Методи розрахунку гідростатичного підйому валів та режимів гідростатодинаміки опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет

“Харківський політехнічний інститут”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.02.02 - Машинознавство

Методи розрахунку гідростатичного підйому валів та режимів гідростатодинаміки опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами

Рязанцев Олексій Іванович

Харків 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: Доктор технічних наук, професор Токар Йосип Якович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Міністерство освіти і науки України, професор кафедри “Водопостачання, каналізація і гідравліка”

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор Марцинковський Володимир Альбінович, Сумський державний університет, Міністерство освіти і науки України, завідувач кафедри “Загальна механіка та динаміка машин”

Доктор технічних наук, доцент Доценко Володимир Миколайович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, Міністерство освіти і науки України, професор кафедри “Проектування авіаційних двигунів”

Провідна установа: Інститут проблем машинобудування імені А.М. Підгорного НАН України, м. Харків.

Захист відбудеться “ 20 “ березня 2002 р. о 1630 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.10 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.

Автореферат розісланий 18 лютого 2002 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Бортовой В.В.

1. Загальна характеристика роботи

гідростатика тертя неньютонівський рейнольдс

Актуальність теми

Дана тема дисертації виникнула через необхідність рішення питань, пов'язаних із пожежонебезпекою мінеральних мастил, що широко застосовуються в даний час, як у нашій країні, так і за рубежем. Добре відомі пожежі, що виникнули на Экібастузській, Сирдар'їнській ГРЕС, Чорнобильської АЕС і багатьох інших, що супроводжувалися виходом із ладу турбоагрегатів, обвалом стріхи електростанцій, людськими жертвами і величезними матеріальними втратами. Не менш важливо рішення проблеми пожежнобезпечних мастил на газо- і нафтоперекачующіх станціях, у хімічній промисловості і т.д. Ця проблема не була вирішена і за рубежем, незважаючи на її актуальність. Патенти на винаходи США, Японії, Німеччини, країн СНД, присвячені розробці пожежнобезпечних мастил, заснованих на водяних розчинах високомолекулярних з'єднань із різноманітними добавками, не знайшли застосування в практиці по таких причинах. Розчини, що містять високомолекулярні з'єднання, попадаючи в поле помітних тангенціальних напруг, якими є заповнені мастильною рідиною зазори між обертовими і нерухомими частинами підшипника, незабаром утрачають початкову грузькість і викликають корозію конструкційних матеріалів. Професору Й.Я. Токарю і його співробітникам вдалося усунути ці дефекти шляхом створення негорючої неньютонівської рідини (ННР), грузькість якої забезпечує надійну роботу опор тертя і не викликає корозії конструкційних матеріалів.

Існує великий клас вогнебезпечних мастильних рідин, початок яких призначено змазкою ОМТІ, запропонованої ВТІ (Москва). Їхня температура запалення перевищує 6000чС, що цілком задовольняє потреби енергетики, проте використання цих рідин призводить до підвищення температур опор тертя і мастила, утрат тертя. Їх неможливо використовувати при мастилі підшипників турбоагрегатів, що знаходяться в торцевих щитах цих машин, а також при змащуванні ущільнень роторів турбогенераторів, тому що влучення парів цих мастил на обмотки, що працюють під високою напругою, руйнує їх. Вартість таких мастил у 5 і більш раз вище, чим вартість турбінного та інших мінеральних мастил. Відзначимо, що вартість згаданої вище негорючої неньютонівської рідини (ННР), запропонованої фірмою "Гідромеханіка" і розробленої під керівництвом проф. Й.Я. Токаря, приблизно в 10 разів нижче, ніж вартість мінерального масла, при цьому температура мастила і деталей підшипника, а також механічні втрати в них різко падають щодо цих параметрів при змащуванні мінеральними оліями і, тим більше, мастилом ОМТІ та її аналогами.

Для багатьох машин, що швидко обертаються, у тому числі турбін, турбогенераторів і т.д., характерної є висока несуча спроможність при їхній роботі на номінальному режимі. Це обумовлено великими окружними швидкостями обертової частини опор і порівняно невисоким навантаженням на них. У той же час ці машини повинні надійно працювати при низьких частотах обертання, хоча час роботи на цих частотах несумірне менше, ніж час роботи при номінальних швидкостях обертання. При малих частотах обертання несуча спроможність опор тертя різко падає. Тоді застосовується підвід мастила високого тиску, який необхідно здійснювати на областях порівняно малої площі, оскільки ці області подають поглиблення на несучій поверхні опор тертя, що знижують несучу спроможність опори, що працює в номінальному режимі при відключеному підводі мастила високого тиску.

