基于CFD的单支点可倾瓦推力轴承静动特性分析

以单支点可倾瓦推力轴承为研究对象,基于流体动压润滑原理,建立推力轴承油膜的几何模型,采用计算流体力学的方法分析轴系非倾斜和轴系倾斜2种状态下推力轴承油膜的静动特性。通过Fluent仿真计算得到油膜表面的压强分布以及油膜提供给推力环的承载力,将计算结果处理后得到了转速-刚度表和转速-阻尼表。结果表明:轴系倾斜对油膜所产生的承载力的影响较小,但会导致不同瓦块所受的载荷大小不一,造成不同瓦块之间的性能差异;推力轴转速的变化对油膜刚度系数的影响较大,对油膜阻尼系数的影响较小;在转速不变的情况下,轴系倾斜时油膜所产生的刚度系数和阻尼系数大于非倾斜时的刚度系数和阻尼系数。

船舶可倾瓦推力轴承工况参数对润滑特性的影响

为研究船舶工况参数对可倾瓦推力轴承稳态和瞬态润滑特性的影响,利用Matlab建立船舶可倾瓦推力轴承热弹流体动压润滑计算模型,考虑轴瓦的热弹性变形,联立黏温方程、能量方程、油膜刚度和阻尼系数方程求解模型,研究热弹性变形以及不同载荷和转速情况下船舶可倾瓦推力轴承的润滑特性。结果表明:考虑热弹性变形时,最小油膜厚度增大,最大油膜压力和最高油膜温度降低;在正常运行工况条件下,轴瓦的热弹性变形有利于改善推力轴承的润滑性能,轴承设计时应考虑材料的抗压性和耐热性;在转速不变时随着载荷的增大,最小油膜厚度降低,最大油膜压力、温度、油膜刚度和阻尼均增加,需要特别注意重载工况下轴承的动压润滑状况;在载荷相同的情况下,随着转速的提高,油膜厚度和油膜温度增大,油膜压力变化不明显,油膜刚度和阻尼随转速增大而降低,在转速较低时下降较为明显。研究结果为优化轴承设计、提高轴承运行的可靠性和稳定性提供参考。

考虑激振频率的可倾瓦推力轴承动特性理论与试验研究

为了研究激振频率对可倾瓦推力轴承动特性的影响,提出考虑激振频率的动特性建模方法和试验方法。依据可倾瓦轴承刚度和阻尼定义,将激振频率引入可倾瓦推力轴承动特性计算过程,通过建立轴向扰动下的膜厚方程、雷诺方程及瓦块运动方程,推导出包含激振频率的可倾瓦推力轴承动特性数学模型,计算分析刚度和阻尼随扰动频率(激振频率与主轴转频的比值)、转速及载荷的变化规律;采用脉冲激振法在可倾瓦推力轴承试验台进行动特性试验,得到不同激振频率、转速及载荷条件下刚度、阻尼的试验结果,并和相应的理论计算值进行对比分析。结果表明:当扰动频率较小时,可倾瓦推力轴承刚度随其增加而逐步增大,阻尼随其增加而逐步减小;当扰动频率增加到一定程度后,其刚度和阻尼逐步趋于稳定。此外,转速和载荷对其刚度和阻尼随扰动频率的变化幅度基本无影响。

支点变形对水润滑可倾瓦推力轴承起动过程影响

本文中建立了水润滑可倾瓦推力轴承启停过程瞬态模型,采用Hertz接触模型,以自定义可倾瓦推力轴承起动过程发生初始倾斜时刻转速—初始倾斜转速Uft为对象,分析了支点接触与磨损变形量、载荷大小对水润滑可倾瓦推力轴承起动过程影响.初始倾斜转速Uft随着支点变形量增大而增大,随着载荷增大而增大.在给定可倾瓦推力轴承可接受初始倾斜转速最大值Uftc情况下,几何尺寸确定可倾瓦推力轴承载荷及支点变形均存在最大值.采用水润滑可倾瓦推力轴承性能试验台进行模型验证,结果表明:Uft测量值与数值分析结果吻合度较高,误差小于10%;采用加速度传感器及扭矩传感器联合方法可以比较准确地判断出轴承推力瓦发生倾斜时刻,从而确定可倾瓦推力轴承的Uft值.

