泵廣泛運(yùn)用于工業(yè)輸送領(lǐng)域中，而其中屏蔽泵是為滿足用戶的可靠性等要求研發(fā)而成的，通過(guò)把離心泵和電機(jī)整合在一個(gè)封閉容器中，采用靜密封的形式，確保泵運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠和穩(wěn)定性，該泵適用于特殊場(chǎng)合，例如運(yùn)送腐蝕性液體。由于是整體封裝，出現(xiàn)故障時(shí)維護(hù)不方便，且軸承處故障率較高。結(jié)合以上幾點(diǎn)，本文運(yùn)用對(duì)屏蔽泵進(jìn)行數(shù)值模擬的方法，從軸系間隙的這一參數(shù)角度出發(fā)，探討不同軸承間隙對(duì)水膜動(dòng)特性系數(shù)和水膜壓力分布的影響。

     K.P. Gertzos和P.G. Nikolakopoulos等利用FLUENT軟件和Bingham流體模型對(duì)水潤(rùn)滑軸承進(jìn)行了多維數(shù)值仿真計(jì)算，分析了水潤(rùn)滑軸承的承載能力和潤(rùn)滑特性，水潤(rùn)滑軸承的液膜壓力分布并不是一成不變的，而是隨著水潤(rùn)滑軸承的寬徑比作有規(guī)律的變化。根據(jù)流體潤(rùn)滑理論，不同寬徑比、不同偏心率、不同載荷、不同偏位角是影響液膜壓力分布的主要因素。葉曉琰等對(duì)海水淡化泵水潤(rùn)滑軸承的間隙進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。CABRERA等通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了水潤(rùn)滑徑向軸承的潤(rùn)滑膜壓力同時(shí)還借助于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)對(duì)水潤(rùn)滑軸承進(jìn)行理論研究，結(jié)果表明，運(yùn)用CFD 對(duì)水潤(rùn)滑軸承進(jìn)行數(shù)值模擬的結(jié)果與現(xiàn)實(shí)中的試驗(yàn)結(jié)果完全相匹配。

離心泵設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)

不同軸承間隙的離心泵內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算

1.不同軸承間隙屏蔽泵全流場(chǎng)數(shù)值模擬

通過(guò)建立不同軸承間隙的屏蔽泵全流場(chǎng)模型，進(jìn)行定常數(shù)值計(jì)算，求解出葉輪所受的徑向力的大小，對(duì)該屏蔽泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行受力分析，求解計(jì)算出軸承處的支反力。

計(jì)算得出軸承的偏心率如下：

本文中偏心率的計(jì)算主要依據(jù)軸承所承受的支撐力的大小，計(jì)算出軸承的承載量系數(shù)，結(jié)合軸承的參數(shù)，通過(guò)查表得出軸承的偏心率。

計(jì)算得出軸承的偏心率如下：

隨著軸承間隙地增大，軸承a和軸承b處的偏心率也隨著增大，并且軸承b處的偏心率比軸承a處的大。符合屏蔽泵轉(zhuǎn)子模型的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。數(shù)據(jù)表明改變軸承間隙的大小，將會(huì)影響楔形作用，從而影響水潤(rùn)滑的形成。

