水润滑可倾瓦推力轴承设计与性能分析

针对无轴轮缘驱动推进器对高承载、长寿命、低噪音水润滑推力轴承的需求, 设计了一种阶梯橡胶垫支撑的水润滑可倾瓦推力轴承; 应用流-固双向直接耦合分析方法, 建立了轴承性能计算模型, 研究了橡胶垫基体厚度、阶梯厚度、阶梯厚度比、阶梯宽度比和瓦面材料对推力盘轴向位移、最大水膜压力与水膜厚度的影响。研究结果表明: 在载荷不变的情况下, 推力盘轴向位移和橡胶垫最大应力与橡胶垫厚度和橡胶垫阶梯宽度比成正比; 阶梯厚度比由2/2变成3/6时, 最大水膜压力由1.10 MPa提高到1.32 MPa, 平均水膜厚度由9.4μm增大到14.0μm, 增幅分别为20.00%和48.94%, 平均水膜厚度随最大水膜压力的增大而增大; 橡胶垫阶梯厚度比为2/4, 阶梯宽度比为16/20~20/16时, 轴承综合性能较为理想; 增大推力瓦面材料的弹性模量, 有利于提高轴承的润滑性能, 橡胶垫最佳阶梯宽度比随之增大。     

弹性元件对大型可倾瓦轴承静动特性的影响

为提高舰船运载机组稳定性, 并有效抑制振动, 在机组推进轴系中采用了一种可倾瓦轴承支点弹性技术(瓦块支点安装有蝶形弹簧), 以某大型燃气轮机为对象, 在轴系四瓦可倾瓦轴承瓦块支点处引入蝶形弹簧结构, 并采用流固热耦合计算模型和轴承多场分析技术, 分析了可倾瓦轴承的温度场、压力场、刚度与阻尼等特性参数, 研究了支点弹性技术对大型可倾瓦轴承摩擦学与动力学特性的影响规律。计算结果表明: 在3 000r·min^-1工作转速下, 刚支结构时可倾瓦轴承最大油膜压力为6.5MPa, 弹支结构时最大油膜压力为6.7MPa, 弹支结构相比刚支结构轴承油膜压力略有上升, 此时2种支点结构轴承的温度变化不大, 最高温度分别为98.95℃与98.85℃; 随着转速的增大, 2种支点结构可倾瓦轴承的主刚度均呈下降趋势, 而其交叉刚度只在±0.1MN·m^-1范围内变化; 在3 000r·min^-1下, 弹支结构轴承主刚度为3.5GN·m^-1, 主阻尼为6MN·s·m^-1, 相比刚支结构轴承主刚度提高了59%, 主阻尼提高了39%。可见: 可倾瓦轴承采用瓦块支点弹性技术, 轴承温度变化不大, 最高油膜压力略有增加, 轴承主刚度和主阻尼明显提高, 这对增加稳定性和抑制振动十分有利。     

偏载下水润滑尾轴承分布式动力学特性

为了揭示偏载作用下大长径比水润滑尾轴承的流体动力学行为, 提出了分布式动力学特性参数测试方法; 在船舶大型推进轴系模拟试验台上, 以直径为324 mm、长度为1 200 mm的大尺寸水润滑尾轴承为试验对象, 在轴承上、沿轴线方向选取3个截面, 每个截面布置相互垂直的2个电涡流传感器, 以获取轴心轨迹; 在转轴上、沿轴线方向选取4个截面, 每个截面各布置1个微型压力传感器, 并随轴一起旋转, 采用无线遥测技术获取4个截面的全周水膜压力分布; 通过改变相邻轴承的标高来调整转轴倾斜程度, 研究了转速和标高对试验轴承水膜压力分布和轴颈运行状态的影响规律。研究结果表明: 偏载导致离悬臂端最近的截面压力测试值明显大于其他截面, 最大值约为3.6 MPa; 轴承的润滑状态沿轴向呈现分区特性, 越靠近悬臂端, 弹流润滑特征越明显, 且不同的轴承分段需要不同的速度来产生动压水膜; 离悬臂端最近的截面压力曲线顶部的“水囊”随转速升高而出现, 但在220 r·min^-1时变得不明显, 各截面压力分布出现明显的负压现象; 轴颈在轴承孔中的空间形态较复杂, 在轴承两侧严重下弯, 在中部拱起, 并且不同轴承截面的偏位角不同, 离悬臂端越远, 轴心轨迹面积越大。可见, 与具有单一润滑状态和直线轴颈的滑动轴承相比, 偏载下大长径比水润滑尾轴承的流体动力学模型应考虑轴向润滑状态分区、弯曲轴颈和负压等因素。