船用水润滑斜面平台瓦推力轴承润滑性能研究.pdf

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1、1卷第3期2011年1月船nl—I‘陧SHIP8．OCE，+＼NENGINEERING{饧i．No．3nJn．2(J11船用水润滑斜面平台瓦推力轴承润滑性能研究王如意，吏JxT_林，王翔，张圣东(武汉理工大学能源与动力工程学院．武汉jj．c；3)摘要：结合数值分析和有p艮JLn*,J方法，研究#,Ja,hq7tqil马滑斜面平台瓦“／”山7。j瓦块倾角和斜面平台比对最小水膜L-J．z‘、：：大水膜‘一力、瓦块功耗、J⋯。；因数、瓦块最高最度和最人热弹性变形的』。!；响。研究表明：最小水膜度随瓦块倾角的。。，。而增加．随斜面平台比的增加而减小；]j丈水膜Jl力随瓦』火_倾角的上『

2、_；【加而增加，当斜而平台比为08时，二，’、水膜压力最小；瓦块功耗、’芋凉醐数科hL。}I∑随乩块倾于『]的增加l町减：小．随斜面平台比的增加而．。{i加；瓦块．!，i热弹性变形随瓦块倾角的增加而旱先减小后大的越铸，随斜IJ'{f平台：E的增加呈先增大后减小的庀。一．关键词：水润泔：推力0，R；斜面、Ji台；热弹性变形中图分类号：U661．21文献标志码：A文章编号：【67l7￡一j(20儿)030119i、1常用的油润滑推力轴承，结构复杂，存在润滑油泄露和污染等问题。以水润滑代替油润滑，具有无污染、安全性好及仃约润滑汕等优点，是解决油润滑推力轴承不足的一项重要措施。但足水的

3、粘度比较低，50℃时约为透、F油粘度的1／65，水润滑推力轴承承载能力较低，冈此，改进水润滑推力的材料性能、优化轴承结构及改尊轴承的润滑性能，是提高轴承承载能jj、延长轴承使用寿命的关键。目前，水润滑推力轴承的研究主要在水泵、水轮机以及‘，臣求具有隐。俑J环境保护的水下航行器等领域。船用水润滑推力轴承的研究尚不多见。文中以斜面、卜台瓦推力轴承为对象，进行水润滑推力轴承的性能研究。l控制方程及边界条件1．1雷诺控制方程似设水为牛顿流体、彳i可压缩、层流；水的厦力和惯性忽略不计；水胍存瓦体表面没有滑移；压力卢在水膜厚度方㈣上保持不变；水的密度p、导热系数，l和C。比定压热容为常数。

4、在圆柱坐标系下，建?L水润滑推力轴承的雷诺方程：收稿日期：201¨-0．0修回日期：20K⋯1j作者简介：壬女”一：flo；)．，j，顶上，t。研究方向：船舶推进系统性。优化与仿真E-mail：ruyi618@163．COH2骞(艺’·掌)+刑8u(、k“·嚣)s7．rut-堂d8J=l：：斗I：^水膜j严度；圹水～!粘度；厂，伊极坐标；叫推力环的旋转角速度。边界条件：推力瓦的J土J边相对压力为0。拍图1早个推力乩不蒽1．2热‘．控制方程，。-o：(厂矽．／223口"·，：笛)r拼aO一旦12p·雾·善：～埘z(厂‘毫≯Ⅲ础飞)一等c训2+色“·：(翥)2+(雾)2：式i：]-

5、T：J热功Ⅱi。：常_}；Cp竹是、r一水膜的比定压热容、密度、热传导系数和温度；t轴瓦温度；第3期船海工程第40卷KB——热交换系数，其他参数表示与雷诺方程相同；夕——从雷诺方程中求解出的压力值。边界条件L3

6、：进水口水温￡一‰；内、外径边为绝热边；出口边为自然边。1．3粘温控制方程为了简化计算，本例假设平均水温t=25℃，根据水的粘温关系计算其粘度。∥一订丽巧西瓦t干to百丽丽。——式中：产。为t=0℃时水的粘度，m=1．79×10_3Pa·s。1．4导温控制方程盟一_土丝+三丝+盟一na_r2rar。，上a臼2az2。2数值分析和有限元分析的实现以单个斜面平台瓦为求解域，

7、联立雷诺控制方程、能量控制方程、粘温控制方程和导热控制方程，通过Matlab编程完成水膜厚度、压力分布、瓦块功耗和摩擦系数以及瓦面热流密度的数值计算。然后，在Adina(T)和Adina(S)中分别建立瓦块有限元模型，分别施加瓦面热流密度和水膜压力，运用Adina(皿∽)进行求解，计算推力瓦的温度场分布和热弹性变形。计算程序流程见图2。3计算结果与分析3．1推力轴承的几何参数和物理性能参数以瓦块数为8的斜面平台瓦推力轴承为例，瓦块内径D1一i00Innl，瓦块外径D2—200mm，瓦块厚度L一18mm，轴向推力T一15kN，推力环的转速咒一1500r／min。选用润滑性能较好、

8、摩擦损耗较小的聚四氟乙烯镶嵌的金属塑料瓦，推力环和推力支座采用导热性能较好的不锈钢。推力轴承的主要物理性能见表1。3．2数值计算分析影响斜面平台推力瓦推力轴承润滑性能的主要几何参数有：瓦块张角、瓦块倾角、瓦块长宽比和斜面平台比。文中主要研究瓦块倾角和斜面平台比对推力轴承润滑性能的影响。通过Matlab编程计算分析，得到斜面平台推力轴承的最小水膜厚度、最大水膜压力、瓦块功耗和摩擦系数随瓦块倾角和斜面平台比的变化状况。】20输入推力瓦的参数、初始运行参数l划分单元确定节点编号及肖点坐标ll按照水