I緒論

潤滑性能是評價滑動軸承好壞的主要標準,潤滑液的粘度、密度、導熱系數以及比熱等物理特性直接影響著軸承的滴滑性能。對于水輪機軸承,潤滑油中水的侵入是不可避免的。水的加入對潤滑油的粘度、密度等物理特性都有很大的影響,研究油水混合液物理特性的變化規(guī)律對分析水的加入對滑動軸承潤滑性能的影響具有重要意義。在研究水對潤滑油性能影響的同時,軸承溫度對軸承潤滑性能的影響也是不可忽略的,因為溫度不僅對潤滑液枯度、密度等物理特性有影響,同時對軸承軸瓦的熱變形也是用較大影響,不可忽略。在以往的軸承淘滑性能研究中,研究者多假設擱滑油的物理參數,如粘度、密度等為常數,或假設粘度是溫度的函數。在本文研究中需考慮另一種介質一水,對潤滑油物理特性的影響,油水兩種介質的混合,其物理特性由兩者共同決定,其主要性能指標一一粘度,與油水混合的比例以及軸承工作溫度都有很大關系。研究油水混合液的物理特性對研究水污染徑向滑動軸承的潤滑特性具有重要意義。
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2水的加入對徑向滑動軸承潤滑特性的影響

2.1前言

水有許多優(yōu)于油的熱學特性,然而水在軸承中的應用仍然受到一定限制。對于水輪機上的滑動軸承而言,潤滑油中水的存在或產生是不可避免的,工作環(huán)境中的水滲入到潤滑油中,或潤滑油從空氣中吸收水蒸氣,或自身的水分。以往,油中水的存在被認為是具有極大危害的,許些研究表明軸承中水的存在易導致一些不利的影響,如水污染易導致軸承生繡,或產生"氯脆"現象,甚至導致水和油發(fā)生化學反應,從而對軸承潤滑性能產生負面影響。但是研究表明水的加入并不總是不利于軸承潤滑性能的改善,水在油中存在的形式直接影響軸承的潤滑性能,水的存在對軸承潤滑有長期影響和短期影響。本文通過試驗測量不同含水量油水混合液的粘度值,研究油水混合液的粘度值、水含量和混合液溫度三者間的關系,最后根據試驗數據擬合三者間的函數關建立五質可傾瓦徑向滑動軸承物理模型,推導軸承瞬態(tài)熱彈流動壓潤滑方程,主要包括瞬態(tài)雷諾方程、瞬態(tài)能量方程和瞬態(tài)固體熱傳導方程,并對相關方程做無量綱化和離散化處理:用Fortran軟件編寫程序,計算不同含水量油水源合液潤滑下滑動軸承的瞬態(tài)熱彈流潤滑特性,比較^純油與油水混合液對軸承潤滑性能,如液膜壓力、液膜溫度、液膜厚度等的影響,研究不同比例油水混合液潤滑時軸承最小液膜厚度和最大液膜壓力的變化規(guī)律。

2.2油水浪合物的粘度特性

人們在油水混合液粘度特性上已做了大量的研究。MacDona等研究表明水的存在易導致軸承生繡從而影響其潤滑性能。Schatzberg和Felsen表明水污染致使軸承產生"氨脆"現象,從而損傷軸承性能。Eachuq總結了水污染對軸承潤滑的影響,指出水污染降低了潤滑能為,如降低了有效粘度,同時他提到水與油發(fā)生化學反應致使?jié)櫥芰档�。然而Sadeghi等通過用鋼球與玻璃盤接觸測量純油和油水混合液潤滑下的液膜厚度,用鋼球與鋼盤接觸測量純油和油水混合物潤滑下的摩擦為矩,他們的實驗表明:在重載情況下,油水混合物與純袖的潤滑特性在本質上相同,原因是在流體進入接觸區(qū)前,水已被擠壓出去。之后,Harika等通過實驗證明油中含水能在短期內明顯增大液膜粘度,并建立了一種油水混合物粘度模型。