水膜動(dòng)特性參數(shù)的特性

本文中屏蔽泵形成水膜處的軸承為固定瓦徑向滑動(dòng)軸承，本文計(jì)算模型中軸承a和軸承b相關(guān)理論參數(shù)：軸承長(zhǎng)0.09?m;軸承直徑0.084?m;軸承半徑間隙分別為0.2?mm、0.5?mm、0.8?mm;潤(rùn)滑劑粘度1.003*e-3，軸頸轉(zhuǎn)速為2?865?r/min。軸承間隙不變時(shí)，隨著軸承偏心率的逐漸增大，軸承的無(wú)量綱剛度逐漸增大。主要原因是在全流場(chǎng)模型分析中，軸承a和軸承b處支反力變化不大，但是軸頸偏心率變大，液膜厚度變小，液膜平均壓力增加，使得液膜區(qū)域相對(duì)不厚的地方承受了更大的壓力，因此無(wú)量綱剛度增加。相對(duì)于軸承間隙為0.5?mm和0.8?mm時(shí)，軸承間隙為0.2?mm時(shí)，水膜厚度小，驗(yàn)證此處的膜厚比即可。軸頸和軸瓦的表面粗糙度分別為0.8?μm, 1.6?μm，則有λ=6.67。符合λ≥3，意味著軸承處潤(rùn)滑為完全動(dòng)壓潤(rùn)滑，具有良好的潤(rùn)滑效果且不會(huì)發(fā)生摩擦; 同時(shí)表明軸承間隙的設(shè)計(jì)是可行的 ，在軸承相關(guān)參數(shù)一定的情況下，由流體動(dòng)壓潤(rùn)滑產(chǎn)生的水膜能支撐起轉(zhuǎn)子，能保證轉(zhuǎn)子系統(tǒng)良好穩(wěn)定地運(yùn)行。屏蔽泵軸承處的潤(rùn)滑效果主要依據(jù)水膜的小膜厚以及軸頸與軸瓦的兩表面之間的粗糙度。這是由于在水膜相對(duì)于軸頸和軸瓦表面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩表面的粗糙度會(huì)對(duì)水膜的形態(tài)造成一定的影響，對(duì)水膜小膜厚的地方影響大。小膜厚處也是承受壓力大的區(qū)域。當(dāng)接觸表面凹凸不平，凸起區(qū)域比水膜最小膜厚的厚度要大時(shí)，水膜會(huì)發(fā)生破裂，使兩接觸表面直接接觸，潤(rùn)滑效果受到影響;當(dāng)表面凸起區(qū)域比水膜小膜厚要小時(shí)，水膜形態(tài)保持良好，會(huì)形成完全流體動(dòng)壓潤(rùn)滑，此時(shí)潤(rùn)滑效果良好。

2.基本參數(shù)

該泵基本參數(shù)為：運(yùn)行參數(shù)為：流量Q=140?m3/h，揚(yáng)程H=40?m，轉(zhuǎn)速n=2?865?r/min。設(shè)計(jì)葉輪幾何參數(shù)：葉輪直徑D2=205?mm，出口寬度b2=24.3?mm，葉片數(shù)Z=6。

基于以上參數(shù)，建立起不同軸承間隙的屏蔽泵全流場(chǎng)仿真模型。相對(duì)于普通離心泵，屏蔽泵具有更高的運(yùn)行可靠性，但是由于屏蔽套的存在，屏蔽泵運(yùn)行效率相對(duì)較低。該屏蔽泵主要由離心泵和屏蔽電機(jī)構(gòu)成。屏蔽泵中的葉輪固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間以屏蔽套隔開(kāi)，泵中液體由泵排出口輸送到屏蔽套中，分別經(jīng)前后軸承，回流到葉輪中。間隙液體間接起到水潤(rùn)滑效果，同時(shí)還能起到冷卻的作用。水潤(rùn)滑是以水為介質(zhì)，在軸承間隙處，由于流體動(dòng)壓效應(yīng)的作用，起到了軸承效果，當(dāng)應(yīng)用在屏蔽泵上，能很好的解決油潤(rùn)滑所帶來(lái)的缺陷，方便屏蔽泵地維護(hù)，提高安全可靠性。

初步獲得了以下結(jié)論：

1.通過(guò)結(jié)合理論公式，在軸承寬徑比等參數(shù)確定的情況下，水潤(rùn)滑軸承的動(dòng)特性無(wú)量綱剛度和阻尼系數(shù)只和偏心率有關(guān)，并隨著軸承間隙的逐漸增大。

2.通過(guò)求解不同軸承間隙形成的水膜的膜厚比，得知該分析的軸承間隙范圍內(nèi)都能形成良好的動(dòng)壓潤(rùn)滑，并隨著軸承間隙地增大，潤(rùn)滑效果也越來(lái)越好，前期的軸承設(shè)計(jì)合理可靠。

3.通過(guò)改變屏蔽泵軸承間隙，隨著軸承間隙增大，額定流量點(diǎn)下工作效率越低;揚(yáng)程也逐漸下降;而功率的變化情況較為復(fù)雜，在低流量點(diǎn)功率逐漸增大，當(dāng)流量達(dá)到一定值時(shí)，是逐漸降低的。

4.針對(duì)不同軸承間隙建立的屏蔽泵動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)受力分析可知，隨著軸承間隙地增大，軸承處所受支反力呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，但是幅度趨緩;軸承處的偏心率逐漸升高。