基于双向流固耦合理论的可倾瓦推力轴承润滑性能研究

以双向流固耦合理论为基础,运用CFD技术对某蓄能机组推力轴承进行数值模拟,研究瓦面位置参数及材料对轴承润滑性能的影响。结果表明,瓦面倾角增大,油膜压力及承载增加,且压力中心区沿镜板旋转方向及瓦面径向外侧偏移;油膜间隙减小,压力及承载均增加。弹性模量减小,轴瓦压力梯度变缓,且压力极值中心向瓦侧边缘移动,因而适当降低轴瓦弹性模量,能够有效减少瓦面高压集中区域,提高轴承使用寿命。

基于实例推理的可倾瓦推力轴承方案设计

可倾瓦推力轴承的传统设计方法存在过程复杂、过分依赖设计者经验,以及缺乏积累和继承设计知识的问题,为此,提出了基于实例推理的设计方法,为进一步提高基于实例推理系统的实例检索效率和质量,对系统中实例表示、相似实例匹配和实例重用三个关键技术环节进行了改进,引入相似理论和相似系统理论的基本原理,分别提出了以相似准则作为重要属性的实例表示方法,基于敏感性分析的属性权重配置算法,以及基于属性差异度的相似性度量方法。在实例重用方面,提出了将最相似实例按照结构特性生成初始方案后再对其进行评价和修改的方法,以降低方案修改的难度和复杂性。最后,通过一个可倾瓦推力轴承的设计案例,验证了所提方法的可行性和有效性。

可倾瓦推力轴承的线性和非线性动特性研究

建立可倾瓦推力轴承中油膜对镜板的作用力和油膜作用于可倾瓦的力矩的准静态线性和非线性动力学模型 ,并且通过对油膜压力进行二阶泰勒级数展开推导出 4 0个油膜对镜板的作用力和油膜作用于可倾瓦的力矩的线性和非线性刚度及阻尼系数 。

高速圆形可倾瓦推力轴承的润滑性能

考虑离心力影响,采用有限元法,对高速重载设备中所应用的圆形可倾瓦推力轴承的润滑性能问题进行了热弹流分析。通过软件程序模拟出不同工况下高速圆形可倾瓦推力轴承瓦面的油膜形状分布、油膜压力分布及油膜温度分布及功率损耗、流量等参数,并与不考虑离心力时的数据进行了比较,得出离心力对高速圆形可倾瓦推力轴承的润滑性能的影响不能忽略的结论。

局部织构无限长可倾瓦推力轴承流体动压润滑分析

目的研究局部凹坑织构对无限长可倾瓦推力轴承的流体动压润滑性能的影响。方法基于质量守恒空化边界条件的雷诺方程,建立了局部凹坑织构无限长可倾瓦推力轴承动压润滑二维理论模型。采用多重网格法求解雷诺方程,模拟局部凹坑织构无限长可倾瓦推力轴承的流体动压分布,分析局部织构比、位置比、深度、水平间距及数量对流体动压润滑性能的影响。结果所建立的二维局部织构无限长可倾瓦推力轴承理论模型的数值解与解析解误差较小,能够有效地分析油膜流体动压润滑性能。当收敛比较小时,在入口区进行局部微凹坑织构化处理能增强流体动压润滑效应,并存在最优局部织构比使得油膜承载能力达到最大;而当收敛比较大时,局部微凹坑织构对油膜承载能力的影响较小。油膜承载能力随着局部织构位置比的增大而逐渐减小。存在最优凹坑深度能够最大化轴承的承载能力,并且最佳凹坑深度随着收敛比的增加而减小。油膜承载能力随着凹坑纵向间距的增大而减小,随着凹坑数目的增大而增大。结论局部织构能够有效地改善可倾瓦推力轴承的摩擦学性能,增强轴承的承载能力,而局部织构的几何参数与轴瓦的收敛比相互影响,存在着最优织构几何参数和收敛比的组合能够最大化轴承的承载能力。

计入轴线偏斜的船舶可倾瓦推力轴承润滑性能分析

针对船体变形或推进轴系安装不对中等因素所导致的轴线偏斜问题,建立轴线偏斜时轴承静力平衡方程,将轴线偏斜角和偏斜位置角引入到流固热耦合基本润滑方程中,建立可倾瓦推力轴承热弹流动压润滑模型,采用载荷收敛的轴承含全瓦块的系统迭代算法,计算分析不同偏斜参数对案例轴承性能的影响,结果表明,3种典型的轴线偏斜方向中,轴线投影线过支点这种偏斜方向对轴承性能影响最为严重;限制偏斜角增加的条件,除许用最小膜厚外,尚应考虑瓦块倾斜角的影响。

