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湍流润滑动静压气体径向滑动轴承性能研究

湍流润滑动静压气体径向滑动轴承性能研究

作者：汲腾龙昆明理工大学

学位级别：硕士

气体润滑轴承因为其具有高转速、高精度、功耗低、寿命长等特点广泛应用于航空、电子、医疗、国防等行业的精密甚至高精密机械中,动静压气体径向滑动轴承是把静压轴承和动压轴承巧妙地的结合在一起的一种轴承,它既具有两者的优点,又能... 详细信息

气体润滑轴承因为其具有高转速、高精度、功耗低、寿命长等特点广泛应用于航空、电子、医疗、国防等行业的精密甚至高精密机械中,动静压气体径向滑动轴承是把静压轴承和动压轴承巧妙地的结合在一起的一种轴承,它既具有两者的优点,又能避开两者的缺点。对于高转速、大直径动静压气体径向滑动轴承而言,轴承间隙气膜的流体状态可能出现湍流。本文以动静压气体径向滑动轴承为研究对象,分别对层流润滑和湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的动静态性能进行研究,以期尽可能的得到接近实际的计算结果,得到最佳性能下的工况参数及结构参数,从而为湍流润滑气体径向滑动轴承的进一步研究及实际应用提供理论依据和实际参考价值。(1)本文总结了动静压轴承流体层流与湍流运动状态判断依据;(2)将气体考虑为理想气体,建立了湍流润滑气体径向滑动轴承的数学模型,将湍流影响系数引入可压缩流体雷诺方程。(3)基于有限差分方法,用MATLAB软件求解可压缩气体雷诺方程和引入湍流因子的改良可压缩雷诺方程,分析动静压气体径向滑动轴承的动静态特性。结果表明:连续性狭缝层流润滑和湍流润滑动静压气体径向滑动轴承的静态特性优于非连续性狭缝;偏心率、长径比、转速、供气压力对轴承静态性能的影响显著:偏心率、转速和供气压力对轴承动态性能影响显著;较大的偏心率和较高的转速都能使层流润滑和湍流润滑动静压气体径向滑动轴承具有较好的动态性能。(4)利用Fluent软件对选用k-ε湍流模型的动静压气体径向滑动轴承进行模拟计算。结果表明:采用两种方法所得的计算结果偏差较小,表明求解可压缩气体雷诺方程和引入湍流因子的改良可压缩雷诺方程的方法适用,侧面验证了计算结果。本文研究结果显示,对于湍流润滑动静压气体径向滑动轴承而言,当轴承长径比L/D≥0.7时非连续性狭缝轴承静态刚度大于连续性狭缝轴承,兼顾轴承的动态特性,湍流润滑动静压气体径向滑动轴承转速在40000rpm～56000rpm为宜,偏心率在0.3≤ε≤0.6较好,槽数为6～12个为最佳,长径比选择1.8～2.2为最佳。

关键词：动静压气体径向滑动轴承湍流润滑气体润滑静态特性动态特性

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径向滑动轴承层流与湍流润滑特性研究

径向滑动轴承层流与湍流润滑特性研究

作者：彭龙龙浙江大学

学位级别：硕士

随着经济的发展与科技的进步,我国对电力的需求也越来越大。现今国内电力的主要来源是火力发电和水力发电,由于火力发电不符合国家可持续发展战略,水利发电得到了国家的大力支持。水轮机是水利发电的核心部件,水轮机的滑动轴承润滑特性... 详细信息

