Тема: Исследование работоспособности упорного подшипника ротора турбокомпрессора в различных тепловых условиях
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 7
1 УПОРНЫЕ ПОДШИПНИКИ ЖИДКОСТНОГО ТРЕНИЯ КАК ОБЪЕКТ
ИССЛЕДОВАНИЯ 11
1.1 Анализ конструкций упорных узлов и условий их работы 11
1.2 Обзор литературы по упорным подшипникам жидкостного трения 24
1.3 Постановка цели и задач 31
2 ТЕОРИЯ РАСЧЁТА ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ОСЕВЫХ ПОДШИПНИКОВ 32
2.1 Общий подход 32
2.2 Геометрия упорного подшипника скольжения 34
2.3 Определение поля гидродинамических давлений в смазочном слое упорного подшипника скольжения 35
2.4 Алгоритм расчета несущей способности и гидромеханических характеристик трибосопряжения 37
2.5 Схема расчета гидромеханических характеристик УГДП 40
2.6 Краткое описание программы расчета нагрузочных характеристик 42
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 44
3.1 Характеристики математической модели 44
3.2 Описание экспериментальной установки 46
3.3 Расчёт числовых параметров динамической вязкости моторных масел 50
4 ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 65
📖 Введение
Турбокомпрессор относится к роторным лопастным машинам и обеспечивает поступление свежего воздуха или топливовоздушной смеси (ТВС) в двигатель внутреннего сгорания за счёт энергии отработавших газов, проходящих по выпускному тракту.
По состоянию на 2019 год [1], дoля применяемости cиcтeмы газотурбинного наддува в современных автотракторных двигателях составляет 72% от общего количества ДВС, и тенденции в мировом двигателестроении прогнозируют дальнейшее повышение этого показателя. Но, несмотря на все положительные стороны применения ТКР, серьёзным недостатком является его недостаточная эксплуатационная надёжность.
Поломка системы газотурбинного наддува может привести к отказу всего ДВС, поскольку наддув влияет не только на технико-экономические показатели, но и на показатели надёжности всего силового агрегата.
В процессе эксплуатации турбокомпрессора значения частоты вращения, при которых вращается вал его ротора, превышают 100000 об/мин. А из-за отработавших газов, проходящих через ТКР, температура в нём может достигать отметки в 600°С. Следовательно, среди самых нагруженных элементов агрегата можно выделить подшипники скольжения, которые должны выдерживать высокие скорости вращения ротора, и детали, контактирующие с выхлопными газами. То есть, надёжность ТКР, главным образом, определяется надёжностью работы его подшипникового узла, который должен обеспечивать работоспособность ТКР на всех режимах эксплуатации двигателя, работая под действием переменных по величине и направлению сил. Это подтверждают данные различных исследований, согласно которым именно неисправность подшипников скольжения является наиболее частой причиной поломки турбокомпрессора (от 43,8 до 47,9 % случаев).
В частности, следует обратить внимание на упорный подшипник (УП) скольжения турбокомпрессора. На его работу и гидромеханические эксплуатационные характеристики влияет множество факторов. Среди них можно выделить: режим и условия эксплуатации узла трения; скорость вращения и положение ротора; геометрия самого подшипника; качество сборки узла и всего ТКР; температура, качество и свойства используемого смазочного материала (СМ); температура окружающей среды и др. При оценке его работоспособности зачастую учитывают лишь малое количество факторов, что снижает точность определения значения допустимых нагрузок и повышает риск выхода из строя УП и, как следствие, поломки турбокомпрессора.
Наибольшее распространение для тяжелых условий работы получили упорные подшипники скольжения, работающие в режиме жидкостного трения.
Эксплуатационные характеристики роторных машин во многом определяются работоспособностью роторно-опорных узлов. К ним предъявляются высокие требования:
- достаточная несущая способность (НС) опор при малых габаритах;
- высокая виброустойчивость на всех режимах работы;
- минимальное трение и изнашивание рабочих поверхностей в течение заданного ресурса;
- малый расход смазочно-охлаждающего материала;
- возможность использования в качестве смазки рабочее тело машины;
- технологичность и удобство в эксплуатации.
