卧式水轮发电机组导轴承的润滑特性研究

摘要

本论文以研究卧式水电机组导轴承润滑特性和开发卧式水电机组重载导轴承结构为目标。通过建立导轴承油膜的三维数学模型，利用有限差分法联立求解了膜厚方程、雷诺方程、密度方程、粘度方程、能量方程和固体热传导方程等方程，获得了圆柱形导轴承在稳态条件下的热流润滑特性，开发了圆柱形导轴承热流润滑性能分析软件，并对软件的可靠性进行了验证。
　　依托开发的圆柱形导轴承热流润滑性能分析软件，分析了导轴承间隙比、轴瓦长宽比等结构特征参数对润滑特性的影响，结果表明，随着间隙比的减小，轴承动压承载区域增大、油膜温升减小、轴颈稳态偏位角增大;在保持平均名义面压不变的前提下，随着长宽比的增大，轴承的最大油膜压力下降、轴颈偏心量减小、偏位角增大。
　　利用双简支梁模型计算了卧式水电机组转轴的挠度，将挠度对润滑特性的影响反映至轴承油膜厚度计算中;另外，基于ANSYS软件，将圆柱形导轴承热流润滑性能分析软件所得的结果作为轴瓦热弹变形计算用的负荷条件，计算了轴瓦的热弹变形，然后利用间接耦合的方法实现了圆柱形导轴承的热弹流特性计算。分析了计入轴瓦热弹变形和轴颈挠度后的导轴承热弹流性能，比较了导轴承热流润滑特性与对应的热弹流润滑特性的区别。
　　设计了一种局部多油楔的导轴承结构，研究了该型导轴承与对应的圆柱形导轴承在热流润滑性能上的区别。结果表明，相比于圆柱形导轴承，局部多油楔结构导轴承可以使导轴承的动压承载区域增大、油膜温升减小、轴承承载能力提高。通过对不同局部多油楔结构导轴承热流润滑特性的分析对比，获得了最佳的局部多油楔结构。并推算了在极限承载能力下，该局部多油楔导轴承的最大允许面压。
　　研究了表面织构对导轴承承载能力的影响，结果表明，在一定范围内，织构分布密度和织构深径比增大能够提高导轴承承载能力;不同织构形状对轴承承载能力的影响不同。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题的目的与意义

1．2 径向滑动轴承润滑研究综述

1．2．1 弹流润滑数值解及特性分析

1．2．2 重载导轴承结构开发

1．2．3 表面织构对润滑特性的影响

1．3 本论文的主要研究内容

2 圆柱形导轴承润滑特性研究

2．1 数学模型及本构方程

2．1．1 基本假设

2．1．2 本构方程

2．1．3 无量纲化

2．1．4 方程的离散化

2．1．5 程序的流程

2．2 案例分析

2．3 各参数对导轴承热流润滑特性的影响

2．3．1 间隙比对润滑特性的影响

2．3．2 宽径比对特性的影响

2．3．3 转速对润滑特性的影响

2．3．4 冷热油混合系数对特性的影响

2．3．5 供油压力对润滑特性的影响

2．3．6 润滑油牌号对润滑特性对影响

2．4 本章小结

3 导轴承热弹流特性分析程序的开发

3．1 基本假设

3．2 转轴相对挠度的计算

3．2．1 转轴绝对挠度的计算

3．2．2 导轴瓦安装斜度对相对挠度的影响

3．2．3 轴颈挠度对油膜厚度的影响

3．3 导轴瓦热弹变形计算

3．4 迭代计算流程

3．5 案例分析

3．6 本章小结

4 重载导轴承润滑特性分析

4．1 重载导轴承的几个主要开发方向

4．2 局部多油楔瓦面结构的设计

4．3 案例分析及特性对比

4．4 局部多油楔形结构参数对润滑特性的影响

4．5 局部多油楔导轴承最大许用面压的推算

4．6 本章小结

5 表面织构对润滑特性的影响

5．1 基本假设

5．2 球冠形织构对导轴承润滑特性的影响

5．2．1 导轴承的数学模型及本构方程

5．2．2 案例计算

5．2．3 球冠形织构特征参数对润滑特性的影响

5．3 圆锥形织构对导轴承润滑特性的影响

5．3．1 导轴承油膜厚度方程

5．3．2 案例计算

5．3．3 圆锥形形织构特征参数对润滑特性的影响

5．4 不同织构型式对承载能力的影响

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 本课题的研究成果

6．2 本课题的进一步研究方向

参考文献

作者简历