Існує ще одна проблема, що виникає при застосуванні гідростатичного підйому валів (при підводі мастила високого тиску). Вона полягає у тому, що необхідно знати частоти обертання, при яких повинний відключатися і включатися гідропідйом, відповідно, при наборі оборотів і зупинці турбоагрегату. Проте методи класичної теорії, раніше розроблені для рішення задач ньютонівського змащування, стають негожими для випадку змащування неньютонівськими рідинами.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота виконана за темою: "Деякі задачі гідродинамічної теорії руху неньютонівських рідин" 1999 - 2004 р.р. (Протокол засідання кафедри №3 від 29.12.1998 р.).

Мета і задачі дослідження

Метою дисертаційної роботи є рішення задач гідростатики та гідростатодинаміки опор тертя при змащуванні їх негорючими неньютонівськими рідинами. Розробка методів розрахунку на основі цих рішень. Проведення чисельного аналізу впливу основних геометричних характеристик підшипників на робочі параметри. Видача рекомендацій до проектування опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами.

Предметом дослідження є застосування неньютонівської рідини у якості мастила опор тертя машин, що швидко обертаються.

Об'єктом дослідження є процеси, які протикають у змащувальному шарі при застосуванні гідростатичного підйому в опорах тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами.

Методи дослідження. При вирішенні гідростатичної та гідростатодинамічної задач змащування неньютонівськими рідинами було використано метод Зайделя у сполученні з методом послідовних наближень, що дозволило отримати досить точні рішення обох задач. Вирішення гідростатодинамічної задачі виконано з урахуванням гідравлічних опорів регулюючих пристроїв, встановлених перед входом мастила в області підводу мастила високого тиску, шляхом використання метода Ньютона. Виконано експериментальні дослідження процесів гідростатики та гідростатодинаміки в опорних та упорних підшипниках, що змащуються неньютонівськими рідинами.

Наукова новизна одержаних результатів

Наукова новизна роботи полягає в рішенні задач гідростатики та гідростатодинаміки опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами, а також у розробці алгоритмів рішення цих задач. Запропоновані в роботі алгоритми дають швидку збіжність при рішенні істотно нелінійних задач і можуть виконуватися в інженерній практиці проектування машин та їх удосконалення в умовах експлуатації.

Практичне значення одержаних результатів

Практична цінність даної роботи полягає у використанні рішень, алгоритмів і програм розрахунків гідростатичного підйому валів в опорах тертя і гідростатодинамічних процесів. Як показано у даній роботі, виконання таких розрахунків дозволяє знаходити геометричні співвідношення, при яких забезпечуються оптимальні або раціональні робочі параметри опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами.

Особистий внесок автора

Одержання рішень задач гідростатики та гідростатодинаміки опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами. Проведення, на основі цих рішень, чисельного аналізу впливу геометричних параметрів опор тертя на їхні основні робочі характеристики. Проведення експериментальних досліджень опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами. Видача рекомендацій по проектуванню опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами.

Апробація результатів дисертації

Результати та основні положення дисертації доповідалися: на 54-й науково-технічній конференції Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури, підсекція гідравліки (м. Харків) у 1999 р., на науково-технічній конференції “Будівництво та архітектура - погляд у XXI століття”, секція “Людина та навколишнє середовище” (м. Харків) у 2000 р.

Публікації

За результатами роботи опубліковано 5 наукових праць: 3 статті в науково-технічних збірках та 2 доповіді на науково-технічних конференціях.

Структура і обсяг дисертації.

Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Повний обсяг дисертації 163 сторінки, 57 ілюстрацій і 6 таблиць по тексту, 75 використаних літературних джерел, 6 додатків.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність роботи, обумовлена необхідністю рішення питань, пов'язаних із упровадженням вогнестійких і негорючих мастил, сформульовані ціль і задачі досліджень, наукова новизна, практична цінність роботи.

