑了轴承套圈的变形、流体润滑和各部件间的相互作用，能对稳态条件下轴承的发热和对周围环境的影响进行计算。国内方面，杨咸启[41]在 1994 年采用热阻网络法建立了可以分析热传导、热对流和热辐射的计算程序 SYBTEM，并与试验结果进行了对比。热阻网络法能够方便地分析轴承系统的温度场，但是它的缺点也十分明显：由于热阻网路法是以节点代表轴承中相应位置的温度，只能观察轴承内部有限位置的温度，就无法考虑温度场的具体变化，计算的结果有一定的局限性。1.2.4.2 有限元法轴承有限元热分析法以发热量、对流换热系数、环境温度作为热源的加载及边界条件的处理，模拟轴承各部分元件运动过程中热量的产生及传递过程，获得轴承的三维温度场分布。


本文编号：2902445