【摘要】：氧氣壓縮機做為一種把機械能轉(zhuǎn)換為氧氣壓力能的動力裝置,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的非常廣泛,而其過大的功率消耗已成為大家關(guān)注的問題。在氧氣壓縮機總的功率消耗中占主要部分的是主軸的摩擦功耗,現(xiàn)有氧壓機的主軸支撐主要使用剖分式的滑動軸承,由于主軸與滑動軸承的配合面基本處于混合摩擦或邊界摩擦的工作狀態(tài),產(chǎn)生很大摩擦功耗,并且降低了軸承的使用壽命。而靜壓軸承憑借著它運動精度高、摩擦系數(shù)和驅(qū)動功率低、工作壽命長、良好的穩(wěn)定性等特點,能夠很好的解決此問題。 本文通過對曲軸用剖分式靜壓軸承結(jié)構(gòu)和節(jié)流方式的設(shè)計,對某大型氧氣壓縮機滑動軸承的改造進(jìn)行研究。首先根據(jù)氧氣壓縮機的曲軸結(jié)構(gòu),確定了靜壓軸承的基本結(jié)構(gòu)和各項設(shè)計參數(shù),由于空間限制確定了獨特的小孔節(jié)流方式,分析了小孔直徑的變化對靜壓軸承的設(shè)計間隙、軸承剛度和摩擦功耗的影響。接著,在相同設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)上,計算比較了滑動軸承、滾動軸承和靜壓軸承三種軸承的摩擦功耗。然后,應(yīng)用有限元軟件ANSYS/CFX,建立了靜壓油膜的模型,在同等邊界條件下基于有限體積法對油膜的流場進(jìn)行仿真分析,通過改變軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)和工況參數(shù),計算分析了油膜壓力分布和流線速度分布。最后,進(jìn)行實驗分析,模擬靜壓軸承薄壁小孔,通過改變孔徑和小孔長度,分析了孔徑和長度對通過小孔流量的影響,使小孔節(jié)流的設(shè)計計算更加精確。 根據(jù)分析結(jié)果,得出對于形如曲軸這樣的復(fù)雜支承結(jié)構(gòu),采用小孔節(jié)流器形式,不僅在結(jié)構(gòu)上易于實現(xiàn),同時,只要設(shè)計得當(dāng),仍可獲得潤滑、剛度等良好的性能。計算分析節(jié)流器小孔直徑與摩擦功耗以及支承剛度之間的關(guān)系,得到了最佳的小孔直徑。不僅可以得到較高的支承剛度,而且摩擦功耗也較小。通過對滑動軸承、滾動軸承和靜壓軸承摩擦功耗的計算,得出了靜壓軸承是三種形式支承中摩擦功耗最小的結(jié)論,為靜壓軸承取代滑動軸承提供了重要依據(jù)。在同樣邊界條件及求解參數(shù)的情況下,直徑小的油膜壓力比直徑大的油膜壓力大,即小直徑的小孔承載能力比大直徑的小孔承載能力大。流量實驗驗證了,小孔節(jié)流形式軸承油腔的流量不僅與小孔直徑有關(guān),同時小孔的長度也對其有重要的影響。
【圖文】：

1.2 靜壓軸承的工作原理靜壓軸承是依靠外部供油系統(tǒng)，供給具有一定流量的壓力油而建立壓力油膜，靠液體的靜壓承受外加載荷，并保持主軸在預(yù)定載荷和任意轉(zhuǎn)速下，都與軸承處于完全液體摩擦狀態(tài)的液體滑動軸承。它利用專用的供油裝置，將具有一定壓力的潤滑油送到軸承的靜壓腔內(nèi)，形成具有壓力的潤滑油層，利用靜壓腔之間的壓力差，形成靜壓軸承的承載力，將軸承主軸浮升并承受外載荷。靜壓軸承工作原理如圖 1-1 所示。高壓油經(jīng)節(jié)流器進(jìn)入油腔，節(jié)流器是用來保持油膜穩(wěn)定性的。當(dāng)軸承載荷為零時，軸頸與軸孔同心，各油腔的油壓彼此相等。當(dāng)軸承承受載荷 F 時，軸頸偏移，上、下油腔附近的間隙不同，下油腔的油膜減薄，流量減小，因此下油腔節(jié)流器的流量也減小，節(jié)流器中的壓力損失也減��；因油泵的進(jìn)油壓力保持不變，所以下油腔中的壓力將增大，上油腔的壓力將減小，，軸承依靠這個壓力差平衡載荷 F。由此可見，靜壓軸承的剛度相當(dāng)大，當(dāng)外載荷有所變動時，軸承的回轉(zhuǎn)中心可基本保持不變，回轉(zhuǎn)精度高[9]。

圖 1-2 某大型氧氣壓縮機Fig.1-2 Large scale oxygen compressor 選題意義采用靜壓軸承作為氧氣壓縮機曲軸的支承軸承至今未見報道，通過結(jié)構(gòu)論分析，建立一套完整的靜壓軸承在曲軸支承中的應(yīng)用理論，具有很高義和實用價值。不僅可以減少摩擦功耗、提高設(shè)備使用壽命，還可以為企業(yè)節(jié)約成本，，同時為曲軸類機械提供新的支承形式。在分析了小孔節(jié)流靜壓軸承的小孔直徑對軸承各個性能參數(shù)影響的基礎(chǔ)了在小孔直徑選擇適當(dāng)數(shù)值時，不僅可獲得較大的承載能力、油膜剛度有較小的摩擦功耗。對靜壓軸承的油膜壓力分布及流場分布的仿真分析供油壓力對靜壓軸承性能的影響進(jìn)行分析，為靜壓軸承能夠成功應(yīng)用于機提供了必要的依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TH133.36

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2623354