水润滑推力轴承摩擦学性能的分析和试验研究

针对某堆型核电机组主泵水润滑推力轴承极端工况及超长服役周期的特点,从分析和试验两个方面进行了摩擦学的相关研究工作。在分析方面,考虑了平衡支撑下的润滑性能分析,仿真分析了推力轴承在不同转速下的最小润滑膜厚度h_(min)、摩擦力矩M_(f)和温升ΔT,并根据起飞转速建立了基于启停次数的轴承磨损预测模型;在试验方面,进行了与轴承材料相关的摩擦磨损试验,获得了石墨-不锈钢摩擦副在边界润滑和干摩擦下的摩擦因数f和体积磨损量ΔW,通过缩比的台架试验测试了石墨轴承的润滑膜厚度h、瓦面温度T及磨损质量Δm。结果表明:工作转速对h_(min)影响较大,对ΔT影响较小,石墨材料对干摩擦下的f和ΔW影响较大;从h和T来看,试验结果与计算分析的结果较为接近,说明半尺寸缩比试验与实际使用工况相似性较佳。

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。

ACM高分子材料水润滑推力轴承性能试验研究

船舶水润滑推力轴承以水代油作为润滑介质,有助于提高轴承机械效率、减少滑油污染。在水润滑推力轴承试验台上,开展ACM高分子材料推力轴承性能试验研究,探讨在不同试验工况下推力瓦端面摩擦系数、温度、水膜压力随轴承载荷、轴转速的变化趋势。研究表明:ACM推力瓦的摩擦系数为0.01～0.18,单位时间磨损量为0.383μm/h;最高温度为42℃,出现在靠近推力瓦外径和出水边的位置;最大水膜压力为1.6 MPa,且水膜压力随轴转速的升高而下降,随轴向载荷的增加而升高。

水润滑推力轴承用新型石墨材料研究

大推力水润滑推力轴承是核电机组的核心部件,而瓦面材料是大推力水润滑推力轴承的关键。由于三代核电对于推力轴承的寿命有了更高要求,以前适用于主泵屏蔽电机的石墨材料已不能满足要求,因此研发出新的水润滑轴承用石墨材料,通过试验对比得知该材料的摩擦性能和寿命均优于传统材料。

轮缘推进电机推力轴承水润滑性能分析

轮缘推进电机采用海水润滑,由于海水黏度低,难以建立有效的动压润滑效应。同时随着轮缘推进器的推进功率不断提升,其传递的推力也显著升高。这些问题以及需求对轮缘推进器推力轴承的润滑性能提出了新的挑战。提出一种满足轮缘推进电机推进需求的推力轴承设计方案,结合流体动力润滑理论,建立水润滑推力轴承流体动力学模型,基于有限单元法计算了推力轴承的压力分布和最大温度分布,以及雷诺数和摩擦功耗的变化规律。结果表明:该轮缘推进电机推力轴承的压力集中分布在轴瓦中间部分,并随轴瓦倾角和膜厚而变化;温度分布随转速基本保持不变;高速情况下雷诺数大幅降低;摩擦功耗随转速持续增加。

基于多源知识的立式轴系水润滑推力轴承设计分析

为使立式轴系水润滑推力轴承的设计过程更具科学化和规范化,促进具有我国自主知识产权水润滑轴承产品的研发,提出了1种基于多源知识的立式轴系水润滑推力轴承设计方法。该设计方法的核心是利用标准知识、经验知识及实测知识,在轴承的设计中实现知识驱动、组合创新。对立式转子水润滑推力轴承设计的知识来源进行了分类,并对设计知识的获取途径进行了探讨。建立了1个水润滑推力轴承设计知识库,以实现设计知识的获取和调用。给出了某立式轴系水润滑推力轴承的设计实例,根据基于多源知识的设计方法得到了该轴承的设计流程图。对设计轴承的静态性能仿真表明：该轴承符合使用要求,文中所述轴承的设计方法可以提高轴承的设计效率。

螺旋槽平面型线对水润滑螺旋槽推力轴承承载能力的影响

不同螺旋槽平面型线对螺旋槽推力轴承的压力场及承载能力会产生不同程度的影响。采用RNGk-ε湍流模型对具有不同螺旋槽平面型线的水润滑螺旋槽推力轴承润滑膜压力场进行了数值模拟,重点探讨了在不同转速条件下,不同螺旋槽平面型线对水膜压力场和承载能力的影响程度。结果表明:抛物线槽产生的压力峰值最大,螺旋线槽则具有最大的承载能力;与其它平面型线相比,螺旋线具有更稳定的压力分布,更适合水润滑螺旋槽推力轴承。

