Повышение несущей способности упорных подшипников скольжения турбокомпрессоров текстурированием поверхностей трения

• Автор: Чернейко, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 110 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Основные конструкции упорных подшипников скольжения ТК и анализ условий их эксплуатации
1.2. Обзор направлений исследований упорных подшипников скольжения
1.3. Влияние шероховатости и текстурирования несущей поверхности на гидромеханические характеристики упорных подшипников скольжения
1.4. Цель и задачи исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА УПОРНЫХ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ С ЛАЗЕРНЫМ ТЕКСТУРИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТИ
2.1. Геометрия упорного подшипника скольжения
2.2. Модель смазочного материала
2.3. Определение поля гидродинамических давлений в смазочном слое упорного подшипника скольжения с лазерным текстурированием поверхности
2.4. Многосеточный метод решения уравнения Рейнольдса
2.5. Алгоритм расчета несущей способности и гидромеханических характеристик сопряжения
2.6. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Описание экспериментального стенда
3.2. Постановка задач и планирование эксперимента
3.3. Обработка результатов экспериментальных исследований
3.4. Результаты эксперимента
3.5. Сравнение экспериментальных и расчетных исследований

3.6. Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УПОРНОГО ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ С ЛАЗЕРНЫМ
ТЕКСТУРИРОВАНИЕМ ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ
4.1. Исследование влияния параметров лазерного текстурирования
поверхности трения на несущую способность подшипника
4.2. Оптимизация параметров поверхности сегментов подпятника
4.3. Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБ ОЗНАЧЕНИЙ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А.
Приложение Б.
Приложение В.

ВВЕДЕНИЕ
Турбокомпрессоры (ТК) в настоящее время получили широкое распространение в энергетическом [14-16] и транспортном машиностроении. Наибольшее применение в последнее время ТК нашли в системе наддува двигателей внутреннего сгорания (ДВС), что позволяет значительно увеличить эффективную мощность двигателя, снизить удельный расход топлива. Для создания достаточного давления наддува ротор ТК должен вращаться с очень высокой скоростью, достигающей 10000-25000 1/с.
Одними из основных элементов, определяющих надежную работу ТК, являются узлы трения. В частности, для ограничения осевого движения ротора турбокомпрессора применяются упорные гидродинамические подшипники скольжения (ПС). Упорный ПС со стороны компрессора воспринимает осевые усилия, действующие на ротор в направлении от турбины к компрессору и должен обладать достаточной несущей способностью и надежностью в условиях высоких рабочих температур. Для охлаждения и повышения надежности ПС к ним подается под давлением моторное масло.
Ресурс ТК во многом определяет конструкция подшипников скольжения. Обычно упорный ПС состоит из пяты, вращающейся вместе с ротором, и неподвижного подпятника. Широкое распространение получили гидродинамические упорные ПС с макропрофилированием поверхности трения подпятника в виде сегментов с наклонными поверхностями, «ступеньками Рэлея» или иным профилем. В то же время в машиностроении для повышения несущей способности (НС) все большее распространение получает микропрофилирование поверхностей трения.
Положительный опыт использования одного из перспективных современных способов микропрофилирования - лазерного текстурирования (создание определенных свойств микропрофиля поверхности трения с помощью обработки лазерными импульсами) (ЛТ) для повышения НС различных трибосопряжений позволяет применить такой вид обработки и для упорных ПС турбокомпрессоров ДВС.

значительно. Было доказано, что лазерное текстурирование эффективно не только при жидкой (несжимаемой) смазке, но также и в сухих газовых уплотнениях.
Текстурированную поверхность можно использовать для устранения «зали-пания» и адгезии в точных устройствах [44]. Сегодня данное свойство текстури-рованной поверхности исследуется на коммерческой основе у всех производителей жестких дисков [73]. В таких устройствах максимальная толщина слоя составляет всего несколько нанометров и поддержание постоянной толщины слоя необходимо для их нормальной работы. Хотя текстурирование можно использовать для контроля различных процессов (адгезии и «залипания»), в данной работе исследуются гидродинамические свойства текстурированной поверхности.
1.4 Цель и задачи исследования
Всё вышесказанное позволяет сформулировать цель исследования, которая заключается в повышении несущей способности гидродинамических упорных подшипников скольжения турбокомпрессоров текстурированием поверхностей трения.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать математическую модель процессов, происходящих в смазочном слое гидродинамического упорного ПС с различными типами лазерного тексту-рирования поверхностей трения сегментов и учетом, в общем случае, неньютоновских свойств применяемых масел.
2. Разработать алгоритм и программу расчета несущей способности и гидромеханических характеристик упорных ПС с лазерным текстурированием поверхностей сегментов
3. Провести экспериментальные исследования для оценки адекватности разработанной математической модели.
4. Исследовать влияние параметров лазерного текстурирования поверхности трения на несущую способность и гидромеханические характеристики упорных подшипников.