Возрастание скоростей вращения, ужесточение требований по габаритам и массе, широкая география применения турботехники вызывает необходимость проведения комплексного исследования влияния теплофизических свойств и турбулентности смазочного материала, рабочих и геометрических параметров на несущую способность и характеристики упорных узлов роторных машин, а также разработку рекомендаций по проектированию и эксплуатации подшипниковых узлов.
На данный момент среди основных направлений исследований в области упорных подшипников скольжения турбокомпрессора можно выделить следующие:
- проектирование, моделирование и расчёт упорных подшипников скольжения;
- перспективные типы опор турбокомпрессоров;
- повышение эксплуатационной надёжности и несущей способности подшипников;
- применение различных по структуре и свойствам смазочных материалов;
- исследование эффективности рабочих поверхностей разных форм;
- исследование работы подшипников при различных режимах эксплуатации и условиях;
- влияние геометрических параметров, температур, смазочного материала, положения ротора и других факторов на характеристики и работу упорного подшипника и др.
В области расчета и проектирования упорных подшипников жидкостного трения (УПЖТ) опубликовано значительное количество работ. Однако построенные математические модели и предложенные методики расчета характеристик опор не учитывают ряда специфических, но важных, с точки зрения проектирования высокоскоростных машин, особенностей функционирования УПЖТ. Там, как правило, рассматриваются опоры с простой геометрией зазора; течение смазки полагается одномерным, ламинарным и изотермическим; не принимается во внимание сжимаемость СМ, в большинстве работ расчет упорных гидростатических подшипников проводится в гидравлической постановке. Поэтому исследование несущей способности и гидродинамических характеристик УПЖТ является актуальной научной задачей.
В данной научной работе проведён обзор существующих исследований в области характеристик и надёжности упорных подшипников.
Представлены результаты численного и параметрического исследования упорного гидродинамического подшипника (УГДП) скольжения с заданной геометрией колодок, применяющегося в турбокомпрессоре ТКР-8 (производство НПО «Турботехника»). Определена несущая способность подшипника с учётом свойств смазочного материала и рабочей температуры. Моделирование распределения гидродинамических давлений в смазочном слое трибосопряжения осуществлялось на основе реализации численного решения обобщенного уравнения Рейнольдса.
Параметрические исследования проводились с использованием программного обеспечения для расчёта трибосопряжений «Упорный подшипник ротора турбокомпрессора», разработанного на кафедре ЮУрГУ «Автомобильный транспорт».
На основе полученных результатов сформированы рекомендации по эксплуатации узла трения. Объектом исследования выбран упорный подшипник турбокомпрессора, работающий с различными СМ. Предметом исследования являются процессы, происходящие в смазочном слое упорного подшипника при различных тепловых условиях.
✅ Заключение
В рамках этого была усовершенствована математическая модель упорного подшипника с учетом расширенного диапазона теплового нагружения ротора турбокомпрессора при температурах. С помощью представленной модели возможно проводить расчёты при температурах от -15°С до 110°С.
Усовершенствован алгоритм расчета несущей способности и гидромеханических характеристик подшипника с учётом влияния тепловых факторов. Алгоритм предусматривает учёт вязкостно-температурных характеристик в диапазоне входных температур от -15°С до 110°С.
Определены числовые параметры математической модели, отражающей зависимость динамической вязкости смазочного материала от температуры. Получены выражения для разных марок моторных масел с разным индексом вязкости. Так, для использованного в данной работе моторного масла Mobil 1 TM FS 0W-40, безразмерные коэффициенты, входящие в трёхконстантную формулу Фогеля, имеют следующие значения: С1 = 3,51∙10-2, С2 = 1347,52, С3 = 141,10.
Сформированы рекомендации по эксплуатации упорных подшипников и выбору смазочного материала, в частности, для работы при пониженных температурах. По результатам параметрических исследований определена предельно допустимая частота вращения ротора ТКР-8 для каждого из предложенных заводом-производителем сочетаний. При превышении значения в 16775 рад/с происходит нарушение несущей способности упорного подшипника скольжения, в результате чего он перестаёт выполнять свою основную функцию. При пониженных температурах обеспечивается работоспособность на зазоре 20…40 мкм, на номинальных режимах НС достигает порядка 1000 Н на зазоре 6-7 мкм, при повышенных температурах УП выдерживает нагрузку 850 Н на частоте вращения 13404 рад/с.