У першому розділі проведений аналітичний аналіз робіт, пов'язаних із створенням вогнестійких і негорючих мастил, методів рішення задач гідродинамічної теорії змащування, а також методів виміру грузькісних властивостей неньютонівских рідин і основних робочих параметрів опор тертя.

Існує два основних напрямки рішення проблеми пожежонебезпеки застосовуваних у даний час мастил:

- створення масел із високою температурою самозапалювання, які називаються вогнестійкими;

- створення негорючих мастильних рідин на основі водяних розчинів.

Проводиться аналіз основних властивостей цих мастил. При оцінці існуючих методів рішення задач гідродинамічної теорії змащування для ньютонівських і неньютонівських рідин, можна зробити такі висновки:

1. Опубліковані раніше роботи, присвячені рішенню задач гідростатики і гідростатодинаміки змащування опор тертя ньютонівськими рідинами, незважаючи на їхню коректність і практичну цінність, не можуть бути використані для рішення задач змащування неньютонівськими рідинами, що мають принципово інші грузькісні характеристики.

2. При рішенні задач змащування неньютонівськими рідинами можуть бути збережені принципові підходи, раніше застосовані для рішення деяких неізотермічних задач змащування ньютонівськими рідинами.

3. Раніше отримані рішення гідродинамічної теорії змащування неньютонівськими рідинами дуже громіздкі і не забезпечують потрібної точності визначення основних робочих параметрів.

У другому розділі приводиться висновок модифікованого рівняння Рейнольдса для випадку гідростатичної задачі змащування неньютонівськими рідинами.

Система рівнянь Рейнольдса з урахуванням неньютонівських властивостей рідини, коли грузькість залежить від швидкості відносних деформацій і, отже, є функцією трьох координат, записується у формі

, , , (1)

Тут X,Y,Z - координати точок прошарку мастила (мал.1), U,V,W - компоненти швидкості рідини, Р - тиск, - коефіцієнт абсолютної грузькості. Залежність останнього розміру від швидкості відносної деформації визначається експериментально для кожної конкретної неньютонівської рідини, тому вважається відомою функцією.

Проінтегрував перше рівняння системи (1), одержимо

(2)

Оскільки при гідростатичному підйомі валів має місце тільки пуазейлевий плин, константу С1 визначаємо з умови

.

Використовуючи вираження (2), одержуємо

.

Проінтегрував рівняння (2), одержимо

З огляду що , при одержимо

,

, .

Означив

Одержимо

. (3)

Оскільки вид першого і другого рівнянь системи (1) та їхні граничні умови для швидкостей аналогічні, для швидкості одержимо вираження

. (4)

Підставивши (3) і (4) у четверте рівняння системи (1) і проінтегрував його по товщині плівки, одержимо модифіковане рівняння Рейнольдса

або у безрозмірному виді

, (5)

, , , , , , ,

, .

Тоді компоненти безрозмірних швидкостей отримають вид

, . (6)

Тут умовна кутова швидкість

, , .

Рівняння (5) уявимо в кінцево-різницевому виді

, .

Тоді замість рівняння Рейнольдса (5) одержимо

, (7)

, , , .

Товщина плівки виражається формулою

.

Система рівнянь (1) вирішується методом Зайделя при таких граничних умовах:

P( )=Pо , де - контур, що описує межа області підводу мастила високого тиску, Ро - тиск в області підводу мастила,

P=0 на зовнішніх межах несучої поверхні Г (мал.1б).

У випадках, коли області розташовані симетрично щодо осей і похідні і рівні нулю на відповідних осях, що є підставою вважати

P(i,-1)=P(i,1) і P(-1,j)=P(1,j).

У тих випадках, коли осьова симетрія не дотримується, використовуються перші дві граничних умови і розглядається несуча поверхня в цілому.

Оскільки рівняння (5) і його кінцево-різницевий аналог (7) є істотно нелінійними, зазначена задача вирішується в такій послідовності. Спочатку визначається поле тисків при довільному значенні поля грузькостей. По знайденому полю тисків визначаються локальні значення швидкостей потоку і швидкостей відносних деформацій. По ним відшукується тривимірне поле грузькості, що дозволяє, фіксуючи його, уточнити поле тисків. Далі обчислення повторюються до забезпечення потрібної точності визначення поля тисків.

Основні безрозмірні робочі параметри визначаються чисельним інтегруванням поля тисків і його похідних. У результаті отримаємо

, , ,

, , .

