Обеспечение работоспособности несмазываемых охлаждаемых подшипников скольжения малорасходных турбоагрегатов на основе моделирования тепловых процессов и совершенствования конструкций

• Автор: Райковский, Николай Анатольевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 238 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. Анализ современного уровня разработок и исследований несмазываемых узлов трения компрессорных и расширительных машин и агрегатов
1.1 Анализ современного состояния конструкций, материалов и условий работы радиальных подшипников скольжения
1.1.1 Обзорный анализ конструкций несмазываемых радиальных подшипников скольжения
1.1.2 Материалы, применяемые при создании несмазываемых радиальных подшипников скольжения
1.1.3 Триботехнические характеристики несмазываемых металлополимерных радиальных подшипников скольжения
1.2 Анализ теоретических методов исследования узлов трения скольжения в компрессорных и расширительных машинах и агрегатах
1.3 Обзорный анализ экспериментальных методик исследования несмазываемых узлов
трения скольжения
1.4. Цель и задачи исследования
2. Методика расчета триботехнических характеристик и теплового состояния охлаждаемого несмазываемого металлополимерного подшипника скольжения при установившемся режиме работы
2.1 Математическая модель теплового состояния охлаждаемого несмазываемого радиального металлополимерного подшипника скольжения при установившемся режиме работы
2.1.1 Объект исследования
2.1.2 Основные допущения
2.1.3 Условия однозначности
2.1.4 Система основных расчетных уравнений
2.2 Методика расчета триботехнических характеристик и теплового состояния охлаждаемого несмазываемого радиального металлополимерного подшипника скольжения для установившегося режима работы методом энергетических балансов
2.3 Проверка математической модели на адекватность
3. Экспериментальное исследование теплового состояния и триботехнических характеристик несмазываемого радиального металлополимерного подшипника скольжения
3.1 Методика экспериментального определения коэффициента трения и скорости изнашивания
3.2 Разработка экспериментального стенда для определения триботехнических характеристик и теплового состояния несмазываемого металлополимерного радиального подшипника скольжения
3.3 Методика измерения
3.4 Результаты эксперимента и их анализ
3.4.1 Результаты эксперимента для полимерного композиционного материала Ф4К20128
3.4.2 Результаты эксперимента для полимерного композиционного материала Ф4РМ (радиационно модифицированный фторопласт)
3.4.3 Результаты эксперимента для полимерного композиционного материала 7В-2А
3.4.4 Результаты сравнительного анализа триботехнических характеристик для исследуемых полимерных материалов
4. Параметрический анализ влияния конструктивных и режимных параметров несмазываемого охлаждаемого металлополимерного подшипника скольжения на его температуру в зоне трения

4.1 Результаты численных исследований влияния охлаждения поверхностей, образующих серповидное пространство металлополимерного подшипника скольжения на температуру
его трущихся поверхностей
4.2 Результаты численных исследований влияния охлаждения внешней поверхности несмазываемого металлополимерного подшипника скольжения на его температуру в зоне трения
4.3 Результаты численных исследований влияния охлаждения поверхности отверстия в валу на температуру в зоне трения несмазываемого металлополимерного подшипника скольжения
4.4 Анализ влияния диаметра наружной поверхности вала, угла контакта и длины подшипника на эффективность систем охлаждения несмазываемого металлополимерного подшипника скольжения
4.5 Сравнительный анализ эффективности исследуемых систем охлаждения несмазываемого металлополимерного подшипника скольжения
5. Практическая реализация результатов моделирования и исследования тепловых полей и триботехнических характеристик несмазываемых охлаждаемых радиальных металлополимерных подшипников скольжения
5.1 Методика оценки ресурса несмазываемого охлаждаемого радиального метаплополимерного подшипника скольжения и затрат мощности на механическое трение за период эксплуатации
5.1.1. Режим приработки
5.1.2. Установившийся режим работы узла
5.1.3 Алгоритм методики оценки ресурса и затрат мощности за период эксплуатации несмазываемого охлаждаемого металлополимерного подшипника скольжения малорасходного турбоагрегата
5.2 Разработка конструкций несмазываемых охлаждаемых радиальных металлополимерных подшипников скольжения для малорасходных турбоагрегатов
5.3 Экспериментальная оценка работоспособности конструкции несмазываемого охлаждаемого радиального металлополимерного подшипника скольжения на базе малорасходного турбоагрегата
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение А
Приложение Б
Приложение В

