Abstrait:Les paliers lisses radiaux ont été utilisés dans les systèmes de transmission de puissance tels que les turbines à vapeur, les turbines à gaz et les boîtes de vitesses, et présentent les avantages d'une grande capacité de charge, d'une faible consommation d'énergie, d'une résistance aux chocs et d'une grande précision de fonctionnement. Afin d'assurer l'amélioration de la capacité portante et de la précision de positionnement du palier lisse, il est nécessaire de contrôler l'élévation de température du palier lisse. Avec la demande croissante de paliers lisses à grande vitesse et à forte charge dans les applications d'ingénierie, la conception des paliers lisses est devenue le centre d'attention.
Mots clés:pression dynamique des fluides ; paliers lisses; conception optimale
1. Préface
Dans les centrales électriques des navires, le système de transmission de puissance par arbre est un composant très important, et la sécurité et la fiabilité de l'arbre affectent les performances de puissance du navire. En raison du fait que les paliers lisses sont un composant important de l'arbre des navires, ils jouent un rôle dans le positionnement et la portance. Le refroidissement des paliers lisses peut réduire l'usure des paliers et également augmenter la durée de vie des paliers. En utilisant une méthode de lubrification raisonnable, non seulement les performances de frottement des paliers lisses peuvent être améliorées, mais également l'échauffement des coussinets de palier peut être réduit. Par conséquent, il est nécessaire d'optimiser la conception de la structure portante afin d'améliorer les performances de fonctionnement du roulement.
2. Modèle mathématique du champ d'écoulement dans les paliers lisses
Lors de la résolution du champ d'écoulement dans les paliers lisses, il est nécessaire de prendre pleinement en compte l'effet de cavitation et l'effet de température de viscosité. Cependant, l'élévation de température du film d'huile est affectée par les caractéristiques d'écoulement de l'huile de lubrification, et les caractéristiques d'écoulement de l'huile de lubrification peuvent modifier la viscosité de l'huile de lubrification. Par conséquent, lors du calcul du champ d'écoulement des paliers lisses, des facteurs tels que les caractéristiques d'écoulement, l'effet de température de viscosité et la dissipation de viscosité de l'huile de lubrification doivent être pris en compte. Si la vitesse du palier lisse est élevée, il y aura des turbulences dans le champ d'écoulement à ce moment.
2.1 Modèle de trou
En raison du rôle important de l'effet de cavitation dans les paliers lisses, cet article adopte principalement un modèle de "cavitation complète" pour la simulation de la cavitation des paliers lisses, et le fluide est principalement composé de trois parties : huile de lubrification, vapeur et gaz insoluble. L'essence de la cavitation est la transition de phase de transfert de masse entre les phases gazeuse et liquide.
Si la vitesse du palier lisse est élevée et que le jeu est important, le champ d'écoulement du palier lisse fluctuera et présentera également des propriétés turbulentes. En écoulement laminaire, le fluide subit principalement un écoulement stratifié lisse où les amas de fluides adjacents ne sont pas mélangés les uns aux autres. Cependant, lorsque les molécules entrent en collision et s'échangent, le flux laminaire peut se manifester comme un flux régulier. La turbulence est un mouvement de vortex complexe, instable et aléatoire, et en plus des collisions entre molécules, les micro-amas fluides peuvent échanger de la masse et de l'élan grâce à un mélange de pulsations intense. Les caractéristiques de base de la turbulence peuvent se manifester par le caractère aléatoire ou la pulsation.
2.2 Discrétisation des équations
Cet article utilise principalement la méthode du volume de contrôle pour résoudre l'équation de transport du champ d'écoulement dans les paliers lisses. L'idée de base de la méthode du volume de contrôle est de diviser la zone de calcul en une série de grilles, et chaque nœud de grille a au moins un volume de contrôle mutuellement exclusif, puis de contrôler l'équation différentielle avec solution sur chaque volume de contrôle pour l'intégration, puis un un ensemble d'équations discrètes sera obtenu. Par conséquent, la méthode du volume de contrôle est également appelée méthode des volumes finis et sa signification physique réside principalement dans la loi de conservation des variables de champ physique dans un volume de contrôle fini.