Тут Т - несуча спроможність, Qx , Qz - витрати мастила в окружному й осьовому напрямках, R - радіус вала, д -- радіальний зазор.

Таким чином, описаний метод розрахунку дозволяє визначити розподіл тисків і основних робочих параметрів опори - несучу спроможність і витрати мастила.

Добір насоса, що здійснює гідростатичний підйом, провадиться шляхом побудови характеристики підшипника та пошуку точки її перетинання з характеристикою насоса. Під характеристикою підшипника будемо розуміти залежність витрати через підшипник від тиску мастила в області підводу Pо.

Побудова цієї характеристики провадиться по такому алгоритму. Задавшись довільним значенням тиску Pо і мінімальною товщиною плівки Hmin , знаходимо несучу спроможність Т. Знаючі навантаження, що діє на підшипник N, визначаємо Pо , що відповідає цьому навантаженню

При цьому значенні P01 і зафіксованому значенні Hmin,, знаходимо витрати мастила через області підводу. Далі розрахунок повторюється для ряду значень Hmin, що дає пари значень Ро і сумарних витрат

Q=Qx+Qz.

У третьому розділі описуються результати чисельного аналізу впливу геометричних параметрів опори тертя (відносних зазорів, ширини і ексцентриситету розташування центру вала, числа і розташування областей підводу мастила високого тиску) на їхні основні робочі характеристики. Аналіз проведений із використанням рішення задачі про гідростатичний підйом, описаного у другому розділі дисертації.

Базовий діаметр підшипника, для якого був проведений аналіз, складав 400 мм, ширина - 390 мм.

Встановлено що:

- має місце максимум несучої спроможності для випадків двох і чотирьох областей підводу мастила високого тиску, що знаходиться в діапазоні

0015 ... 0,0025

Для випадку трьох областей раціональним діапазоном значень є 0,0005 … 0,001;

- відносна площа областей підводу мастила не повинна перевищувати

0,14…0,16 (- площа областей підводу мастила, );

- раціональний розмір безрозмірної ширини підшипника знаходиться в діапазоні B/D = 0.7…0,9;

- раціональний розмір

для двох областей підводу мастила, знаходиться у діапазоні 0,4…0,7, для трьох областей розмір

повинний знаходиться у діапазоні 0,55…0,65. Для чотирьох областей близькі до максимуму несучі спроможності доставляють 0,375 … 0,55 і 0.45…0...55.

У цьому розділі приводиться метод визначення робочої точки насоса, що забезпечує гідростатичний підйом, а також тиску, що повинний розвивати цей насос у момент відриву вала від вкладишу підшипника.

У четвертому розділі дисертації викладається рішення модифікованого рівняння Рейнольдса гідродинамічної теорії змащування неньютонівськими рідинами. У цьому рівнянні враховуються ефекти, обумовлені обертанням стінки опори і підводом мастила високого тиску в окремі області, розташовані на несучій поверхні. Щоб визначити частоти обертання, при яких підвід мастила високого тиску повинний бути відключений або включений, необхідно вирішити гідростатодинамічну задачу змащування.

Система рівнянь Рейнольдса (1) зберігається такою же, як для випадку, гідростатичного підйому. Змінюються граничні умови для швидкостей і тисків, оскільки вал перестає бути нерухомим, а витрати через окремі області підводу мастила різноманітні.

Інтегруючи перше рівняння системи (1) з урахуванням обертання стінки вала, одержимо вираження для компоненти швидкості в радіальному напрямку

.

Тут - лінійна швидкість обертання точок поверхні вала.

Осьова складова, що отримана інтегруванням другого рівняння цієї системи, буде мати вид

.

Підставивши отримані вираження для швидкостей у четверте рівняння системи рівнянь Рейнольдса, проінтегрував його по товщині мастильної плівки і привівши до безрозмірного виду, отримаємо ще одне модифіковане рівняння Рейнольдсу

. (8)

Тут - безрозмірна товщина плівки,

, - товщина плівки,

, , , ,

.

Залежність, коефіцієнта абсолютної грузькості від швидкості відносної деформації, що відбиває неньютонівські властивості рідини і визначається експериментально, може бути апроксимована кусочно-гладкими параболічними і гіперболічними функціями (див. мал.3).