随着经济的发展与科技的进步,我国对电力的需求也越来越大。现今国内电力的主要来源是火力发电和水力发电,由于火力发电不符合国家可持续发展战略,水利发电得到了国家的大力支持。水轮机是水利发电的核心部件,水轮机的滑动轴承润滑特性是众多学者一直研究课题。对于水轮机轴承,水的侵入是不可避免的,因此研究油水混合润滑具有重要的工程意义;同时通过主动设计表面织构提高滑动轴承承载能力和稳定性,对提高水轮机轴承性能也具有重要的意义。论文第一部分绪论介绍了水轮机轴承研发设计的工程背景,以及研究油水混合润滑和表面织构对径向滑动轴承润滑性能影响的工程意义。总结了主要的混合液粘度模型的发展历程,对国内外关于表面织构在润滑上的影响研究进行了综述,归纳了至今主要的湍流润滑模型,并比较了它们的优缺点。最后简述了本文的主要研究内容。第二部分实验研究了油水混合液的粘度特性,测试不同含水量油水混合液在不同温度下的粘度值,拟合得到水含量、温度和混合物粘度三者间的关系函数。建立了五瓦可倾瓦径向滑动轴承瞬态热弹流润滑的数学模型,用Fortran软件编程计算了在油水混合液润滑下滑动轴承润滑性能,研究了在不同水含量下,轴承轴心轨迹变化情况,以及轴承达到平衡位置时轴承的液膜厚度、液膜压力、瓦面温度等特性。第三部分研究了初始条件(初始载荷、初始转速和初始温度)对启动阶段和稳定阶段轴承润滑性能影响,以及突变载荷对液膜压力、温度和厚度的影响,总结其变化规律,分析轴承启动阶段发生故障的原因。第四部分主动设计表面织构以提高径向滑动轴承承载性能。基于RNG λ-ε湍流理论,用Fluent软件模拟计算了在水润滑下轴瓦表面加工不同形状表面织构对轴承承载能力和湍流特性的影响。研究了织构的尺寸、分布位置以及边尺寸等特性对轴承湍流特性的影响。第五部分利用Fluent软件中的UDF编译器定了一种新的油水混合液流体介质,这种新介质的物理特性参照之前研究的油水混合液进行设置,并将其代入到第四部分的轴承模型中进行润滑特性分析,研究了在油水混合液润滑下,表面织构形状、轴承转速和水含量对轴承承载能力和湍流特性的影响。第六部分是总结与展望,首先是介绍了本文的主要研究工作和结论,然后是提出了今后需要进一步研究的内容和方向。

关键词：水轮机径向滑动轴承油水混合润滑表面织构瞬态特性湍流润滑

表面织构对油水混合液润滑轴承湍流润滑性能的影响

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润滑与密封 2015年第11期40卷 30-34页

作者：彭龙龙汪久根彭娟娟洪玉芳浙江大学机械工程学系浙江杭州310027 武汉电力职业技术学院湖北武汉430079

基于湍流理论,利用Fluent软件研究表面织构对油水两相流体润滑下径向滑动轴承液膜压力、承载能力以及湍流动能的影响,比较织构形状、轴承转速和水含量对轴承湍流润滑性能的影响。研究表明:复杂形状织构加剧了液膜的湍流流动,导致更大的... 详细信息

基于湍流理论,利用Fluent软件研究表面织构对油水两相流体润滑下径向滑动轴承液膜压力、承载能力以及湍流动能的影响,比较织构形状、轴承转速和水含量对轴承湍流润滑性能的影响。研究表明:复杂形状织构加剧了液膜的湍流流动,导致更大的湍流动能,提高了液膜压力和承载力;随着轴承转速的增高,轴承承载能力呈线性增加;随着润滑油中含水量的增加,油膜压力增大,承载能力增大。

关键词：表面织构湍流润滑油水混合径向滑动轴承承载能力

表面织构对水润滑径向滑动轴承湍流特性的影响

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润滑与密封 2016年第2期41卷 1-7页

作者：彭龙龙汪久根彭娟娟洪玉芳浙江大学机械工程学系浙江杭州310027 武汉电力职业技术学院湖北武汉430079

基于湍流理论,采用RNG k-ε湍流模型,研究水润滑径向滑动轴承轴瓦表面加工织构凹坑对轴承水膜压力、承载能力和湍流特性的影响,比较织构形状、分布位置、多尺度以及尺寸参数对轴承润滑性能的影响。结果表明:复杂形状织构加剧了水膜的湍... 详细信息

