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水轮发电机组水导轴承润滑性能分析

作　者: 李军
导　师: 梁武科；马薇
学　校: 西安理工大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 水轮机导轴承油膜承载性能五点差分油膜压力方程润滑性能
分类号: TV734.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

水轮机导轴承的润滑性能直接关系着整个机组轴系的磨损与振动问题。本文旨在对水轮发电机组水导轴承的润滑性能做一些基础性的分析研究。本文以圆弧形瓦面的水轮机导轴承为研究对象。采用五点差分方法离散描述水轮机导轴承的稳态润滑油膜Reynolds(压力方程)方程和水轮机大轴摆动时的动态Reynolds方程并对其采用超松弛迭代法来求解。计算了水轮机导轴承润滑油膜在稳态工况下的油膜压力场分布情况。在此基础上，进一步分析计算了不同工况点的油膜承载性能和润滑油膜膜厚分布规律，找出了最小油膜厚度点。对不同长径比的水导轴承，分别计算了在不同偏心率下的油膜承载系数。并且尝试性的对水导润滑问题作了简化性的计算分析讨论。将径向轴承的两大极限思想模型“无限宽”与“无限短”引入到水导润滑问题的求解。计算了两种模型下的水导油膜承载力和油膜的动特性系数，结果表明“水导无限短”模型的油膜承载力变化过于剧烈，不利于作为简化计算模型束进行应用而“水导无限宽”模型则较好的反映了油膜承载性能的变化情况。对于机组由稳态工况突变时所引起的大轴摆动，通过对动态水轮机导轴承润滑油膜压力方程的推导与求解。分析比较了主轴摆动前后润滑油膜承载性能变化规律：机组运行工况如果偏心率不超过ε=0.6，则在机组主轴摆动前后，水导油膜合力变化不是很明显；而当机组工况运行在δ＞0.6时，则在机组主轴摆动前后，水导油膜合力变化较为显著。计算还表明水导轴承偏心距与润滑油膜承载性能存在一定准线性关系，当水导轴承长径比一定，润滑油膜承载系数随偏心率增大而增大；当主轴偏心距不变，润滑油膜承载系数则随水导轴承长颈比的增大而增大；分析比较油膜分力在不同偏位角和偏心率的大小，表明润滑油膜的径向分力在整个油膜承载能力中占有重要的地位，这也与水导轴承的实际运行工况吻合。与数值求解相比较，当机组运行于某些特定工况下时利用“水导无限宽”和“水导无限短”模型近似求解润滑油膜动特性系数较为方便。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 问题的提出及研究意义  8-9
  1.2 水导轴承国内外发展现状  9-11
  1.3 水导轴承润滑性能研究方法的发展与现状  11-14
  1.4 本文研究的主要工作  14-16
2. 水导动压润滑基本原理  16-23
  2.1 引言  16
  2.2 流体动压形成的楔形间隙原理  16-17
  2.3 水导轴承中的楔形润滑油膜  17-18
  2.4 水导轴承润滑油膜压力方程的推导  18-20
  2.5 水导轴承的膜厚表达式  20-22
    2.5.1 筒式水导轴承膜厚表达式  20
    2.5.2 可倾瓦式水导轴承膜厚表达式  20-22
  2.6 水导轴承润滑油膜载荷方程  22-23
3 水导轴承润滑油膜压力分布和特性分析  23-47
  3.1 无量纲理论  23-24
  3.2 无限宽轴承理论  24-26
  3.3 短轴承理论  26-27
  3.4 稳态工况水导轴承润滑油膜压力场的数值计算  27-36
    3.4.1 水轮机导轴承润滑油膜压力方程  29
    3.4.2 水轮机导轴承润滑油膜函数的确定  29-30
    3.4.3 水轮机导轴承润滑油膜压力方程边界条件的确定  30
    3.4.4 水轮机导轴承Reynolds方程的无量纲化处理  30-31
    3.4.5 水轮机导轴承润滑油膜压力方程求解概述  31
    3.4.6 水轮机导轴承润滑油膜压力方程的五点差分离散格式  31-32
    3.4.7 基于Matlab的水轮机导轴承润滑油膜压力方程程序的编制  32-33
    3.4.8 水轮机导轴承润滑油膜压力方程求解过程及思想  33
    3.4.9 水导轴承润滑油膜承载力合力的数值计算  33-35
    3.4.10 水导轴承润滑油膜压力场求解程序流程图  35-36
  3.5 算例分析  36-47
    3.5.1 水导无限宽模型润滑油膜分布及特性  36-37
    3.5.2 水导短轴承模型特性及分析  37-38
    3.5.3 水导轴承润滑油膜压力场及相关静特性分析  38
    3.5.4 偏心率对水导承载力的影响  38-41
    3.5.5 水导润滑油膜膜厚分布曲线图  41-44
    3.5.6 偏心率对水导轴承润滑油膜合力的影响  44-45
    3.5.7 水导轴承长径比及偏心率与润滑油膜承载系数的关系  45-47
4 水电机组主轴摆动时水导轴承的动力润滑特性分析  47-57
  4.1 概述  47-48
  4.2 水电机组主轴摆动时对水导润滑油膜承载力的影响  48-51
    4.2.1 动态水导润滑油膜Reynolds方程  48
    4.2.2 机组摆动时水导润滑油膜动态压力场的计算  48-49
    4.2.3 算例分析  49-51
  4.3 水导轴承动特性系数的近似计算  51-55
    4.3.1 无限宽筒式水导轴承动力特性系数  53-54
    4.3.2 短轴承的动力特性  54-55
  4.4 算例结果及分析  55-57
    4.4.1 无限宽筒式水导轴承动特性系数  55
    4.4.2 无限短筒式水导轴承动特性系数  55-56
    4.4.3 结论分析  56-57
5 总结建议与展望  57-60
  5.1 总结建议  57-59
  5.2 展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-64
在校期间发表的论文  64

水轮发电机组水导轴承润滑性能分析

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