Безрозмірна товщина мастильного прошарку в радіальному підшипнику описується вираженням

. (9)

Тут - відносний ексцентриситет,

,

ексцентриситет, - кут лінії центрів

Граничними умовами для рівняння (8) є нулі на контурі, що обмежує несучу поверхню і тиски в областях підводу мастила високого тиску на контурах цих областей. Останні повинні визначатися з рішення рівняння Рейнольдса і системи интегро-диференціальних рівнянь, що описують витрати через області підводу мастила високого тиску.

Вважаючи, що рішення цієї системи можливо (воно приводиться нижче), опишемо рішення рівняння (8). Для цього нанесемо на несучу поверхню сітку з нерівномірними кроками, як показано на мал. 5. Поблизу областей підводу мастила високого тиску крок сітки зменшений. Це диктується необхідністю визначення витрат із достатньою точністю. Замінивши похідні рівняння (8) кінцево-різницевими відношеннями отримаємо

, (10)

i = 0,1 … N; j =--1,0,1 … M.

, ,

,

, ,

i = 1,2, … N; j = 0,1,2, … M, ,

- кроки сітки.

При відомих значеннях тисків на межах областей підводу мастила, рішення системи рівнянь (10) провадиться подібно тому, як це робилося при рішенні системи (7).

Приступаючи до визначення тисків в областях 1 і 2 (див. мал.5), уявимо тиск у мастильному прошарку у виді

. (11)

Тут - число областей підводу мастила високого тиску, - номер області, - тиски в них. Коефіцієнти і визначаються таким засобом. Вважаючи тиску у всіх камерах рівним нулю, обчисляємо поле тисків, використовуючи метод Зайделя. Відповідно до (11) знаходимо коефіцієнти в усіх вузлах сітки, прирівнявши їх тискам у цих вузлах. Далі, вважаючи

обчисляємо поле тисків і послідовно визначаємо коефіцієнти в усіх вузлах сітки по формулі

,

що легко одержати з вираження (11). Зв'язки між перепадом тиску на жиклерах, установлених на вході в кожну область підводу мастила, і витратою через них записуються у виді

, (12)

де - тиск мастила, забезпечуваний насосом високого тиску, - гідравлічна постійна жиклера. Рівняння (12) утворять систему интегро-диференціальних рівнянь щодо .

Висловивши витрати мастила по контурі кожної області через , і використовуючи формулу (11), одержимо замість системи интегро-диференціальних рівнянь систему трансцендентних алгебраїчних рівнянь щодо невідомих . Ця система вирішувалася по ітераційному методу Ньютона.

У п'ятому розділі приводяться результати чисельного дослідження впливу геометричних параметрів опорних підшипників на основні робочі параметри опор тертя для випадку змащування неньютонівськими рідинами. Зазначено метод відшукування оптимальних або раціональних параметрів, у тому числі, відносного радіального зазору, відносного розміру областей підводу мастила високого тиску і їхнього розташування, безрозмірної ширини підшипника на несучу спроможність (мінімальну товщину плівки) і витрати мастила, забезпечувані насосами низького і високого тиску.

Чисельні дослідження проводилися для того ж базового підшипника., працюючого при частоті обертання 314 1/с. Аналіз впливу безрозмірних геометричних параметрів на основні робочі характеристики підшипника проводився при частоті обертання 10,5 1/с, тиску мастила 19622ккН/м2, навантаженню на підшипник - 219 кН, при чотирьох областях підводу мастила високого тиску.

Встановлено що:

- раціональна область розмірів відносних зазорів для проходження режимів гідростатодинаміки, знаходиться поблизу 0,001; для роботи на номінальних режимах раціональні значення відносних зазорів знаходяться поблизу 0,002;

- раціональний розмір відносної площі областей підводу мастила складає порядку 0,04;

- діапазони розмірів

0,325 … 0,375 і 0,44…0,56

є раціональним для режиму гідростатодинаміки;

- у діапазоні 0,85…0,95 знаходиться раціональне значення безрозмірної ширини підшипника.