3初始條件與突變載荷的影響..........37

3.1前言.........37
3.2數學模型..............37
3.3案例分析................40
3.4本章小結........48
4表面織構對軸承端流潤滑性能的影響........49
4.1前言.......49
4.2表面織構設計.......50
4.3基于Gambit軟件的織構網格劃分.........52
4.4基于Fluent軟件的滿流模型建立.......55
4.5計算結果與分析...59
4.6本章小結.......67
5油水混合液對織構軸承潤滑性能的影響.......69
5.1前言.....69
5.2模型建立....69
5.3基于Fhient軟件建立油水漏合潤滑模型......70
5.4計算案例與分析....73
5.5本章小結.....79

5油水混合究液織構軸承潤滑性能的影響

5.1前言

第4章討論的表面織構對軸承承載能力和渝流特性的影響是水作為潤滑介質,然而對于水輪化,其軸承多采用油潤滑,同時考慮到水輪化軸承運行過程中水的加入是不可避免的,因此研究油水混合液作為潤滑介質對加工有表面織構的滑動軸承潤滑性能的影響具有較強的工程意義。本文擬基于端流理論利用Fluent軟件研究表面織構對軸承潤滑的影響,分析油水混合液潤滑下軸承的端流特性,比較織構形狀,軸承轉速以及混合液含水量對軸承端流持性和承載能力的影響。

5.2模型建立

油和水兩種液體混合形成新的混合液,由前面的實驗可知,當油水均勻混合在一起時,可認為混合液為均勻混合介質,通過實驗測試不同含水量油水混合液在不同溫度下漏合液的粘度值,然后以Harika提出的粘度模型為基礎,結合實驗數據擬合含水量、溫度和混合液粘度值蘭者間的函數關系。同時水的加入對潤滑油密度、導熱系數和比熱的影響也不能忽略,本文引用文獻[32]給出了混合液的密度、導熱系數和比熱的數學模型。表5.1為通過Fluent軟件模擬計算得到的不同表面織構軸承的承載能力和最大端流動能,圖5.1光滑表面軸承軸頸表面液膜壓力分布圖,圖5.2是不同表面織構軸承軸頸表面液膜壓力分布圖。分析可得:表面織構能提高軸承承載能力,不同織構表面提升的程度不同,其中球形織構對承載能力提升最大,承載能力提高30%;軸瓦表面凹坑加劇了流體的端流流動,湍流動能變大,其中雪花織構的最大縮流動能最大,表明織構形狀越復雜,產生的瑞流越劇烈湍流的加劇致使軸承的承載能力提高。

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6總結與展望

本文主要完成工作:(1)闡述了研究水輪機徑向滑動軸承潤滑性能的工程意義,介紹了液液混合流體粘度模型的發(fā)展歷程,表面織構在摩擦學上的應用以及表面織構在軸承潤滑上的應用研充,綜述了潤滑模型的國內外研究進展。(2)實驗研究油水混合的液液混合流體的粘度特性,測試不同含水量油水混合液在不同溫度下的粘度值,擬合水含量、溫度和混合物粘度三者間的關系函數,同時研究了油水兩相流體粘度隨時間的變化特性以及水在油中的存在方式。(3)建立五拓可傾瓦徑向滑動軸承瞬態(tài)熱彈流潤滑的數學模型,包括瞬態(tài)雷諾方程、瞬態(tài)熱傳導方程以及瞬態(tài)能量方程,同時加入油水漏合液的粘度函數,及密度公式、導熱公式和比熱公式,用Fortran編程計算滑動軸承在油水混合液潤滑下啟動階段的瞬態(tài)潤滑性能。研究不同水含量下,軸承軌跡變化情況以及達到平衡位置時軸承油膜,流體壓力及溫度。(4)研究不同初始條件(究始載荷、初始轉速和初始溫度)下軸承啟動階段和穩(wěn)定階段的液膜壓力、液膜厚度、液膜溫度和軸也軌跡的變化規(guī)律,同時分析突變載荷對液膜壓為、溫度和厚度的瞬態(tài)影響。

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參考文獻（略）

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本文編號：54981