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随着旋转机械的大型化高速化发展,如何通过降低轴承能耗提高机组效率具有重要的研究价值。为了在降低轴承能耗的同时保证透平机械的安全运行,对转子-轴承系统进行了建模仿真及试验研究。 首先对轴承间隙内的油膜厚度进行了建模,考虑轴瓦力变形;基于雷诺方程利用有限差分法求解油膜压力,考虑润滑油温粘效应建立能量方程求解轴承瓦块温度和功率损耗等静态参数,结合小扰动法计算轴承转子动力学参数,并编写轴承计算程序COMDYN_bearing。依据德州农工发表的实验数据,对比轴承动静态参数计算结果。结果表明,程序在高转速下计算的偏心率与轴承功率损耗准确度较高,刚度系数在高速重载阻尼系数在低速重载下与试验值偏差较大。 为了在保证转子稳定性的基础上下寻找降低轴承功耗的方法,利用DyRoBes分析轴承结构参数对转子瞬态不平衡响应和转子-轴承系统稳定的影响,发现预负荷和宽径比增加会提高转子瞬态响应幅值及降低系统稳定性,但同时也能降低轴承瓦温。 在试验研究中,使用电磁轴承对转子-轴承试验台加载,分析供油温度、载荷大小及轴承间隙对轴瓦温度及轴承功耗的影响。在一定范围内提高供油温度时,最高瓦温升高,但是当供油温度提高到约50℃后,瓦温有下降的趋势。轴瓦温度随着转速和载荷的升高而升高,在10000r/min转速下,受8000N载荷的轴承相比受4000N载荷的轴承瓦温高约3到5℃。无量纲半径间隙0.75‰的轴承的轴瓦温度在12000r/min下会达到跳车值105℃,不符合使用要求。与转速对功率损耗的影响相比,轴承的功率损耗受载荷的影响相对较小。受8000N重载时无量纲半径间隙0.89‰的轴承功率损耗比无量纲半径间隙0.75‰的轴承高约5kW。所以在设计轴承时应综合考虑轴承效率、可靠性及转子系统稳定性。 本文建立的可倾瓦轴承计算模型程序以及对转子-轴承转动力学特性的研究为提高转子-轴承系统稳定性提供参考。本文基于转子试验台研究了轴承结构参数及载荷对可倾瓦轴承静态特性的影响,可为工程中优化轴承结构提高机组运行效率提供科学支持。