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屏蔽电机主泵上径向轴承特性研究

作　者: 吕真
导　师: 张继革
学　校: 上海交通大学
专　业: 核能与核技术工程
关键词: 水润滑可倾瓦径向轴承 CFD 静动特性参数临界转速
分类号: TH133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

上径向轴承作为屏蔽电机主泵中的关键部件,其性能对核主泵的安全运行有着重要影响。上径向轴承结构为水润滑可倾瓦径向轴承,安装在主泵电机内,长期处于高压环境中运行,且运行过程中要求润滑液温度不超过80℃。由于屏蔽电机泵的特殊应用范围,国外对屏蔽电机泵的研究成果极少公开。本文围绕上径向轴承特性展开以下研究。首先,调研国内外关于可倾瓦径向轴承特性的影响因素和计算方法,国内外关于水润滑轴承的计算方法,国内外关于轴承-转子系统稳定性分析研究进展。其次,依据屏蔽电机主泵已有数据及结构,利用CFD软件FLUENT计算上径向轴承在不同轴承间隙、宽径比、瓦块数、几何预负荷、偏心率、润滑液进口压力、轴颈转速、支点偏置率、支点分布以及瓦块摆角下的压力、承载力、偏位角、润滑液流量和温度以及轴承的刚度和阻尼,并进行对比分析,总结变化规律。最后,将计算得到的轴承刚度和阻尼系数带入二阶动力学方程,求解得到轴承的轴心轨迹,研究上述轴承几何结构以及运行工况等参数对轴承稳定性的影响;利用MATLAB程序对屏蔽电机主泵轴承-转子系统进行分析,得到几何结构以及运行工况等参数对系统临界转速的影响。基于以上对上径向轴承特性、轴心轨迹以及轴承-转子系统的临界转速分析,对上径向轴承的选用和设计提出参考依据。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
第一章绪论  14-25
  1.1 课题研究背景及目的  14-15
  1.2 核主泵及上径向轴承介绍  15-17
  1.3 国内外研究现状  17-23
    1.3.1 屏蔽电机泵发展概况  17-19
    1.3.2 水润滑轴承的国内外研究现状  19-21
    1.3.3 可倾瓦径向轴承的国内外研究现状  21-23
  1.4 本文研究内容  23-24
  1.5 本章小结  24-25
第二章可倾瓦径向轴承流体建模及数值计算  25-40
  2.1 可倾瓦径向轴承简介  25-26
  2.2 流体数学模型  26-28
    2.2.1 控制方程  26-27
    2.2.2 控制方程的离散  27-28
  2.3 建立求解模型  28-31
    2.3.1 流体流动性质的判定  28-29
    2.3.2 湍流流动模型  29
    2.3.3 标准k-ε模型  29-30
    2.3.4 RNG k-ε模型  30-31
  2.4 数值模拟方法  31-36
    2.4.1 分离式解法  31-33
    2.4.2 壁面函数法  33-35
    2.4.3 SIMPLE 算法  35-36
  2.5 算例分析  36-39
    2.5.1 三瓦可倾瓦轴承有限元模型  36-37
    2.5.2 计算结果及分析  37-39
  2.6 本章小结  39-40
第三章可倾瓦轴承静特性分析  40-61
  3.1 水润滑可倾瓦轴承的数值计算简介  40-42
  3.2 轴承间隙对轴承静特性的影响  42-43
    3.2.1 模拟参数  42
    3.2.2 结果分析与对比  42-43
  3.3 宽径比对轴承静特性的影响  43-44
    3.3.1 模拟参数  43-44
    3.3.2 结果分析与对比  44
  3.4 瓦块数对轴承静特性的影响  44-47
    3.4.1 模拟参数  44-45
    3.4.2 结果分析与对比  45-47
  3.5 几何预负荷对轴承静特性的影响  47-49
    3.5.1 模拟参数  47
    3.5.2 结果分析与对比  47-49
  3.6 支点偏置率对轴承静特性的影响  49-51
    3.6.1 模拟参数  49
    3.6.2 结果分析与对比  49-51
