【摘 要】
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可倾瓦推力轴承是大型立式轴流泵立式电机的关键部件,推力轴承故障占大型立式轴流泵机组电机故障率的一半以上,推力轴承运行特性的研究成为热点。目前基于自编程序的方法不能够完整模拟出推力瓦形变与润滑油流场对推力轴承的影响。针对冷却器的分析及优化,大都通过给定导热系数进行理论计算,计算结果准确性不高。本文基于计算流体力学的方法,全面地考虑了固体形变、润滑油流场、冷却器冷却等多重因素对推力轴承运行特性的影响,
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“泵机组运行组合与开机顺序对大型低扬程泵装置性能的影响机理及对策”（编号:52179091）；
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可倾瓦推力轴承是大型立式轴流泵立式电机的关键部件,推力轴承故障占大型立式轴流泵机组电机故障率的一半以上,推力轴承运行特性的研究成为热点。目前基于自编程序的方法不能够完整模拟出推力瓦形变与润滑油流场对推力轴承的影响。针对冷却器的分析及优化,大都通过给定导热系数进行理论计算,计算结果准确性不高。本文基于计算流体力学的方法,全面地考虑了固体形变、润滑油流场、冷却器冷却等多重因素对推力轴承运行特性的影响,计算分析了额定工况、不同转速和扬程、不同支撑偏心率的推力轴承特性,及油冷却器不同布置位置的冷却效果分析,并对油冷却器的位置进行了优化。主要研究工作与结果如下:（1）针对可倾瓦推力轴承运行特性分析,搭建了基于大型流体仿真软件Ansys Workbench的热-流-固多物理场耦合计算平台,实现楔形润滑油膜的自动迭代计算,准确预测了润滑油膜厚度、推力瓦变形、瓦面压力及温度分布。（2）基于额定工况,计算了巴氏合金与弹性金属塑料两种材料的推力轴承运行特性,发现两种材料的推力轴承最小油膜厚度均靠近出油边,推力瓦瓦面压力及温度均成环形分布,最大值靠近出油边的外侧。热弹变形使得巴氏合金瓦瓦面上凸,弹性金属塑料瓦瓦面下凹。巴氏合金瓦在偏心率为0.5～0.58时,推力瓦上表面的高压区随着偏心率的增大而逐渐从中心位置移动至靠近出油边的外缘侧。（3）计算了不同扬程（载荷）、转速时的推力轴承运行特行。得出润滑油膜平均厚度随着扬程增大而减小,最高瓦温也随之增大的规律。扬程（载荷）不变时,最小油膜厚度随转速的增大而增加,以及实际最高、低许用转速时的润滑油膜最小厚度。（4）分析了不同径向、轴向布置位置对冷却器冷却效果的影响,得出了冷却器布置位置对推力轴承冷却效果的影响规律,探究了冷却器的布置位置影响冷却器冷却效果的机理,并得到最优径向、轴向的布置位置。本文对可倾瓦推力轴承特性分析及冷却器研究、优化的成果为推力轴承设计、安装提供了理论依据,为提高推力轴承的可靠性、电机和整个水泵机组运行的安全可靠性和稳定性具有重要意义。
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