可倾瓦推力轴承启动过程瞬态热效应的实验研究

实验研究了可倾瓦推力轴承在 2 30 0～ 51 0 0r/min的名义转速范围内时 ,空载快速启动及慢速启动过程中推力轴承油膜温度和油膜厚度的瞬态变化规律 .实验表明 ,在启动过程中 ,油膜温度随转速的提高而升高 ,不同的升速时间对油膜温度的影响也不同 ,油膜的厚度也随转速的提高而升高 .

不同瓦面形貌参数的曲面可倾瓦推力轴承动特性仿真研究

为了揭示瓦块曲面形貌参数对船舶可倾瓦推力轴承动特性的影响规律,建立可倾瓦推力轴承瞬态热流体动压润滑模型,采用轴向扰动法研究轴承刚度和阻尼系数的计算方法并进行了验证。设计6种瓦面形貌,仿真分析不同形貌类型和瓦面弯曲程度对推力轴承动特性的影响规律。结果表明:推力轴承刚度系数随激振频率的增加而上升,阻尼系数随激振频率的增加而下降;在相同激振频率下,仅考虑一个方向的形貌改变,周向瓦面凸起量的增加可以增加油膜厚度,降低轴承的刚度和阻尼系数,但径向凸起量的增加对轴承的刚度阻尼系数几乎无影响;仅考虑径向凹陷时,阻尼系数随凹陷量的增加而增加并可达到最大;当同时考虑周向和径向的形貌变化时,则周向凸起量是轴承主要的影响因素。

圆形可倾瓦推力轴承润滑的计算机仿真

针对大型设备中所应用的圆形可倾瓦推力轴承的润滑问题,采用计算机对圆形可倾瓦推力轴承的润滑性能进行了仿真,通过软件程序计算了单个圆形可倾瓦推力轴承瓦面的油膜形状分布情况、油膜压力分布规律及油膜温度分布规律、功率损耗大小、流量多少等参数。结果表明,通过该仿真程序可模拟出不同工况下圆形可倾瓦推力轴承润滑参数,进而提前实现对圆形可倾瓦推力轴承润滑特性的预测,为大型设备中所使用的圆形可倾瓦推力轴承的设计、润滑和实验提供基础数据。

可倾瓦推力轴承瓦面形貌对启停过程的影响

可倾瓦推力轴承在启动和停止过程中,各参数在短时间内会发生巨大的变化,研究启停过程对可倾瓦推力轴承的设计具有重大意义。文章建立可倾瓦推力轴承启停的瞬态模型,对可倾瓦推力轴承启停过程进行定性分析。结果表明,瓦面形貌参数的改变对可倾瓦推力轴承启停过程有明显的影响,而且启动转速也随着形貌参数的改变而改变。文章分析了表面凸起值对启停转速的影响,对可倾瓦轴承的瓦型设计及启停时间具有指导意义。

可倾瓦推力轴承瞬态热效应的实验研究

:通过实验 ,研究了可倾瓦推力轴承在空载快速启动及慢速启动过程中油膜温度的瞬态变化规律 ,探讨了加载时载荷变化、转速变化及转速变化率等因素对推力轴承油膜温度的影响。实验时 ,在瓦块进油、出油边及油膜与瓦块接触面上布置了若干根铜 -康铜热电偶 ,并选用了英国施伦伯杰公司的 IMP分布式数据转换器与一台主频为16 6 MHz的计算机组成了动态温度、油膜厚度数据采集系统。实验表明 :油膜温度变化速度并不如现有的关于数值计算的文献报导的迅速。转速或载荷增大时 ,油膜温度上升 ,油膜厚度减小 ,但是转速变化对油膜瞬态温度的影响要比载荷的影响大。值得注意的是 ,在一定载荷下 ,转速增加时 ,油膜温度首先上升 ,到达峰值后逐渐下降。