Шостий розділ дисертації присвячений експериментальному визначенню неньютонівських характеристик мастила ННР, опису опитних установок, на яких проводилися дослідження гідростатичного підйому валів і режимів гідростатодинаміки опорних і упорних підшипників. У цьому розділі описані засоби та прилади виміру грузькості мастильної рідини і робочих параметрів опор тертя (витрати і температури мастила, несучої спроможності опори тертя, мінімальної товщини мастильної плівки). Викладаються відмінності рішення гідростатодинамічної задачі змащування упорного підшипника від раніше викладеного в четвертому розділі для випадку опорного підшипника. Приводиться порівняння результатів розрахунків і досвідів, на підставі якого можна зробити висновок про достатню точність теоретичного рішення.

Висновки

У результаті виконання дисертаційної роботи можна зробити такі основні висновки:

1. Отримано модифіковані рівняння Рейнольдса, що описують змащення опор тертя неньютонівськими рідинами в гідростатичних і гідростатодинамічних режимах.

2. Запропоновано рішення задач гідростатики і гідростатодинаміки змащення неньютонівськими рідинами. Розроблено алгоритми, що забезпечують швидку збіжність рішення нелінійних диференціальних рівнянь Рейнольдса і інтегро-диференціальних рівнянь, що описують витікання з областей підводу мастила високого тиску.

3. Проведено чисельний аналіз впливу геометричних параметрів підшипників на основні робочі параметри. Встановлено співвідношення, що забезпечують роботу опор тертя або в оптимальних, або раціональних режимах. На підставі такого аналізу видані рекомендації до проектування опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами.

4. Проведено експериментальні дослідження режимів гідростатики і гідростатодинаміки змащення неньютонівською рідиною опорних і упорних підшипників. Порівняння розрахунків із дослідами свідчить про допустимість використання методів рішення, алгоритмів і програм, запропонованих у даній роботі, для розрахунків і проектування опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Токарь И.Я., Рязанцев А.И. Решение задачи о гидростатическом подъеме валов в опорных подшипниках, смазываемых неньютоновскими жидкостями. // Науковий вісник будівництва: Наук.-техн. сб. ХДТУБА. - Харків: 1999. - Вип. 8.- С. 117 - 122.

2. Рязанцев А.И. К расчету гидростатического подъема валов в опорных подшипниках, смазываемых неньютоновскими жидкостями. // Коммунальное хозяйство городов: Научн.-техн. сб. - К.: Техніка, 2000. - Вып. 22. - С.157-160.

3. Токарь И.Я., Рязанцев А.И. Гидростатодинамическая задача смазки неньютоновскими жидкостями. // Коммунальное хозяйство городов: Научн.-техн. сб. - К.: Техніка, 2000. - Вып. 23. - С.217-222.

4. Токар Й.Я., Рязанцев О.І. Гідростатодинамічні змащення неньютонівськими рідинами. // Праці 54-ї науково-технічної конференції Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури. - Харків: ХДТУБА. - 1999. - С. 39.

5. Токар Й.Я., Рязанцев О.І. Гідростатичний підйом валів в опорних підшипниках, що змащуються неньютонівськими рідинами. // Праці науково-технічної конференції “Будівництво та архітектура - погляд у XXI століття.” - Харків: ХДТУБА. - 2000. - С. 18.

Анотація

Рязанцев О.І. Методи розрахунку гідростатичного підйому валів і режимів гідростатодинаміки опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02 - машинознавство. - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2001.

Дисертація присвячена рішенню задач гідростатики та гідростатодинаміки опор тертя, що змащуються неньютонівськими рідинами. Отримано модифіковані рівняння Рейнольдса для згаданих випадків змащування опор тертя. Розроблено алгоритми рішення цих рівнянь, заснований на застосуванні методів Зайделя і послідовних наближень, оскільки у випадку змащування неньютонівськими рідинами коефіцієнт абсолютної грузькості залежить від трьох координат. Для визначення тисків в областях підводу мастила високого тиску, що залежать від гідравлічних опорів регулюючих устроїв, установлених на вході мастила в ці області і витрат через них, запропонований алгоритм, використання якого поведе рішення системи модифікованого диференціального рівняння Рейнольдса й інтегро-диференціальних рівнянь, що описують витрати мастила через регулюючі устрої, до системи трансцендентних алгебраїчних рівнянь. Останні вирішувалися по методу Ньютона. Отримані рішення задач лягли в основу чисельного аналізу впливу геометричних і динамічних параметрів на основні робочі параметри опори тертя. На конкретному прикладі, широко застосовуваного в турбо- і генераторобудуванні підшипника, зазначені діапазони зміни безрозмірних параметрів, що забезпечують або оптимальні, або раціональні значення основних робочих параметрів. Дано рекомендації до проектування. Проведено експериментальні дослідження режимів гідростатики і гідростатодинаміки опорних та упорних підшипників, що підтвердили правильність теоретичного рішення розгляданих задач.

