离心压缩机推力轴承故障机理研究

论文摘要

离心压缩机广泛应用于石油石化、水利水电、化工冶金等流程工业,离心压缩机的安全运行对企业稳定、安全生产至关重要。离心压缩机故障受到人们广泛关注和研究,离心压缩机推力轴承故障是限制压缩机长时间运行的重要原因。典型的推力轴承故障是推力轴承由于轴向载荷过大,产生较大轴向位移,油膜破裂发生烧瓦,轴承破坏,压缩机被迫停机。基于以上原因,本文利用CFX-ANSYS流固耦合软件对离心压缩机推力轴承的故障机理进行研究,主要研究推力轴承的性能参数如：推力轴承的润滑油膜压力、润滑油膜温度及推力轴承的承载力与轴位移的关系。首先,本文建立了离心压缩机推力轴承的数学模型,其中包括其润滑油膜的雷诺方程、粘温方程、能量方程及膜厚方程等,了解了推力轴承的润滑机理。对所提出的数学模型列举了计算方法,最终本文选用流固耦合软件CFX-ANSYS的数值模拟计算方法对其进行分析。其次,本文采用流固耦合的方法计算离心压缩机推力轴承在不同转速下、不同油膜厚度下的性能参数,其中包括润滑油膜作用于轴承的的压力分布、润滑油膜的温度分布、推力瓦块的变形情况以及推力轴承的轴向承载能力和轴位移之间的关系。然后,利用实验室现有的透平压缩机进行了推力轴承的实验研究。在实验过程中,积极研究实验机理,然后搭建离心压缩机推力轴承试验台,详细制定实验步骤进行试验。实验研究了不同载荷工况下的推力轴承轴向载荷与轴向位移之间的关系。最后,基于原有实验台设计了多功能新型透平压缩机调控实验台。在设计新型试验台时,引入了电磁轴承、改进了注油腔室并对压缩机叶轮叶片进行了高效设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 离心压缩机简介
• 1.2.2 离心压缩机轴承
• 1.2.3 离心压缩机推力轴承故障
• 1.2.4 止推轴承的润滑机理
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.3.1 推力轴承发展历史
• 1.3.2 国内外对推力轴承的研究情况
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 离心压缩机推力轴承润滑理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 推力轴承润滑理论基本方程
• 2.2.1 连续性方程（Continuity equation）
• 2.2.2 动量守恒方程（Navier-Stokes equations）
• 2.2.3 能量守恒方程（Energy conservation equation）
• 2.3 数学模型的建立
• 2.3.1 推力轴承雷诺方程（Reynolds equation）的建立
• 2.3.2 粘度—温度方程
• 2.3.3 密度—温度方程
• 2.3.4 推力轴承能量方程的建立
• 2.3.5 油膜厚度方程
• 2.4 推力轴承性能参数的计算
• 2.5 推力轴承的求解方法简介
• 2.5.1 经验法
• 2.5.2 一般数值方法
• 2.5.3 计算流体力学的方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 推力轴承数值模拟计算
• 3.1 引言
• 3.2 CFD分析软件介绍
• 3.3 CFX软件物理模型简介
• 3.3.1 湍流物理模型
• 3.3.2 热传导模型
• 3.4 流固耦合算法简介
• 3.4.1 流固耦合简介
• 3.4.2 流固双向耦合基本方式
• 3.4.3 CFX-ANSYS流固耦合
• 3.5 计算实例
• 3.5.1 推力轴承模型的建立
• 3.5.2 模型网格划分
• 3.5.3 模型物理条件设置
• 3.5.4 MFX求解
• 3.6 计算结果分析
• 3.6.1 流场压力分布分析
• 3.6.2 瓦块收敛曲线及变形分析
• 3.6.3 流场温度分布分析
• 3.6.4 轴承承载力与油膜厚度关系分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 离心压缩机推力轴承实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验机理
• 4.3 试验系统的搭建
• 4.4 实验步骤
• 4.5 实验结果分析
• 4.5.1 推力轴承性能曲线
• 4.5.2 实验结论
• 4.6 本章小结
• 第五章 新压缩机实验台及轴承改进设计
• 5.1 原有实验系统简介
• 5.2 实验系统改进机理
• 5.2.1 电磁轴承简介
• 5.2.2 注油腔室简介
• 5.2.3 压缩机叶轮叶片设计
• 5.3 新实验系统简介
• 5.3.1 新实验台结构及主要参数
• 5.3.2 新实验台功能介绍
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介
• 北京化工大学