弹性横梁支承的可倾瓦推力轴承的静态分析

对推力轴承的周向负荷分配规律及推力瓦的静态工作点进行了研究．建立起系统的平衡方程式，计入了推力盘倾斜及推力瓦支承弹性横梁的影响．定义了可倾瓦的刚度系数，找到了可倾瓦与固定瓦油膜厚度之间的对应关系，从而利用固定瓦的计算结果来求得可倾瓦的静态特性及刚度系数．在Ｎｅｗｔｏｎ迭代法的基础，利用可倾瓦的刚度系数，在Ｎｅｗｔｏｎ迭代法的基础上，利用可倾瓦的刚度系数，求解非线性方程组．结果表明，推力盘的静态倾斜将引起各推力瓦负荷及静态工作点的很大变化．文中的工作可作为推力轴承广义热弹流分析及推力轴承－转子系统动力学研究的参考．

可倾瓦推力轴承的分形表面形貌润滑性能研究

提出一种考虑表面形貌时可倾瓦推力轴承润滑特性的数值计算方法,采用分形函数重构了轴承润滑表面轮廓,并将表面轮廓参数整合到可倾瓦推力轴承润滑油膜的数值计算中,探索表面形貌变化对润滑特性影响。结果表明,随着尺度系数或分形维数增大,楔形油膜的厚度逐渐变小并且油膜的最大压力逐渐增大,油膜的压力分布波动越剧烈;当尺度系数改变时,油膜厚度和油压分布幅值变化,但分布趋势保持一致,分形维数则对其幅值和分布趋势都有影响;当分形参数变化时,轴承整体的承载能力和摩擦力出现波动,但波动很小。轴承表面形貌误差会对整个轴承的油膜的稳定性造成影响,因此在可倾瓦轴承的设计制造中要控制润滑表面的加工精度,保障可倾瓦推力轴承运行稳定。

轴系倾斜下可倾瓦推力轴承静动特性分析

针对船舶可倾瓦推力轴承在实际运行过程中存在的轴系倾斜问题,建立倾斜状态下可倾瓦推力轴承热弹流体动压润滑计算模型,研究倾斜状态对可倾瓦推力轴承静动特性的影响。提出了以倾斜角和轴线投影角两个参数来表征倾斜状态的数学模型;联合热弹流体动压润滑模型和轴向油膜刚度、阻尼系数求解模型,全过程求解可倾瓦推力轴承静动特性。静态性能参数包括载荷、最小油膜厚度、最大油膜压力、最高油膜温度;动态性能参数包括轴向油膜刚度和阻尼系数。结果表明:轴线倾斜使每块瓦承受载荷严重不均,造成各块瓦巨大的性能差异;倾斜角增大使瓦所承受载荷、油膜压力和油膜温度增加,油膜厚度减小,且外载荷越大变化越显著;轴线投影角所在轴瓦承受载荷最大,当轴线投影角在支点附近时,静态性能参数皆有极值存在;轴线投影角在距瓦进油边31°的位置时推力轴承轴向油膜刚度和阻尼系数有最大值。研究结果可为倾斜状态下可倾瓦推力轴承可靠性的提高提供参考。

基于PID方法的可倾瓦推力轴承分析

使用PID方法控制可倾瓦推力轴承流场求解中轴瓦倾角和支点膜厚的迭代,实现了力和力矩平衡同步收敛.以光滑及粗糙表面下可倾瓦推力轴承流场求解为例,对比PID方法和传统方法,PID法编程便捷,计算效率高,同时能够反映可倾瓦推理轴承的刚度特性.考虑表面粗糙度时,PID法能够求解传统方法不收敛的问题.

刚性和弹性支撑可倾瓦推力轴承稳态特性分析

建立刚性球头支撑和弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承热弹流耦合模型;在弹性橡胶垫支撑可倾瓦推力轴承橡胶垫的弹性变形分析中采用了变形协调矩阵方法,以协调匹配橡胶垫变形和水膜厚度分布,同时在搜索稳态解的过程中引入模拟退火算法;基于变分原理求解Reynolds方程,得到了轴承水膜压力分布,并比较2种推力轴承在转子存在角不对中时的静特性。结果表明:理想工况下,刚、弹支可倾瓦推力轴承稳态特性没有明显区别;当转子存在不对中时,刚性球头支撑可倾瓦轴承在不同瓦块之间受力偏载严重,进而导致瓦面最小水膜厚度过小,瓦块容易出现磨损,而弹性支撑瓦不同瓦块之间水膜力分布更均匀,利于轴承的长期可靠运行。