基于湍流理论,采用RNG k-ε湍流模型,研究水润滑径向滑动轴承轴瓦表面加工织构凹坑对轴承水膜压力、承载能力和湍流特性的影响,比较织构形状、分布位置、多尺度以及尺寸参数对轴承润滑性能的影响。结果表明:复杂形状织构加剧了水膜的湍流流动,导致更大的湍流动能,提高了水膜压力和承载力;织构棱边、尖角越多,越易形成二次涡;轴承收敛楔形入口处织构降低轴承承载能力,出口处织构提高承载力,且越靠近出口提升效果越明显;织构轴向尺寸与周向尺寸之比对轴承承载能力影响明显,并且存在最佳比值。

关键词：径向滑动轴承表面织构湍流润滑水润滑承载能力

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湍流效应对干气密封性能影响的研究进展

润滑与密封 2023年第8期48卷 188-195页

作者：丁雪兴蒋海涛徐洁严如奇丁俊华兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050

在干气密封的理论研究与设计计算过程中,一般都是基于层流流动假设下进行的,但随着密封运行工况渐趋于高参数化、工艺介质多相化,在高参数、极端复杂工况下时流体会处于湍流流动状态,传统的层流流动理论就变得不再适用,因此在干气密封... 详细信息

在干气密封的理论研究与设计计算过程中,一般都是基于层流流动假设下进行的,但随着密封运行工况渐趋于高参数化、工艺介质多相化,在高参数、极端复杂工况下时流体会处于湍流流动状态,传统的层流流动理论就变得不再适用,因此在干气密封的理论设计与研究中就需要考虑润滑气体的湍流效应。总结现今应用较为广泛的3种湍流润滑模型,即Constantinescu模型、Ng-Pan-Elrod模型和Hirs模型,并介绍各模型的理论基础与适用范围。对湍流润滑方程及其在不同模型下的湍流系数表达式进行说明,综述考虑湍流效应对干气密封稳、动态性能影响的国内外研究进展。

关键词：干气密封湍流润滑密封性能湍流效应动态性能

计算流体润滑频变动力学特性的一种完整变量扰动偏导数法

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振动与冲击 2022年第20期41卷 68-77页

作者：毕春晓韩东江杨金福中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

高速旋转机械使用工质流体润滑轴承既能彻底避免工质被油污染,又降低密封技术难度同时简化轴系结构以提高轴系动力学性能。然而特种参数下流体有着复杂的热物性,从而带来润滑膜的湍流、真实气体可压缩流动等多种附加效应。该研究从一般... 详细信息

高速旋转机械使用工质流体润滑轴承既能彻底避免工质被油污染,又降低密封技术难度同时简化轴系结构以提高轴系动力学性能。然而特种参数下流体有着复杂的热物性,从而带来润滑膜的湍流、真实气体可压缩流动等多种附加效应。该研究从一般形式的可压缩湍流润滑雷诺方程出发,通过建立动态映射关系给出一种不局限于特定润滑流体或热物性模型的轴承静动特性分析通用方法,即完整变量扰动的偏导数法。该方法适用于具有附加效应的轴承与密封的频变动力学特性计算,能够统一处理结构扰动和润滑膜可压缩性带来动力学系数的频率效应。结合有限增量法,验证了完整变量扰动方法的准确性,并给出该方法应用于超临界二氧化碳、油润滑高速可倾瓦轴承动力学系数求解的案例。结果表明,忽略压力和膜厚以外的扰动变量将导致动力学系数明显偏大,该算例中刚度和阻尼系数的最大偏差分别为88%和93%。

关键词：润滑介质真实气体效应扰动频率完整变量扰动湍流润滑

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不同流态下织构化动压滑动轴承润滑特性研究

机床与液压 2023年第17期51卷 190-196页

作者：吴舟赵建新毛亚洲安阳职业技术学院机电工程系河南安阳455000 河南工程学院机械工程学院河南郑州451191

为了探究不同流态下动压滑动轴承润滑及承载特性,以织构化动压滑动轴承为研究对象,基于Ng-Pan湍流润滑理论,建立不同流态下织构化动压滑动轴承润滑模型,分析润滑油流态、微织构以及轴承结构参数对动压滑动轴承油膜压力以及承载力的影响... 详细信息

