清径向滑动轴承层流与湍流润滑特性研究

发布时间：2016-06-08 22:20

I绪论

润滑性能是评价滑动轴承好坏的主要标准,润滑液的粘度、密度、导热系数以及比热等物理特性直接影响着轴承的滴滑性能。对于水轮机轴承,润滑油中水的侵入是不可避免的。水的加入对润滑油的粘度、密度等物理特性都有很大的影响,研究油水混合液物理特性的变化规律对分析水的加入对滑动轴承润滑性能的影响具有重要意义。在研究水对润滑油性能影响的同时,轴承温度对轴承润滑性能的影响也是不可忽略的,因为温度不仅对润滑液枯度、密度等物理特性有影响,同时对轴承轴瓦的热变形也是用较大影响,不可忽略。在以往的轴承淘滑性能研究中,研究者多假设搁滑油的物理参数,如粘度、密度等为常数,或假设粘度是温度的函数。在本文研究中需考虑另一种介质一水,对润滑油物理特性的影响,油水两种介质的混合,其物理特性由两者共同决定,其主要性能指标一一粘度,与油水混合的比例以及轴承工作温度都有很大关系。研究油水混合液的物理特性对研究水污染径向滑动轴承的润滑特性具有重要意义。
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2水的加入对径向滑动轴承润滑特性的影响

2.1前言

水有许多优于油的热学特性,然而水在轴承中的应用仍然受到一定限制。对于水轮机上的滑动轴承而言,润滑油中水的存在或产生是不可避免的,工作环境中的水渗入到润滑油中,或润滑油从空气中吸收水蒸气,或自身的水分。以往,油中水的存在被认为是具有极大危害的,许些研究表明轴承中水的存在易导致一些不利的影响,如水污染易导致轴承生绣,或产生"氯脆"现象,甚至导致水和油发生化学反应,从而对轴承润滑性能产生负面影响。但是研究表明水的加入并不总是不利于轴承润滑性能的改善,水在油中存在的形式直接影响轴承的润滑性能,水的存在对轴承润滑有长期影响和短期影响。本文通过试验测量不同含水量油水混合液的粘度值,研究油水混合液的粘度值、水含量和混合液温度三者间的关系,最后根据试验数据拟合三者间的函数关建立五质可倾瓦径向滑动轴承物理模型,推导轴承瞬态热弹流动压润滑方程,主要包括瞬态雷诺方程、瞬态能量方程和瞬态固体热传导方程,并对相关方程做无量纲化和离散化处理:用Fortran软件编写程序,计算不同含水量油水源合液润滑下滑动轴承的瞬态热弹流润滑特性,比较^纯油与油水混合液对轴承润滑性能,如液膜压力、液膜温度、液膜厚度等的影响,研究不同比例油水混合液润滑时轴承最小液膜厚度和最大液膜压力的变化规律。

2.2油水浪合物的粘度特性

人们在油水混合液粘度特性上已做了大量的研究。MacDona等研究表明水的存在易导致轴承生绣从而影响其润滑性能。Schatzberg和Felsen表明水污染致使轴承产生"氨脆"现象,从而损伤轴承性能。Eachuq总结了水污染对轴承润滑的影响,指出水污染降低了润滑能为,如降低了有效粘度,同时他提到水与油发生化学反应致使润滑能力降低。然而Sadeghi等通过用钢球与玻璃盘接触测量纯油和油水混合液润滑下的液膜厚度,用钢球与钢盘接触测量纯油和油水混合物润滑下的摩擦为矩,他们的实验表明:在重载情况下,油水混合物与纯袖的润滑特性在本质上相同,原因是在流体进入接触区前,水已被挤压出去。之后,Harika等通过实验证明油中含水能在短期内明显增大液膜粘度,并建立了一种油水混合物粘度模型。

3初始条件与突变载荷的影响..........37

3.1前言.........37
3.2数学模型..............37
3.3案例分析................40
3.4本章小结........48
4表面织构对轴承端流润滑性能的影响........49
4.1前言.......49
4.2表面织构设计.......50
4.3基于Gambit软件的织构网格划分.........52
4.4基于Fluent软件的滿流模型建立.......55
4.5计算结果与分析...59
4.6本章小结.......67
5油水混合液对织构轴承润滑性能的影响.......69
5.1前言.....69
5.2模型建立....69
5.3基于Fhient软件建立油水漏合润滑模型......70
5.4计算案例与分析....73
5.5本章小结.....79

5油水混合究液织构轴承润滑性能的影响

5.1前言

第4章讨论的表面织构对轴承承载能力和渝流特性的影响是水作为润滑介质,然而对于水轮化,其轴承多采用油润滑,同时考虑到水轮化轴承运行过程中水的加入是不可避免的,因此研究油水混合液作为润滑介质对加工有表面织构的滑动轴承润滑性能的影响具有较强的工程意义。本文拟基于端流理论利用Fluent软件研究表面织构对轴承润滑的影响,分析油水混合液润滑下轴承的端流特性,比较织构形状,轴承转速以及混合液含水量对轴承端流持性和承载能力的影响。

5.2模型建立

油和水两种液体混合形成新的混合液,由前面的实验可知,当油水均匀混合在一起时,可认为混合液为均匀混合介质,通过实验测试不同含水量油水混合液在不同温度下漏合液的粘度值,然后以Harika提出的粘度模型为基础,结合实验数据拟合含水量、温度和混合液粘度值兰者间的函数关系。同时水的加入对润滑油密度、导热系数和比热的影响也不能忽略,本文引用文献[32]给出了混合液的密度、导热系数和比热的数学模型。表5.1为通过Fluent软件模拟计算得到的不同表面织构轴承的承载能力和最大端流动能,图5.1光滑表面轴承轴颈表面液膜压力分布图,图5.2是不同表面织构轴承轴颈表面液膜压力分布图。分析可得:表面织构能提高轴承承载能力,不同织构表面提升的程度不同,其中球形织构对承载能力提升最大,承载能力提高30%;轴瓦表面凹坑加剧了流体的端流流动,湍流动能变大,其中雪花织构的最大縮流动能最大,表明织构形状越复杂,产生的瑞流越剧烈湍流的加剧致使轴承的承载能力提高。

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6总结与展望

本文主要完成工作:(1)阐述了研究水轮机径向滑动轴承润滑性能的工程意义,介绍了液液混合流体粘度模型的发展历程,表面织构在摩擦学上的应用以及表面织构在轴承润滑上的应用研充,综述了润滑模型的国内外研究进展。(2)实验研究油水混合的液液混合流体的粘度特性,测试不同含水量油水混合液在不同温度下的粘度值,拟合水含量、温度和混合物粘度三者间的关系函数,同时研究了油水两相流体粘度随时间的变化特性以及水在油中的存在方式。(3)建立五拓可倾瓦径向滑动轴承瞬态热弹流润滑的数学模型,包括瞬态雷诺方程、瞬态热传导方程以及瞬态能量方程,同时加入油水漏合液的粘度函数,及密度公式、导热公式和比热公式,用Fortran编程计算滑动轴承在油水混合液润滑下启动阶段的瞬态润滑性能。研究不同水含量下,轴承轨迹变化情况以及达到平衡位置时轴承油膜,流体压力及温度。(4)研究不同初始条件(究始载荷、初始转速和初始温度)下轴承启动阶段和稳定阶段的液膜压力、液膜厚度、液膜温度和轴也轨迹的变化规律,同时分析突变载荷对液膜压为、温度和厚度的瞬态影响。

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参考文献（略）

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本文编号：54981