滑动轴承液膜空化机理与动力特性研究

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转子-滑动轴承系统广泛应用于石油化工、能源供应等领域的大型旋转机械,为了满足上述领域对大功率旋转机械的要求,转子-滑动轴承系统不断向高速化、长跨度、重载等方向发展,使该系统润滑失效或异常振动等时有发生,严重威胁着该类机械的长周期安全运行。为了解决上述问题,本文在国家自然科学基金(No.51506225)和山东省重点研发计划(No.2018GHY115018)的资助下,总结了滑动轴承润滑理论和动力特性的研究进展,并着重在以下几个方面开展了研究工作:首先,基于共轭换热和计算流体力学方法,建立了滑动轴承的热流体动压(CFD-THD)润滑模型,并采用本课题组提出的一种结构化动网格方法将上述模型拓展至瞬态润滑流场,进而获得了滑动轴承的线性与非线性油膜力模型。其次,针对滑动轴承液膜空化机理的研究不足,以滑动轴承的CFD-THD润滑模型为基础,建立了剪切空化、空气空化、蒸汽空化等多因素耦合下的滑动轴承液膜空化模型,并在不同润滑油粘度、转速、偏心率下分析了液膜空化对承载性能的影响规律和机理。结果表明,考虑剪切空化和空气空化后承载力下降,偏位角增加。再次,针对目前滑动轴承动力特性的研究不足,将前述剪切空化模型和联合空化模型同时嵌入滑动轴承的瞬态CFD-THD润滑模型中,并分析了液膜空化对动力特性系数、油膜力非线性和系统稳定性的影响。结果表明,采用不同空化模型可对动力特性系数产生明显影响,修正后空化模型计算的油膜力具有更强的非线性效应,基础空化模型对转子系统稳定性的预测更为保守。最后,设计搭建了高速转子-滑动轴承系统模拟性试验台,测试了不同长径比下的转子失稳转速,并与数值结果进行了对比。结果表明,试验测试结果与基于修正后空化模型的数值结果具有较好的一致性,说明修正后空化模型可以更准确的预测滑动轴承支撑下转子的稳定性。
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