  3.7 支点分布对轴承静特性的影响  51-52
    3.7.1 模拟参数  51
    3.7.2 结果分析与对比  51-52
  3.8 偏心率对轴承静特性的影响  52-54
    3.8.1 模拟参数  52-53
    3.8.2 结果分析与对比  53-54
  3.9 瓦块摆角对轴承静特性的影响  54-56
    3.9.1 模拟参数  54
    3.9.2 结果分析与对比  54-56
  3.10 水进口压力对轴承静特性的影响  56-58
    3.10.1 模拟参数  56
    3.10.2 结果分析与对比  56-58
  3.11 轴颈转速对轴承静特性的影响  58-60
    3.11.1 模拟参数  58
    3.11.2 结果分析与对比  58-60
  3.12 本章小结  60-61
第四章可倾瓦径向轴承动特性系数分析  61-88
  4.1 轴承-转子系统  61-67
    4.1.1 轴承的动力特性系数  61-62
    4.1.2 转子动力学有限元模型  62-64
    4.1.3 转子系统临界转速计算  64-66
    4.1.4 计算流程  66-67
  4.2 轴承间隙对轴承动特性的影响  67-68
    4.2.1 轴承的刚度和阻尼系数  67
    4.2.2 轴承系统的稳定性  67-68
    4.2.3 轴承-转子系统的临界转速  68
  4.3 宽径比对轴承动特性的影响  68-70
    4.3.1 轴承的刚度和阻尼系数  68-69
    4.3.2 轴承系统的稳定性  69-70
    4.3.3 轴承-转子系统的临界转速  70
  4.4 瓦块数对轴承动特性的影响  70-72
    4.4.1 轴承的刚度和阻尼系数  70-71
    4.4.2 轴承系统的稳定性  71
    4.4.3 轴承-转子系统的临界转速  71-72
  4.5 几何预负荷对轴承动特性的影响  72-74
    4.5.1 轴承的刚度和阻尼系数  72-73
    4.5.2 轴承系统的稳定性  73
    4.5.3 轴承-转子系统的临界转速  73-74
  4.6 支点偏置率对轴承动特性的影响  74-76
    4.6.1 轴承的刚度和阻尼系数  74
    4.6.2 轴承系统的稳定性  74-75
    4.6.3 轴承-转子系统的临界转速  75-76
  4.7 支点分布对轴承动特性的影响  76-78
    4.7.1 轴承的刚度和阻尼系数  76-77
    4.7.2 轴承系统的稳定性  77-78
    4.7.3 轴承-转子系统的临界转速  78
  4.8 偏心率对轴承动特性的影响  78-80
    4.8.1 轴承的刚度和阻尼系数  78-79
    4.8.2 轴承系统的稳定性  79-80
    4.8.3 轴承-转子系统的临界转速  80
  4.9 瓦块摆角对轴承动特性的影响  80-83
    4.9.1 轴承的刚度和阻尼系数  80-81
    4.9.2 轴承系统的稳定性  81-82
    4.9.3 轴承-转子系统的临界转速  82-83
  4.10 水进口压力对轴承动特性的影响  83-85
    4.10.1 轴承的刚度和阻尼系数  83
    4.10.2 轴承系统的稳定性  83-84
    4.10.3 轴承-转子系统的临界转速  84-85
  4.11 轴颈转速对轴承动特性的影响  85-87
    4.11.1 轴承的刚度和阻尼系数  85
    4.11.2 轴承系统的稳定性  85-86
    4.11.3 轴承-转子系统的临界转速  86-87
  4.12 本章小结  87-88
第五章结论与展望  88-91
  5.1 结论  88-89
  5.2 课题研究展望  89-91
参考文献  91-96
致谢  96-97
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屏蔽电机主泵上径向轴承特性研究

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