水轮机推力轴承润滑性能分析

论文摘要

推力轴承作为水轮发电机关键部件之一,直接关系到发电机的寿命和运行的可靠性,尤其是它的润滑性能备受关注。传统的分析大多是在假设轴瓦为刚性的前提下进行轴承的研究和设计,忽略了弹性变形对润滑性能的影响。而且,对分析计算软件并没有过多的进行研究。本文针对上述问题,在润滑分析中考虑了弹性变形的影响,从理论出发对推力轴承热弹性流体润滑进行了研究,建立了更为准确的润滑性能分析式,可以更精确的计算其润滑性能。设计开发了一套推力轴承润滑性能分析软件,方便了使用者的计算。论文主要进行了以下方面的工作:1、以解决推力轴承润滑性能问题为目标,从摩擦学的概念出发,研究了推力轴承润滑的基本理论,并就此建立了基本的润滑数学模型。联立求解了雷诺方程、能量方程、粘温方程和油膜厚度方程,描述了润滑的基本特征。2、考虑了弹性变形对润滑性能的影响。通过仿真计算对轴承的弹性变形进行了分析,在润滑分析中加入弹性变形的影响,使润滑性能分析更加准确。3、利用Visual Basic语言编写润滑计算程序。讨论了有限元分析软件的参数化问题,将ANSYS计算弹性变形的过程也包含在计算程序中。利用该程序可解出推力轴承的润滑性能,即压力场与温度场的分布。借助软件输入参数可变的优点分析了主要参数对润滑性能的影响情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题背景及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 推力轴承润滑理论研究发展历史
• 1.3.2 推力轴承润滑理论研究
• 1.4 课题来源与主要研究内容
• 第二章 推力轴承的基本理论
• 2.1 大型水轮发电机推力轴承的支撑结构
• 2.1.1 刚性支撑
• 2.1.2 弹性油箱支撑
• 2.1.3 弹簧簇支撑
• 2.1.4 双支点弹性支撑
• 2.1.5 橡胶垫支撑
• 2.1.6 弹性盘支撑
• 2.2 大型水轮发电机推力轴承的物理特性
• 2.3 润滑理论的基本问题
• 2.3.1 摩擦学的定义
• 2.3.2 润滑
• 2.3.3 流体润滑
• 2.3.4 弹性流体动力润滑
• 2.4 润滑研究的基本问题
• 2.4.1 润滑油的性能
• 2.4.2 润滑油性能与温度和压力的关系
• 2.4.3 润滑问题的基本研究公式
• 2.5 本章小结
• 第三章 推力轴承弹性流体动力润滑性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 数学模型的建立
• 3.2.1 雷诺（Reynolds）方程及边界条件
• 3.2.2 油膜厚度方程
• 3.2.3 能量方程及其边界条件
• 3.2.4 粘温方程
• 3.3 数学模型的无量纲化
• 3.3.1 雷诺方程（Reynolds）无量纲形式
• 3.3.2 油膜厚度方程的无量纲化
• 3.3.3 能量方程无量纲化
• 3.3.4 粘温方程无量纲化
• 3.4 计算方法——无量纲方程的数值求解
• 3.4.1 雷诺（Reynolds）方程的有限差分法
• 3.4.2 能量方程的有限差分方程
• 3.5 弹性变形的计算
• 3.5.1 瓦块弹性变形求解
• 3.5.2 瓦块弹性变形结果
• 3.6 本章总结
• 第四章 计算系统实现
• 4.1 引言
• 4.2 ANSYS参数化分析
• 4.2.1 参数化有限元概述
• 4.2.2 ANSYS的参数化语言（APDL）
• 4.2.3 系统的接口
• 4.2.4 Visual Basic对ANSYS运行的控制
• 4.3 计算系统
• 4.4 本章总结
• 第五章 计算实例
• 5.1 引言
• 5.2 计算参数的选择
• 5.3 油膜性能分布图
• 5.3.1 压力场分布
• 5.3.2 温度场分布
• 5.3.3 油膜厚度分布
• 5.4 主要参数对轴承的影响
• 5.4.1 转速对润滑性能的影响
• 5.4.2 轴瓦倾斜比例对润滑的影响
• 5.4.3 初始油膜厚度对润滑性能的影响
• 5.4.4 参数分析结论
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