面向轴承润滑增效的内圈表面沟槽引流可视化仿真与试验研究

高速轴承套圈表面添加沟槽是提升轴承润滑效率的有效手段.针对高速旋转套圈表面沟槽对润滑油流动的引导机理和影响规律研究,本文中通过可视化仿真和试验研究,监测对比了润滑油在轴承光滑内圈和带沟槽内圈表面的流动行为,基于内圈滚道内润滑油流量评估沟槽结构对润滑油的导向效果,最后通过轴承乏油状态下的温升试验验证了分析结果的合理性.结果表明,与光滑内圈相比,具有不同凹槽结构的内圈可能会增强/减弱润滑介质流动,合理/不合理的沟槽设计存在提高/降低轴承润滑效率的可能.

基于主动喷射控制的反旋流密封静力与动力特性研究

反旋流喷射时间与喷射位置对密封静力与动力特性有较大影响,建立反旋流密封主动喷射控制数值模型,研究压比、预旋比对密封静力与动力特性的影响,分析反旋流主动喷射控制时压力与流速分布,从气流力做功角度揭示反旋流密封抑振机理。结果表明:增大转子涡动角可降低反旋流密封下游密封腔周向压差,提高转子稳定性;反旋流近转子轴心径向喷射对密封有效刚度影响较大,反旋流于转子涡动上游切向喷射可降低交叉刚度、提高有效阻尼,且压比越高、预旋比越大,反旋流对密封稳定性优化效果越显著,但会导致泄漏量增加。最高参数下,反旋流近转子轴心喷射比远转子轴心喷射耗散密封系统的能量高4.61%,切向喷射时于转子涡动上游喷射比位于涡动下游喷射耗散能量高3.30%,转子涡动角相同时,反旋流切向喷射较径向喷射能量耗散更显著。

基于引气封油方式的轴承腔密封间隙油气两相泄漏流动特性数值与试验研究

轴承腔滑油泄漏直接影响航空发动机的安全性,而现有研究缺乏引气条件对轴承腔滑油密封性能的探索。设计搭建轴承腔密封间隙油气两相泄漏流动特性试验装置,建立轴承腔油气两相泄漏流动特性数值求解模型,在数值与试验结果相互验证的基础上,研究轴承腔密封间隙油气两相分布状态与临界封油特性。研究表明:供气压强高于临界封油气压时,滑油与封油气体在油腔内混合形成复杂的油气两相状态,滑油油位越高,油气两相混合区域越大;供气压强低于临界封油气压时,滑油流入密封间隙,油气交界面状态呈现波状或条状,滑油流入气腔后首先呈现股状下流,而后呈膜状渗流。密封间隙由0.05 mm增加至0.20 mm,临界封油气压增加221.5%;滑油油位由30 mm增至120 mm,临界封油气压增加129.2%。滑油油位通过影响滑油加速度、密封间隙通过影响滑油加速度和节流效应对滑油泄漏流动产生影响。研究内容为轴承腔密封间隙泄漏流动特性分析与临界封油气压判定提供理论依据。

凹槽射流对袋型阻尼密封泄漏特性与动力特性影响机理

采用非定常动网格技术建立了袋型阻尼密封泄漏特性和动力特性多频椭圆涡动求解模型,在验证求解模型准确性的基础上,研究了压比、转速和凹槽位置不同时凹槽射流对袋型阻尼密封泄漏特性与动力特性的影响,分析了袋型阻尼密封轴向与周向的流速和压力分布特性,揭示了凹槽射流对袋型阻尼密封泄漏特性和动力特性的影响机理。研究表明:凹槽射流增强了袋型阻尼密封直通效应,削弱了基本腔室内气流动能的耗散作用,增大了泄漏量,当压比由2增至6.9时,相比无凹槽袋型阻尼密封,有凹槽袋型阻尼密封泄漏量增大11.75%~12.67%。凹槽射流可减小袋型阻尼密封交叉刚度,增大直接阻尼和有效阻尼,且转子低频(频率小于120 Hz)涡动时效果更显著;凹槽射流可抑制下游腔室内气流的周向流动,降低周向压差,使周向压力分布更均匀,提高转子稳定性;凹槽结构参数相同时,基本腔室出口密封齿周向二等分点为最佳凹槽位置,此时袋型阻尼密封具有最小交叉刚度、最大直接阻尼和有效阻尼。