为了探究不同流态下动压滑动轴承润滑及承载特性,以织构化动压滑动轴承为研究对象,基于Ng-Pan湍流润滑理论,建立不同流态下织构化动压滑动轴承润滑模型,分析润滑油流态、微织构以及轴承结构参数对动压滑动轴承油膜压力以及承载力的影响。研究表明:湍流流态能够有效地提高织构化动压滑动轴承的油膜压力,临界雷诺数随间隙比的增加而减小,随偏心率的增加而增大;不同流态下织构化轴承承载力随坑径与膜厚的增加而逐渐减小,随间距的增加呈现波动变化,随转速、偏心率与长径比的增加而增加,且湍流流态的承载远高于层流流态。

关键词：流态织构化轴承湍流润滑润滑特性

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部分锥度环状间隙短密封动力特性计算分析

润滑与密封 2004年第3期29卷 71-75页

作者：张新敏夏延秋赵清冯欣沈阳工业大学沈阳110023

根据Hirs湍流润滑理论提出了一种计算部分锥度环状间隙短密封压力场及动力特性系数的方法。密封中的周向流动和轴向流动均假设为湍流状态。对Hirs湍流润滑方程的求解采用摄动法 ,由相应的零阶近似方程可求得稳态周向速度分布 ,压力分布... 详细信息

根据Hirs湍流润滑理论提出了一种计算部分锥度环状间隙短密封压力场及动力特性系数的方法。密封中的周向流动和轴向流动均假设为湍流状态。对Hirs湍流润滑方程的求解采用摄动法 ,由相应的零阶近似方程可求得稳态周向速度分布 ,压力分布及密封泄漏量 ;对短密封作类似于计算短轴承的处理 ,使一阶近似方程得到适当简化 ,方程的解给出扰动压力的表达式 ,对其进行数值积分便可确定各个动力系数。针对计算中出现的锥度变化处未知量对轴向坐标导数不连续问题提出了相应的解决措施。计算结果与现有实验结果比较一致。通过实例计算分析了全锥度密封在不同磨损程度下动力特性系数的变化情况。

关键词：密封湍流润滑动力特性系数泵摄动法

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高速低黏润滑剂滑动轴承热流体动力润滑分析

高速低黏润滑剂滑动轴承热流体动力润滑分析

作者：徐志豪合肥工业大学

学位级别：硕士

本文基于湍流润滑理论,构建高速低黏度润滑剂工况下的滑动轴承润滑分析模型,对其进行热流体动力润滑分析,主要研究热效应对高速低黏度润滑剂滑动轴承润滑性能的影响。使用质量守恒算法联立求解基于湍流润滑理论的Reynolds方程、能量方... 详细信息

本文基于湍流润滑理论,构建高速低黏度润滑剂工况下的滑动轴承润滑分析模型,对其进行热流体动力润滑分析,主要研究热效应对高速低黏度润滑剂滑动轴承润滑性能的影响。使用质量守恒算法联立求解基于湍流润滑理论的Reynolds方程、能量方程、固体热传导方程以及润滑剂黏温方程的方法,对滑动轴承进行热流体动力润滑分析。给出了不同转速不同偏心率下轴承油膜压力分布图,详细分析了油膜承载力、最大油膜压力、端泄流量以及摩擦力和摩擦系数等参数随转速与偏心率的变化情况,对使用润滑剂定温不考虑热效应和润滑剂黏温方程考虑热效应时的计算结果比较得出:考虑热效应会降低润滑剂黏度的取值,对滑动轴承的润滑性能影响显著。使用有限元软件ANSYS对所研究的滑动轴承进行建模求解,得到求解热变形的热柔度矩阵,改进了求解油膜厚度的方法,对滑动轴承进行计及热变形的热流体动力润滑分析,给出了不同转速下轴承油膜压力分布图,详细分析了最大油膜压力、最小油膜厚度、端泄流量以及摩擦力和摩擦系数等参数随转速的变化情况,对不考虑热变形和考虑热变形的计算结果比较得出:计及热变形因素会降低油膜厚度的取值,对滑动轴承的润滑性能影响显著。

关键词：滑动轴承湍流润滑热效应热变形