水润滑推力轴承全流态润滑性能数值模拟分析

综合考虑温度场以及弹性变形的影响,建立能够进行全流态润滑性能模拟分析的水润滑推力轴承数学模型。模型中,在水润滑推力轴承的润滑状态分区上,用雷诺数判断流态,超过临界雷诺数直接由层流润滑变为湍流润滑。用数值方法对模型的求解计算表明:温度变化很小因而几乎对润滑性能没有影响;弹性变形一定程度上降低了轴承的承载能力;湍流能显著地提升承载能力。

硬度对螺旋槽水润滑橡胶推力轴承摩擦磨损性能影响的实验研究

水润滑橡胶推力轴承是船舶推进系统中提供轴向支撑力的重要零部件,其摩擦磨损特性严重影响船舶推进工作性能。开展螺旋槽水润滑橡胶推力轴承实验,测试2种橡胶硬度推力轴承在不同工况下的摩擦力,以及高速重载工况下实验前后橡胶层的表面形貌,分析转速、载荷、旋转方向、橡胶层硬度对摩擦因数的影响,以及推力轴承的主要磨损形式。结果表明:相同载荷下,随着转速的增加,2种硬度推力轴承的摩擦因数呈显著下降趋势,摩擦因数下降幅值最大达到了0.51;在高速时,载荷对摩擦因数的影响不显著;高硬度推力轴承在低速时摩擦性能表现更优,而低硬度推力轴承在高速重载条件下不易发生黏着磨损,因此,建议在低速重载条件下使用高硬度橡胶推力轴承,而高速重载条件下使用较低硬度的推力轴承。

主泵电机推力轴承用新型限位销结构

限位销是推力轴承中很重要的一个部件,它能够起到限制静止部件推力轴瓦随推力盘摆动的作用。论述了一种新型限位销的结构,即在不锈钢表面喷涂碳化钨增加限位销的耐磨性,通过试验对比,验证了表面喷涂工件具有与碳化钨工件同等的耐磨性及抗冲击性。而用表面喷涂工艺代替整体碳化钨结构,能够简化限位销的安装结构,减少了轴承结构件数量。

强制循环热水泵轴向力平衡措施的研究

立式湿绕组型强制循环热水泵叶轮产生的轴向力要大于转子的重力,转子始终处于上浮状态,残余轴向力由电机的水润滑推力轴承承担。本文介绍了立式湿绕组型热水循环泵轴向力的计算过程、平衡方法以及轴向力的测试方法和过程,解决了水润滑推力轴承对强制循环泵轴向力范围要求苛刻的问题。

轮缘推进器水润滑橡胶弹支可倾瓦推力轴承均载特性

为了探讨船舶轮缘推进器(RDT)橡胶垫支撑水润滑推力轴承的均载特性,提出了推力轴承均载特性参数测试方法;在多功能立式水润滑试验台上,以用于RDT的内径124 mm、外径196 mm水润滑橡胶垫支撑推力轴承为试验对象,在盘面上选取轴承平均半径的截面,对称布置1个微型压力传感器和1个微型温度传感器,随着轴一起旋转,采用无线遥测技术分别获取全瓦水膜压力分布和推力盘温度;通过预设瓦块高度差和推力盘静态倾斜量模拟偏载的情况,研究了载荷和转速变化对试验轴承水膜压力分布、摩擦因数和推力盘温度的影响规律。研究结果表明:弹支的均载效果会随着工况的变化而变化,当转速不变时,载荷增大会增加各瓦橡胶垫的变形,从而增强均载效果;而推力盘倾斜程度会随着转速增加而增强,从而加剧了瓦块载荷的不均性;开展RDT橡胶弹支可倾瓦结构均载设计时,除了考虑推力盘和瓦块不平的制造和安装因素,还需考虑轴承的转速和载荷;从轴承各瓦压力分布随工况变化的关系看,在转速为100 r·min-1、载荷为0.35 MPa时,轴承接触承载比例升高,因此,水膜压力测试为判别轴承润滑状态提供了一条新途径。

平衡环式支承结构制造及静载荷试验

介绍了一种水润滑推力轴承平衡环式支承结构的制造特点,开展了平衡环静载荷试验,结果表明平衡环结构具有平衡各推力瓦载荷的能力。制造的平衡环在进行1︰1台架试验后,对其进行渗透探伤检查,检验区域无线性裂纹显示和有害形变,为核主泵抗扰动自平衡水润滑推力轴承研制奠定了基础。