海水淡化高壓泵水潤滑軸承水膜動力特性研究.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)已成為世界各國解決沿海區(qū)域淡水資源危機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，它采用兩端水潤滑軸承支撐的多級泵結(jié)構(gòu)，有利于提高效率，簡化泵的結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備制造成本，同時也可有效避免因密封泄漏引起的水污染。水潤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轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，因此深入研究海水淡化高壓泵水潤滑軸承水膜的動力學(xué)特性，分析多種工況下水潤滑

2、軸承的水膜力-轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)瞬態(tài)動力響應(yīng)特性，解決我國海水淡化工程中關(guān)鍵動力裝備的主要科學(xué)問題，對我國海洋資源的有效利用和緩解我國淡水危機具有十分重要的意義。本文是在國家自然基金項目《海水淡化高壓泵水潤滑軸承-轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)瞬態(tài)動力特性研究》課題的支持下完成的，主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)簡要介紹了流體動壓潤滑理論，對水潤滑軸承液膜進(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水潤滑軸承-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，隨著轉(zhuǎn)速的增加，不同間隙下軸頸渦動軌跡的變化情況差異較大，當(dāng)半徑間隙小于0.2mm時，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，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在低于1500r/min運行時，水潤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，水潤滑軸承半徑間隙不宜大于0.20mm，在3000r/min運行時，半徑間隙為0.15mm時系統(tǒng)的穩(wěn)

4、定性最好。
　　(2)依據(jù)海水淡化高壓多級泵的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計了由主軸驅(qū)動系統(tǒng)、水潤滑軸承機械裝置部分和信號測試采集系統(tǒng)等組成的水潤滑軸承試驗臺。在主軸上均勻放置四個圓盤來模擬海水淡化多級泵在運行過程中多級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，操作簡單，調(diào)整方便，有效的簡化了加載方式。采用壓力脈動傳感器和電渦流位移傳感器對軸承水膜周向壓力分布和軸心軌跡進(jìn)行測試，采用AVANT型數(shù)據(jù)采集與分析儀對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)

5、行采集。針對不同半徑間隙（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)計了48組試驗方案，在水潤滑軸承試驗臺上實行干轉(zhuǎn)子試驗，并對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行采集。該試驗臺很好的模擬了多級泵在實際運行過程中的工作狀態(tài)。
　　(3)對采集的48組試驗數(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)速對軸心軌跡以及軸承周向壓力分布的影響。試驗結(jié)果表明:進(jìn)水壓力對系統(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，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，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