3. Etude des caractéristiques statiques des paliers lisses
Le transfert de chaleur à l'intérieur des paliers lisses est relativement complexe, et les paliers lisses impliquent principalement un transfert de chaleur convectif entre l'huile de lubrification et la paroi interne du coussinet de palier, ainsi qu'un transfert de chaleur convectif et radiatif entre la paroi extérieure du coussinet de palier et l'extérieur. monde. A ce moment, la dissipation visqueuse de l'huile de lubrification génère une chaleur de frottement et d'autres phénomènes. La dissipation thermique par convection est la principale forme de dissipation thermique dans les systèmes de lubrification de roulements à grande vitesse, représentant environ 90 % de l'échange thermique total. De plus, en raison du grand gradient de température à l'intérieur du palier lisse, la température peut affecter la viscosité de l'huile de lubrification. La température et la pression d'alimentation en huile ont un impact direct sur les caractéristiques statiques des paliers lisses, et en sélectionnant une pression et une température d'alimentation en huile appropriées, les performances de fonctionnement des paliers lisses peuvent être améliorées. Il y a deux raisons principales à la formation de cavités dans les paliers lisses : la première est que lorsque l'huile de lubrification s'écoule dans la zone non porteuse, la pression du film d'huile diminue continuellement. Par rapport à la pression de saturation de l'huile de glissement à la même température, la pression à ce moment diminue, et lorsque l'huile de lubrification subit une transformation de phase et produit des cavités, on parle de cavitation forte ; Le deuxième type comprend principalement des bulles insolubles dans l'huile de lubrification. Lorsque l'huile de lubrification pénètre dans la zone non portante, la pression externe des bulles diminue continuellement et Z finira par entraîner l'augmentation du diamètre des bulles, entraînant la rupture du film d'huile. Dans différentes conditions de travail, la pression de la cavité des roulements de Chine orientale variera également, il est donc nécessaire de mener une étude approfondie sur l'impact de la pression de la cavité sur les paliers lisses.
Les caractéristiques statiques des paliers lisses se réfèrent principalement à la distribution de paramètres tels que la capacité portante, le coefficient de frottement, l'angle de désalignement, la pression du film d'huile et la température des paliers sous différentes charges pendant un fonctionnement stable. Après avoir traversé le trou d'alimentation en huile, l'huile de lubrification s'écoule dans la cavité du palier lisse à travers une certaine pression et température, et la pression et la température à ce moment sont appelées pression d'alimentation en huile et température d'alimentation en huile. La rotation du tourillon peut introduire de l'huile de lubrification dans l'espace de convergence, ce qui entraîne une pression dynamique du fluide. À ce moment, la force combinée de la pression du film d'huile est équilibrée avec la charge sur le tourillon, et la position d'équilibre est principalement biaisée vers un côté. Pendant le fonctionnement réel des roulements, alors que la pression du film d'huile dans la section divergente diminue continuellement, l'air dissous dans l'huile de lubrification formera des bulles et Z finira par provoquer la rupture du film d'huile. De plus, si la pression est inférieure à la pression de saturation de l'huile de lubrification à température, l'huile de lubrification se transformera en vapeur, de sorte qu'une cavitation se produira dans la section lâche du palier lisse.
La rotation du tourillon amène le film d'huile à être soumis à une force de cisaillement de paroi et génère une résistance de frottement et une chaleur de frottement sur le tourillon. Une fonction de l'huile de lubrification est de séparer les coussinets d'appui du tourillon, évitant ainsi un frottement solide et sec entre les deux. Une autre fonction est d'évacuer la chaleur générée par le frottement et le travail des fluides. En raison de l'influence de la température sur la viscosité de l'huile de lubrification, lorsque la température de l'huile de lubrification augmente, la viscosité diminue. Si la température de l'huile de lubrification à l'intérieur du roulement est trop élevée, la viscosité de l'huile de lubrification diminuera et réduira également la capacité portante du film d'huile, provoquant finalement une défaillance de la lubrification. Par conséquent, il est nécessaire de contrôler la haute température du film d'huile Z du palier lisse. La relation viscosité-température de l'huile de lubrification peut être calculée par viscosité, et certaines études montrent que dans une certaine plage de température, la viscosité et la température de l'huile de lubrification montrent une loi de distribution exponentielle. Pendant la rotation à grande vitesse du tourillon, l'huile de lubrification générera une dissipation visqueuse et une chaleur de frottement sous l'action de la force de cisaillement, ce qui entraînera une augmentation continue de la température du film d'huile. Après que la température du film d'huile augmente, la viscosité de l'huile de lubrification diminue continuellement et la diminution de la viscosité entraîne une diminution continue de sa capacité de charge.
4. Conclusion
Grâce à une analyse raisonnable du processus de transfert de chaleur à l'intérieur des paliers lisses et du mécanisme de refroidissement du transfert de chaleur de l'huile de lubrification, il est conclu que le processus de conduction thermique à l'intérieur des paliers est essentiellement un processus de combinaison de paramètres tels que le débit d'huile de lubrification, les caractéristiques de température de viscosité, excentricité, etc. Après calcul et comparaison, si l'effet de température de viscosité et l'équation d'énergie de l'huile de lubrification ne sont pas entièrement pris en compte, cela affectera les caractéristiques du roulement. Cet article analyse l'influence de la pression d'alimentation en huile, de la température d'alimentation en huile et de la pression de la cavité sur les caractéristiques statiques et la distribution de la cavité des paliers lisses, afin d'améliorer le coefficient de frottement des paliers lisses.
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