由该企业。希洛·科赫博士和。Abdelhakim Laabid
倾斜垫期刊轴承用于涡轮机械,如涡轮压缩机,涡轮齿轮,燃气轮机,和汽轮机。在过去的几十年里,通过增加功率密度,应用负载和速度同时增加。
为了克服保守操作的限制,可以通过一定的设计改进来降低油膜温度。采取这些一定的设计措施,防止热油的大部分从一个垫到达下一个垫,使新鲜的冷油和热油尽可能少混合。本文的重点是展示这些改进。仿真与计算相结合的概念可以对供油效率进行评价,使设计者能够对排油和注油进行优化。
1操作条件极限
倾斜垫轴承通常用于高速运行的转子,与多瓣轴承相比具有更高的稳定性,比水淹轴承在负载区域有更好的油分布。在负载和速度方面的限制是由最小润滑膜厚度和油膜和倾斜垫表面的最高温度给出的。
当比负荷和速度都大大高于上述值(见图1)时,表面温度最高会超过一个非允许值(例如130°C)。
如果其他边界条件,如转子质量和固有频率允许这样的措施,显著降低最高垫温是减少轴承和随后转子轴尺寸的一个重要选择。
2优化选项
根据当前应用程序调整设计特性是一种常见的做法。有如下几何选项:
•直径和宽度的大小
•pad数量
•垫块的几何形状
•其他几何参数,还有供油措施,如下所示:
润滑喷嘴的设计
•喷嘴数量
•喷嘴到轴的距离
•油量
•油压
有许多可能性来优化油供应在一个倾斜垫轴承。例如,效率的提高是通过提供更多的冷油或当冷油被引导到最高负荷区域或轴承的最热点。,可防止热油进入后续倾斜垫与轴之间的间隙。
表1为例,表示供油装置的不同设计方案:
3.研究常见的和未来的设计方案
我们从图E0开始模拟,并通过特性E1、E2和E3进行进展。为了验证几个设计元素的效率,通常的技术是在开始现场测试之前,在径向测试平台上运行此类轴承,甚至在实际应用中运行它们。一种比较现代的方法是使用CFX技术对三维油流进行研究(参见图3和图3中ANSYS CFX软件的输出)
4)该方法是在执行耗时的测试台前选择最有前途的设计特征的有用工具。
如下例(图3和图4)所示,可以模拟对轴承温度和油压的影响:
例如,在研究新的设计方案E1到E3时,每个垫块在两个倾斜垫块之间至少有一个热油排水装置。第一次热油引流取代了已知的注入油,注入油可以放置在倾斜垫之间的空间。此外,通过使用热油排水系统,两个相邻倾斜垫块之间的空间被填满,从而阻止了该区域大量供油的发生。
此外,第一个大坝和直接位于第一个大坝后面的注入油可以包括在设计中。添加的喷油喷嘴将油飞溅到轴上,以喷洗轴上的薄层热油。通过喷油,轴上最后的残余油从之前的润滑间隙拖过来,被打破并从轴上分离。然后它与新供应的油形成混合物。由于一部分热油已经被第一个大坝拦截,从竖井中分离出来的热油是混合物的一部分。因此,这种混合物的温度基本上是由注入的新鲜油的温度决定的。
然而,热油排液还有第二次排油,通过该排油器,从轴上分离的热油和注入的冷油的一部分混合物可以再次排出。
这有几个好处。首先,来自前一个倾斜垫的部分热油,被有效地阻止进入下一个润滑间隙。此外,排油可以使更多的新鲜油注入。注入的冷油和从轴释放的热油之间的比例进一步偏移,有利于新鲜油。因此,混合物的平均温度继续下降,以便通过放油实现更有效的倾斜垫轴承冷却。
这种排油排油装置的设计应保证只有非常小的一部分上一润滑间隙的温油能进入下一润滑间隙。这可以通过各种热油排水组件的组合来实现。两个相邻的倾斜垫块之间的空间几乎可以完全被排水装置填满,流体损失可以降到最低。使用第二坝提供了一种选择,即注入的新鲜油和加热油的混合物可以至少部分排出,并且在下一个润滑间隙内不用于润滑。因此,热油转移到后续的润滑间隙几乎完全被阻止。
以下润滑间隙的必要润滑油由额外的新鲜供油提供。因此,这个可以在较低的压力下工作。这样可以使润滑油更层流地流入间隙,从而防止摩擦和湍流造成的损失。
所述轴向喷油器可包含多个喷嘴。通过这种方法,使油垂直于轴向注入,使轴上的残余热油膜能够可靠地破碎和溅落。另一个现象可以从下面的图7中说明,即由于新鲜油的回流,来自先前垫层的热油无法从坝与井之间的缝隙中流出(见图7)。
E1设计的优点可以与分离的油注入相结合,例如通过由一排喷嘴组成的两个分离的油注入。第一次注油代表热油减少(热油飞溅),第二次注油代表新鲜油供应(见图8)。
4结合仿真和计算工具
为了计算相关数据,如润滑膜的最小膜厚或温度,米巴工业轴承使用最先进的软件程序。它是利用最新的流体力学理论知识开发的。该模型使用有限体积法,计算压力、温度和油流的三维阵列。
进一步开发倾斜垫轴承内任何油流性能的一种方法是包括仿真软件(例如ANSYS中的CFX)的物理结果,并将其转移到软件计算程序中。据此,可对相邻垫间的润滑油混合模型进行优化。所谓的温油减量系数可用来描述供油效率。这通常取决于操作条件,如油粘度、负载、速度、供油设计、供油压力等。在常见的工业应用中,例如燃气轮机和汽轮机轴承,该系数在30%到60%之间变化。
例如,通过上述设计方案,温油减少的因素可能会增加。从计算结果中可以看出,当温油减少系数从30%增加到90%时,峰值温度显著下降(见图11)。
5结论
在高速运行的动力传动装置中,减少热油和尽量减少热油在倾斜垫轴承中的转移效应是提高效率的有力方法。
轴承计算结合设计仿真的结果之一是,供油装置的设计特性对鲜油和热油的分布起着决定性的作用,特别是油喷嘴的数量及其分布。与其使用几个喷嘴(根据设计E2),在某些条件下使用一种油箱(根据设计E1)可能更有利。
此外,可以说明,仿真和计算的概念能够评估供油效率,使设计者能够优化排油和注入。
米巴公司
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了下:轴承的建议