海水淡化高压泵水润滑轴承—转子系统瞬态动力特性研究

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1、海水淡化高压泵水润滑轴承一转子系统瞬态动力特性研究ResearchontheTransientDynamicAnalysisofWater-LubricatedBearing-·RotorsysteminSeawaterDesalinationHighPressurePump2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研

2、究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：0互埔乒叫(7f年6月／2日学位论文版权使用授权书fIIIIIIIIIIIIIIIIIIIllllllllllllllllllllllUfY2538127江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中

3、国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密团。学位论文作者签名：江钨aof毕年6月／z日指导教师签名：时确仪毵加l平年5月fV日江苏大学硕士学位论文摘要随着淡水资源短缺的日趋严重，海水淡化已逐渐成为沿海缺水国家解决淡水危机的战略选择。在大型海水淡化流程中，高压泵采用多级离心泵型式，为提高效率和降低高压泵制造成本，采用了一种新型的两端水润滑轴承支撑的多级泵结构。海水淡化泵转子

4、系统动力响应除了受转子自身质量分布和运行速度等因素影响外，还受轴承水膜力作用。因此，研究分析海水淡化高压泵水润滑轴承．转子耦合系统的瞬态动力特性非常重要。本文依托国家自然基金项目《海水淡化高压泵水润滑轴承．转子耦合系统瞬态动力特性研究》，根据海水淡化多级泵的结构特点，设计了水润滑轴承试验台，以试验台所用的滑动轴承为研究对象，对多种工况载荷下水润滑轴承．转子系统的轴心轨迹及其它参数进行了数值模拟与试验分析研究。全本的主要内容与创新点如下：1本文介绍了CFX的刚体求解计算方法和CFX的网格重构技术。将这种流固耦合计算方法与网格重构结合，对水润

5、滑轴承．转子进行耦合计算，获取多种工况与载荷作用下，轴心轨迹和主要参数的变化规律并进行了系统稳定性分析。2研究了进出口压差、转速、不平衡偏心距、长径比、偏心率、偏位角与间隙对轴颈涡动的影响。研究结果表明：进水压力增加，轴颈涡动振幅逐渐减小；转速增加使得轴颈涡动振幅增大，导致系统对外来激振力、不平衡力敏感程度增高；不平衡偏心距的增加导致轴颈涡动振幅明显增加，使得系统稳定裕度减小；长径比的增加使得轴颈涡动振幅逐渐减小；偏心率与偏位角的改变对轴颈涡动振幅没有明显的影响；半径间隙增大，轴颈涡动振幅减小，轻载时半径间隙取值不宜过大，低速重载时取值应

6、较大。本文还对滑动轴承主要参数进行傅里叶频谱分析，结果表明，轴心位移不仅含有基频成分，还包含了有二倍频和三倍频，这说明了轴心轨迹的非线性。3研究了水润滑轴承一转子系统在三种不同的瞬变载荷作用下，轴心轨迹、水膜承载力和最小水膜厚度的变化规律。计算结果表明：当稳定工作的转子T海水淡化高压泵水润滑轴承．转子系统瞬态动力特性研究受到瞬变载荷的作用时，其主要参数都会发生较大的变化；脉冲载荷由于其作用时间有限，随着其消失，轴心会收敛至原平衡位置，而阶跃载荷会使得轴心位置收敛于一个新的平衡点；阶跃载荷和矩形脉冲载荷其变化相对剧烈一些，因而比三角脉冲载荷

7、对轴心轨迹及主要参数的影响大。4进行了水润滑轴承试验装置的设计与研究。低转速时，水膜压力分布不连续而且压力值较低，各监测点的压力曲线不稳定，转速的增加使得高压区扩大和压力幅值的增加，水膜承载效果也增强，压力分布与压力曲线都开始趋于稳定，整个系统趋于稳定。转速对轴承周向压力脉动幅值影响不大，因为高压力脉动幅值主要集中在低频区域。5对比CFD数值模拟与试验测量得到的轴心涡动轨迹可知，转速增加，转子的离心力变大引起轴颈涡动振幅增大。水膜厚度增加引起涡动中心也随着转速的增大而明显上移，导致转子．轴承系统对外来激振力、不平衡力敏感程度增高，因此，为

8、了提高转子系统的稳定裕度，转速越高的转子对动平衡精度等级要求越高。结果表明数值模拟和试验研究结合的方法用来进行轴承．转子系统动力学特性的研究有一定的借鉴和参考价值。关键词：海水淡化高压泵，刚体