【摘要】：氧氣壓縮機(jī)做為一種把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氧氣壓力能的動(dòng)力裝置,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的非常廣泛,而其過(guò)大的功率消耗已成為大家關(guān)注的問(wèn)題。在氧氣壓縮機(jī)總的功率消耗中占主要部分的是主軸的摩擦功耗,現(xiàn)有氧壓機(jī)的主軸支撐主要使用剖分式的滑動(dòng)軸承,由于主軸與滑動(dòng)軸承的配合面基本處于混合摩擦或邊界摩擦的工作狀態(tài),產(chǎn)生很大摩擦功耗,并且降低了軸承的使用壽命。而靜壓軸承憑借著它運(yùn)動(dòng)精度高、摩擦系數(shù)和驅(qū)動(dòng)功率低、工作壽命長(zhǎng)、良好的穩(wěn)定性等特點(diǎn),能夠很好的解決此問(wèn)題。 本文通過(guò)對(duì)曲軸用剖分式靜壓軸承結(jié)構(gòu)和節(jié)流方式的設(shè)計(jì),對(duì)某大型氧氣壓縮機(jī)滑動(dòng)軸承的改造進(jìn)行研究。首先根據(jù)氧氣壓縮機(jī)的曲軸結(jié)構(gòu),確定了靜壓軸承的基本結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù),由于空間限制確定了獨(dú)特的小孔節(jié)流方式,分析了小孔直徑的變化對(duì)靜壓軸承的設(shè)計(jì)間隙、軸承剛度和摩擦功耗的影響。接著,在相同設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上,計(jì)算比較了滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承和靜壓軸承三種軸承的摩擦功耗。然后,應(yīng)用有限元軟件ANSYS/CFX,建立了靜壓油膜的模型,在同等邊界條件下基于有限體積法對(duì)油膜的流場(chǎng)進(jìn)行仿真分析,通過(guò)改變軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況參數(shù),計(jì)算分析了油膜壓力分布和流線速度分布。最后,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,模擬靜壓軸承薄壁小孔,通過(guò)改變孔徑和小孔長(zhǎng)度,分析了孔徑和長(zhǎng)度對(duì)通過(guò)小孔流量的影響,使小孔節(jié)流的設(shè)計(jì)計(jì)算更加精確。 根據(jù)分析結(jié)果,得出對(duì)于形如曲軸這樣的復(fù)雜支承結(jié)構(gòu),采用小孔節(jié)流器形式,不僅在結(jié)構(gòu)上易于實(shí)現(xiàn),同時(shí),只要設(shè)計(jì)得當(dāng),仍可獲得潤(rùn)滑、剛度等良好的性能。計(jì)算分析節(jié)流器小孔直徑與摩擦功耗以及支承剛度之間的關(guān)系,得到了最佳的小孔直徑。不僅可以得到較高的支承剛度,而且摩擦功耗也較小。通過(guò)對(duì)滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承和靜壓軸承摩擦功耗的計(jì)算,得出了靜壓軸承是三種形式支承中摩擦功耗最小的結(jié)論,為靜壓軸承取代滑動(dòng)軸承提供了重要依據(jù)。在同樣邊界條件及求解參數(shù)的情況下,直徑小的油膜壓力比直徑大的油膜壓力大,即小直徑的小孔承載能力比大直徑的小孔承載能力大。流量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了,小孔節(jié)流形式軸承油腔的流量不僅與小孔直徑有關(guān),同時(shí)小孔的長(zhǎng)度也對(duì)其有重要的影響。
【圖文】：

1.2 靜壓軸承的工作原理靜壓軸承是依靠外部供油系統(tǒng)，供給具有一定流量的壓力油而建立壓力油膜，靠液體的靜壓承受外加載荷，并保持主軸在預(yù)定載荷和任意轉(zhuǎn)速下，都與軸承處于完全液體摩擦狀態(tài)的液體滑動(dòng)軸承。它利用專用的供油裝置，將具有一定壓力的潤(rùn)滑油送到軸承的靜壓腔內(nèi)，形成具有壓力的潤(rùn)滑油層，利用靜壓腔之間的壓力差，形成靜壓軸承的承載力，將軸承主軸浮升并承受外載荷。靜壓軸承工作原理如圖 1-1 所示。高壓油經(jīng)節(jié)流器進(jìn)入油腔，節(jié)流器是用來(lái)保持油膜穩(wěn)定性的。當(dāng)軸承載荷為零時(shí)，軸頸與軸孔同心，各油腔的油壓彼此相等。當(dāng)軸承承受載荷 F 時(shí)，軸頸偏移，上、下油腔附近的間隙不同，下油腔的油膜減薄，流量減小，因此下油腔節(jié)流器的流量也減小，節(jié)流器中的壓力損失也減�。灰蛴捅玫倪M(jìn)油壓力保持不變，所以下油腔中的壓力將增大，上油腔的壓力將減小，，軸承依靠這個(gè)壓力差平衡載荷 F。由此可見(jiàn)，靜壓軸承的剛度相當(dāng)大，當(dāng)外載荷有所變動(dòng)時(shí)，軸承的回轉(zhuǎn)中心可基本保持不變，回轉(zhuǎn)精度高[9]。

圖 1-2 某大型氧氣壓縮機(jī)Fig.1-2 Large scale oxygen compressor 選題意義采用靜壓軸承作為氧氣壓縮機(jī)曲軸的支承軸承至今未見(jiàn)報(bào)道，通過(guò)結(jié)構(gòu)論分析，建立一套完整的靜壓軸承在曲軸支承中的應(yīng)用理論，具有很高義和實(shí)用價(jià)值。不僅可以減少摩擦功耗、提高設(shè)備使用壽命，還可以為企業(yè)節(jié)約成本，，同時(shí)為曲軸類機(jī)械提供新的支承形式。在分析了小孔節(jié)流靜壓軸承的小孔直徑對(duì)軸承各個(gè)性能參數(shù)影響的基礎(chǔ)了在小孔直徑選擇適當(dāng)數(shù)值時(shí)，不僅可獲得較大的承載能力、油膜剛度有較小的摩擦功耗。對(duì)靜壓軸承的油膜壓力分布及流場(chǎng)分布的仿真分析供油壓力對(duì)靜壓軸承性能的影響進(jìn)行分析，為靜壓軸承能夠成功應(yīng)用于機(jī)提供了必要的依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH133.36

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2623354