海水淡化高壓泵水潤(rùn)滑軸承水膜動(dòng)力特性研究.pdf

1、隨著全球淡水資源的日漸短缺，優(yōu)先發(fā)展海水淡化技術(shù)已成為世界各國(guó)解決沿海區(qū)域淡水資源危機(jī)的重要手段和必然選擇。海水淡化系統(tǒng)中，海水淡化高壓泵是反滲透海水淡化系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備，它采用兩端水潤(rùn)滑軸承支撐的多級(jí)泵結(jié)構(gòu)，有利于提高效率，簡(jiǎn)化泵的結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備制造成本，同時(shí)也可有效避免因密封泄漏引起的水污染。水潤(rùn)滑軸承作為主要的彈性支撐部件，其性能好壞直接影響整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，因此深入研究海水淡化高壓泵水潤(rùn)滑軸承水膜的動(dòng)力學(xué)特性，分析多種工況下水潤(rùn)滑

2、軸承的水膜力-轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)特性，解決我國(guó)海水淡化工程中關(guān)鍵動(dòng)力裝備的主要科學(xué)問題，對(duì)我國(guó)海洋資源的有效利用和緩解我國(guó)淡水危機(jī)具有十分重要的意義。本文是在國(guó)家自然基金項(xiàng)目《海水淡化高壓泵水潤(rùn)滑軸承-轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)瞬態(tài)動(dòng)力特性研究》課題的支持下完成的，主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　(1)簡(jiǎn)要介紹了流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論，對(duì)水潤(rùn)滑軸承液膜進(jìn)行三維建模和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，采用流固耦合方法對(duì)水潤(rùn)滑軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行瞬態(tài)數(shù)值模擬，得到了不同半

3、徑間隙和不同轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡變化規(guī)律。結(jié)果表明:當(dāng)進(jìn)水壓力p=0.1MPa時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，不同間隙下軸頸渦動(dòng)軌跡的變化情況差異較大，當(dāng)半徑間隙小于0.2mm時(shí)，轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好。當(dāng)進(jìn)水壓力p=0.2MPa時(shí)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在低于1500r/min運(yùn)行時(shí)，水潤(rùn)滑軸承半徑間隙宜取大于0.20mm有利于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定;當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，水潤(rùn)滑軸承半徑間隙不宜大于0.20mm，在3000r/min運(yùn)行時(shí)，半徑間隙為0.15mm時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)

4、定性最好。
　　(2)依據(jù)海水淡化高壓多級(jí)泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了由主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、水潤(rùn)滑軸承機(jī)械裝置部分和信號(hào)測(cè)試采集系統(tǒng)等組成的水潤(rùn)滑軸承試驗(yàn)臺(tái)。在主軸上均勻放置四個(gè)圓盤來模擬海水淡化多級(jí)泵在運(yùn)行過程中多級(jí)泵上所承受的徑向載荷，通過調(diào)整圓盤外徑、厚度或數(shù)量來調(diào)整載荷大小，操作簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，有效的簡(jiǎn)化了加載方式。采用壓力脈動(dòng)傳感器和電渦流位移傳感器對(duì)軸承水膜周向壓力分布和軸心軌跡進(jìn)行測(cè)試，采用AVANT型數(shù)據(jù)采集與分析儀對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)

5、行采集。針對(duì)不同半徑間隙（0.15mm、0.20mm、0.25mm和0.30mm）、不同轉(zhuǎn)速(1500r/min、2000r/min、2500r/min和3000r/min)和不同進(jìn)水壓力(0.1MPa、0.2MPa和0.3MPa)設(shè)計(jì)了48組試驗(yàn)方案，在水潤(rùn)滑軸承試驗(yàn)臺(tái)上實(shí)行干轉(zhuǎn)子試驗(yàn)，并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行采集。該試驗(yàn)臺(tái)很好的模擬了多級(jí)泵在實(shí)際運(yùn)行過程中的工作狀態(tài)。
　　(3)對(duì)采集的48組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究了不同半徑間隙、不同

6、進(jìn)水壓力和不同轉(zhuǎn)速對(duì)軸心軌跡以及軸承周向壓力分布的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:進(jìn)水壓力對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響不大，在小間隙高轉(zhuǎn)速的情況下，保證一定的進(jìn)水壓力有利于提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而在大間隙低速情況下，進(jìn)水壓力對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較小，進(jìn)水壓力的最佳選擇為0.2MPa;轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大，在軸承的半徑間隙小于0.2mm時(shí)，轉(zhuǎn)速增大有利于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，而當(dāng)半徑間隙大于0.2mm時(shí)，降低轉(zhuǎn)速有利于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，當(dāng)半徑間隙為