大型水润滑推力轴承承载性能及推力瓦型面优化研究

发布时间：2017-05-24 07:04

  本文关键词：大型水润滑推力轴承承载性能及推力瓦型面优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：流体动压润滑推力轴承广泛应用于各类泵、压力机和汽轮机等大型旋转机械设备中。它的主要作用是用来承担轴向载荷，是维持大型旋转机械设备稳定可靠运行的关键部件，直接影响着此类设备的承载能力和检修周期。随着科学技术的进步，机器逐步向着高转速大功率的方向发展，迫使推力轴承工作在高速重载的工况下，因此对推力轴承润滑性能特别是承载性能提出了更高的要求。近些年，水润滑推力轴承以其环境友好、经济安全性高、摩擦系数低、温升小、功耗低等优点在特殊环境下的大型屏蔽泵中得到了广泛的应用，但承载性能有待进一步提高。 因此，本文以大型屏蔽泵—核泵水润滑推力轴承为研究对象，建立了其在层流和紊流两种工况下的数学模型，运用MATLAB软件编程计算求解了层流和紊流两种工况下水润滑推力轴承的水膜厚度分布和压力分布，，并分析计算了推力轴承的运行工况参数(如转速、入口压力等)和轴承几何参数(如支点位置、轴瓦的长宽比、轴瓦倾角等)对其主要润滑性能特别是承载性能的影响规律，为水润滑推力轴承的设计提供了参考。开展了对推力瓦表面造型的研究，建立了六种不同推力瓦型面(斜平面瓦、斜平台瓦、阶梯瓦、抛物线(凸)瓦、抛物线(凹)瓦、摆线型面瓦)的几何模型和数学方程，并将扇形推力瓦结构进行了适当的简化，对其进行了无量纲化、离散化和差分化的处理过程，将其转化为可进行数值计算的代数方程组，接着采用逐次超松弛迭代求解的数值计算方法，运用MATLAB软件分别对一维无限宽滑块和二维有限宽滑块模型编程计算，分析不同推力瓦型面对其润滑性能的影响规律，确立了摆线型面为最佳推力瓦型面，其润滑性能要优于其它型面的润滑性能。并进一步针对摆线型面的一维无限宽滑块和二维有限宽滑块进行优化，计入了表面粗糙度的影响，建立了其数学模型，对一维无限宽滑块进行了部分表面粗糙度和全程表面粗糙度两种模式下的对比分析计算；对二维有限宽滑块进一步扩展了表面粗糙度的数学模型，包括了横向表面粗糙度、纵向表面粗糙度和综合表面粗糙度，分析计算了计入了不同表面粗糙度对其润滑性能特别是其承载力性能的影响，为推力瓦型面的优化设计提供了一定的依据。
【关键词】：水润滑推力轴承 承载性能 紊流工况 推力瓦表面造型 表面粗糙度
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究的背景与意义10-13
• 1.2 水润滑推力轴承的国内外研究现状13-16
• 1.3 本文研究的主要内容16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 2 水润滑推力轴承润滑性能数值计算18-40
• 2.1 动压推力滑动轴承的工作原理18-19
• 2.2 推力轴承的结构形式19-21
• 2.3 推力轴承数学模型的建立21-39
• 2.3.1 雷诺方程21-25
• 2.3.1.1 微元体的受力平衡—速度分布22-23
• 2.3.1.2 容积流量方程23-24
• 2.3.1.3 流量连续方程24-25
• 2.3.2 水膜厚度方程25-26
• 2.3.3 控制方程的无量纲化26-27
• 2.3.4 无量纲控制方程的差分化27-30
• 2.3.5 逐次超松弛迭代法(SOR)30-31
• 2.3.6 润滑性能参数的计算31-32
• 2.3.7 程序计算流程图32-33
• 2.3.8 润滑性能的数值计算及参数的影响33-39
• 2.3.8.1 核泵水润滑推力轴承实例计算34-35
• 2.3.8.2 各参数对水润滑推力轴承润滑性能的影响35-39
• 2.4 本章小结39-40
• 3 紊流润滑性能数值计算40-47
• 3.1 雷诺数40-41
• 3.2 紊流数学模型41-43
• 3.3 紊流数学模型的无量纲化43-44
• 3.4 紊流模型润滑性能的数值计算44
• 3.5 计算结果分析44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 4 推力瓦型面优化47-75
• 4.1 概述47-48
• 4.2 推力瓦结构形式48-49
• 4.3 推力瓦型面建模49-50
• 4.4 一维无限宽滑块轴承润滑性能计算50-56
• 4.5 二维有限宽面接触滑块润滑性能计算56-62
• 4.6 表面粗糙度对摆线型面承载力性能的影响62-73
• 4.6.1 表面粗糙度对一维无限宽滑块承载力性能的影响62-66
• 4.6.1.1 全程表面粗糙度计算63-65
• 4.6.1.2 部分表面粗糙度计算65-66
• 4.6.2 表面粗糙度对二维有限宽滑块承载力性能的影响66-73
• 4.6.2.1 横向表面粗糙度的影响67-69
• 4.6.2.2 纵向表面粗糙度的影响69-71
• 4.6.2.3 综合表面粗糙度的影响71-73
• 4.7 本章小结73-75
• 5 总结与展望75-77
• 5.1 总结75-76
• 5.2 展望76-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果82-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：390028