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真空上料机气穴现象漏料
发布时间:[2017-1-3]
以下主要针对真空上料机油膜动压轴承,对于气浮轴承部分适用。
1.首先简单介绍动压滑动轴承的原理:
 
在动压滑动轴承中,由于重力、不平衡力等,轴颈(journal)相对于轴瓦(housing)产生偏心,因此产生收敛和发散的油楔,在收敛油楔中压力升高,在发散油楔中压力降低,从而产生承载力。 
 
2.真空上料机气穴现象的产生:
 
在发散楔中,若按照连续的液体模型计算,油膜压力往往远低于环境压力。而实际上,当油膜压力稍稍低于环境压力时,油膜中溶解的气体变成气泡团,从而在发散楔中变成了两相流动,该两相流体弹性很小,因此油膜压力不在进一步降低,基本稳定在稍稍低于大气压。因此在发散楔中通常将油膜压力视为环境压力。如下图所示:
 
 
3.为什么动压轴承不能低速运行?
动压轴承的承载力与转速有正相关,当承载力一定的时候,转速越低,轴颈越靠近轴瓦,因为此时油楔需要更大的收缩率来产生该承载力;当转速过低时,轴颈和轴瓦靠的很近,会发生刮擦甚至抱死。因此动压轴承运行转速不能过低。
 
4.什么阻止了动压轴承的高速运行?
简而言之:
A. 对于低速重载的真空上料机大型转子轴承(燃气轮机、大中型压缩机等),速度的上限主要被轴承稳定性限制;
B. 对于高速轻载的小微型转子轴承(如车用涡轮增压器等),速度上限主要受油膜温度来限制。
下面两部分详细分析。
 
5.油膜轴承稳定性
 
油膜轴承的支撑反力并不是指向轴瓦的圆心,也就是说力的作用方向与轴颈偏心的方向不在一条线上,存在夹角。而且这个夹角随着轴瓦离心率的减小而增大!夹角增大,意味着轴承支撑力沿切向的分量比例增加,不严谨地说,切向力的增加会让轴承有产生进动的趋势,当轴颈离心率小到一定程度,轴颈便开始剧烈进动,一般术语叫油膜涡动。而前面讲到,在相同承载力下(一般是重力),转速越高,轴颈离心越小,因此越来约不稳,高速高到一定程度,发生油膜涡动,转子剧烈振动,对于大型转子,这是极为可怕的!所以,一般来说低速重载轴承稳定性好,稳定性就是限制大型转子轴承转速上限的最重要因素。
 
下图是我仿真的一个例子,图中黑色圆为轴承间隙空间,蓝色线为轴颈轨迹。我设轴颈初始位置与轴瓦同心,然后放开轴颈,在重力作用下开始运动,在低转速下最终能稳定在平衡位置,但是在高转速下,发生了剧烈涡动。
 
6.高速轻载轴承 & 油膜温度:
对于高速轻载的轴承,稳定性要求已经不适合了,因为它的工作转速远高于"临界稳定转速",所以涡动不可避免,还好对于小型转子,涡动的阵仗不向大型转子那么吓人,只要涡动幅值不要太大,还是可以正常使用的。而且还可以通过各种方法来控制涡动的幅值,在车用涡轮增压器上,轴承采用浮动轴承结构。该结构中有双层油膜,其中外层油膜主要就是提供阻尼,吸收振动能量,让涡动幅度大幅减小。如下图所示:
 
因此稳定性不是高速轻载轴承考虑的问题,但是由于转速进一步升高之后,油膜温度会急剧升高,在真空上料机极限情况下,油膜温度最高点已经达到了190℃,要知道一般较好的润滑油的闪点才210℃,再升高温度,润滑油就会大量炭化,阻塞轴承间隙。因此,对于小型的真空上料机高速轻载转子轴承,温度才是转速的限制因素。 
转载请注明出处(真空上料机气穴现象漏料:/sub_news.asp?id=268)
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