滑动轴承油膜厚度对转子稳定性的影响

滑动轴承油膜厚度对转子稳定性的影响

张艾萍 , 林圣强

（东北电力大学成教学院，吉林省吉林市132012）

摘要：近几年来，随着大型旋转机械的广泛应用，对滑动轴承的稳定性提出了更高的要求。传统研究是通过计算Reynolds 方程、或者基于Reynolds方程提出更好的计算，但都忽略很多因素，如剪切力、沿厚度方向的压力梯度等。而直接通过CFD软件计算N-S方程的方法来研究滑动轴承的油膜特性，更能真实反映实际运转中的油膜特性。通过数值模拟可以看出，不同油膜厚度对旋转机械转子稳定性起着非常重要的作用。当最小油膜为0.02mm时，油膜负压区的压力为-73kPa。当最小油膜厚度为0.03mm时，油膜负压区的压力为-33kPa。当最小油膜厚度为0.04mm时，油膜负压区的压力为-21kPa，但是此时油膜已经不是很稳定。当油膜厚度为0.08mm时，负压区很小，也就基本形成不了油楔。数值计算结果表明油膜厚度对转子稳定性起着关键的作用。

关键字：油膜厚度滑动轴承转子稳定性数值模拟

Sliding bearing oil film thickness influence the stability of rotor

Zhang ai-ping Lin sheng-qiang

(Northeast Dianli University ,Jilin 132012)

Abstract:In recent years,Along with the wide application of large rotating machinery, the stability of sliding bearings put forward higher request.Traditional research is calculated for Reynolds equation, or based on calculated Reynolds equation developed better,but ignore many factors, such as shear force, the thickness of the direction of the pressure gradient through thickness direction, etc.And directly through the CFD software calculation N-S equations method to study the characteristics of oil film bearing, can more really reflect the actual operation of the oil film properties.through numerical simulation can realize,different oil film thickness for rotating mechanical rotor stability plays significant important role.When the minimum oil film is 0.02 mm, the pressure of the oil film negative pressure for -73 kPa.the pressure of the oil film negative pressure for-33 kPa while the minimum oil film thickness of 0.03 mm. The pressure of the oil film negative pressure for-21 kPa when the minimum oil film thickness of 0.04 mm,but this time the oil film is not stable.When oil film thickness of 0.08 mm, negative pressure area is small,and can not easy form oil wedge.Numerical results show that the oil film thickness of the rotor stability playing the key role.

Key words: oil film thickness;sliding bearing;rotor stability; numerical simulation

大型旋转机械广泛使用滑动轴承，而机械旋转稳定主要取决于油膜的特性。国内外许多旋转机械油膜失稳引起的故障表明，线性化雷诺方程油膜力模型有许多局限性，线性化的油膜力与实际已经有很大的偏差，实际运行中油膜特性存在许多的非线性，而且不能被忽略。所以从八十年代起，人们开始关注非线性油膜力解析，现在很多学者研究求解Reynolds方程非线性来反映真实的油膜运动特性，提出很多的分析方法如经典方法有摄动法、平均法，KBM法等；研究参数激励的非线性系统的响应如广义谐波平衡法，L-S 法，奇异理论等。学者提出许多非线性求解的方法，但目前还无法找到适应的方法来研究[1-3]。

另一方面基于Reynolds方程非线性求解有很多的弊端。随着汽轮机的大型化和高速化，对油膜特性研究提出了更高的要求，非线性仍然满足不了高速旋转机械转子稳定性发展的需求。现在很多学者计算N-S 方程来研究滑动轴承的油膜特性，文献[4]用RNG k-s 模型修正了湍动黏度,但是不能很好的考虑好狭小通道的剪切应力。文献[5]计算的网格数目不足以精确表示油膜压力特性，也没有提出合适的湍流计算模型。文献[6]特意的应用气液两相流原理计算油膜特性，并不能很好的放映流体本身的流动特性。文献[4-6]都只用一种模型计算，没有提出最好的轴承的间隙比，不能很好的反映实际应用当中的油膜特性。随着CFD软件日益成熟和计算机的发展，在求解三维流体复杂的湍流流动已经很简便了，计算遵循流体本身的流动特性。在求解滑动轴承特性油膜特性的主要问题是选择合适的湍流模型，现在发展起来的CFD有限元软件，根据实际确定难解问题，提供许多计算不同湍流特性的模型，本文考虑了不可忽略的油膜剪切应力，用Shear Stress Transport湍流模型来计算。它可以很有考虑到狭小通道的剪切应力，而且不会过分估算漩涡的强度，可以很好的表示出油膜的实际特性。考虑到温度对油膜的影响，本文采用温度压力耦合计算，并结合转子稳定性，合理的分析油膜对转子稳定性的影响。不同的油膜厚度对油膜的稳定性有很大的关联，厚度小容易产生油膜震荡，厚度大也可能产生油膜失稳。所以油膜厚度的对转子稳定性有很重要的意义。通过对比发现Reynolds方程非线性的计算与实际之间的差异，以便更深刻了解油膜的实际特性。