ВВЕДЕНИЕ
Создание технологических и энергетических компрессорных и расширительных машин и агрегатов без подачи смазки к узлам трения является одним из активно развивающихся направлений в современной технике [8, 38, 64, 71, 88, 89, 103, 106, 111, 117 и др.]. Это связано, во-первых, с ужесточением требований к чистоте рабочего газа, а во-вторых, с тем, что для многих агрессивных и взрывоопасных газов попадание в них масла вообще недопустимо. Уместно заметить, что даже небольшое содержание масла в газе вызывает замасливание теплообменных аппаратов и существенно снижет их тепловую эффективность [31, 72]. Другим важным достоинством
несмазываемых машин и агрегатов является то, что в значительной мере упрощается их конструкция, облегчается обслуживание и сокращается число аварийных остановок в целом [31]. Применение несмазываемых машин и агрегатов особенно актуально для мобильных установок, а также для технологических и энергетических объектов, эксплуатируемых в условиях районов Крайнего Севера, где существенную часть времени в течение года температура находится на отметке значительно ниже нуля градусов Цельсия.
Основная трудность в создании несмазываемых машин и агрегатов состоит в разработке надежных уплотнений и опор, что обусловлено высокой теплонапряженностью деталей, трудностью отвода теплоты от узлов трения [89].
Объектом нашего исследования являются охлаждаемые несмазываемые радиальные подшипниковые узлы трения скольжения малорасходных компрессорных и расширительных турбоагрегатов.
Предметом исследования является система охлаждения радиальных подшипниковых узлов трения скольжения малорасходных компрессорных и расширительных турбоагрегатов.
Выбор объекта и предмета исследования обусловлен тем, что условия работы таких подшипниковых узлов характеризуются постоянными по

Основным уравнением, используемым в зарубежной практике для расчета величины линейного износа (ЛЪ, мм), как полимерных подшипников, так и полимерных уплотнительных колец, является уравнение Арчарда [74], учитывающее скорость скольжения (о, м/с), среднее нормальное контактное давление (Рк.ср, МПа) и время работы сопряжения (т, ч.):
АЬ - К -о-Ркср г (1.8)
Параметр К (коэффициент изнашивания) определяется экспериментально и зависит от нагрузки, плотности материала и его твердости [74].
Из рассмотренных методов оценки затрат мощности на механическое трение и оценки ресурса узлов трения видно, что они не учитывают всех эксплуатационных параметров, которые могут существенно влиять на работу пары трения. В большинстве случаев коэффициент трения принимается постоянным, что является грубым допущением, вносимым неверные
представления о тепловом состоянии пары трения и прилегающих
конструкций, а также неверное представление о затратах мощности на механическое трение и т.д. Особенно недостаточно проработан данный вопрос для несмазываемых подшипников скольжения.
В трибологии существует ряд фундаментальных методик для расчета коэффициента трения и ресурса узлов трения из полимерных материалов, которые включают большое количество факторов, но которые, ввиду
сложности, не получили широкого расспрастранение в инженерной практике. В качестве примера приведем уравнение для определения силы и коэффициента трения при упругом ненасыщенном контакте.
Общую силу трения, учитывающую размер неровности (Я, К), величину внедрения микронеровности (/гг), модуль упругости (£), коэффициент Пуассона (//) и ряд эмпирических коэффициентов (у - параметр опорной поверхности; к/ - коэффициент, зависящий от параметра V; t0,P) можно записать в виде [79]:
= ОЯ-а -Ч-Е
1-м (-м2)ЧЯ