Ключові слова: неньютонівська рідина, опора тертя, гідростатичний підйом, гідростатодинаміка, мінімальна товщина плівки.

Аннотация

Рязанцев А.И. Методы расчета гидростатического подъема валов и режимов гидростатодинамики опор трения, смазываемых неньютоновскими жидкостями. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.02 - машиноведение. - Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2001.

Общеизвестна пожароопасность минеральных масел, широко применяемых в нашей стране и за рубежом. Пожары, возникшие в эксплуатации мощных турбоагрегатов, на газо- и нефтеперекачивающих станциях, в химической промышленности, явились причиной появления ряда патентов на изобретения США, Японии, Германии, стран СНГ, посвященных созданию негорючих смазок, основанных на водных растворах высокомолекулярных соединений. Однако они не нашли применения для смазки машин и механизмов, которые должны работать длительное время. Основные причины - возникновение коррозии и резкое снижение вязкости предложенных смазок вследствие механической и химической деструкции. Негорючая неньютоновская жидкость, предложенная фирмой "Гидромеханика" (г Харьков), лишена указанных недостатков. Поэтому в данной диссертационной работе исследования проводились применительно к этой смазке.

Диссертация посвящена решению задач гидростатики и гидростатодинамики опор трения, которые смазываются неньютоновскими жидкостями. Поскольку коэффициент абсолютной вязкости зависит от скоростей относительных деформаций, которые в свою очередь зависят от трех координат смазочного слоя, известные решения этих задач, полученные для ньютоновских жидкостей, не могли быть использованы. Получены два модифицированных уравнения Рейнольдса, описывающих распределение давлений в опорах трения, работающих при режимах гидростатического подъема и гидростатодинамики и смазываемых неньютоновскими жидкостями. Разработаны алгоритмы решения этих уравнений, основанные на применении методов Зайделя и последовательных приближений. В отличие от ранее опубликованных работ, посвященных смазке опор трения неньютоновскими жидкостями, в диссертации, следуя работам фирмы Гидромеханика, использована кусочно-гладкая аппроксимация экспериментальных зависимостей коэффициента абсолютно вязкости от скорости относительной деформации. Применение такого приема способствовало повышению точности решения гидродинамических задач и, вместе с тем, упростило это решение.

Решение задач гидростатодинамики требует совместного решения модифицированного уравнения Рейнольдса и системы уравнений, описывающих гидравлические сопротивления в регулирующих элементах, установленных перед областями подвода смазки высокого давления. Последние являются интегро-дифференциальными уравнениями. Предложен алгоритм решения такой системы уравнений, когда система дифференциального и интегро-дифференциальных уравнений сводится к решению системы трансцендентных алгебраических уравнений. Эта система решалась методом Ньютона. Установлена удовлетворительная сходимость численных методов решения задач, рассматриваемых в диссертационной работе.

Полученные решения задач легли в основу численного анализа влияния геометрических и динамических параметров на основные рабочие параметры опоры трения. На конкретном примере подшипника, широко применяемого в турбинах и турбогенераторах, указаны диапазоны изменения безразмерных параметров, обеспечивающих либо оптимальные, либо рациональные значения основных рабочих параметров. Даны рекомендации к проектированию опор трения, смазываемых неньютоновскими жидкостями, сформулированы общие правила для выбора насосов, обеспечивающих гидростатический подъем.

Проведены экспериментальные исследования режимов гидростатики и гидростатодинамики опорных и упорных подшипников, смазываемых негорючей неньютоновской жидкостью. Опыты проводились на двух экспериментальных установках для исследования гидростатического подъема валов в опорных подшипника (диаметр вала 145 мм, ширина 145 мм) и для исследования гидростатодинамических процессов в упорных подшипниках (три симметрично расположенных сегмента с наружным радиусом 420 мм, внутренним - 260 мм, центральным углом - 27 ). Измерялись расходы смазки, распределение давлений в опоре трения, толщина смазочного слоя, температуры смазки на входе в подшипник и на выходе из него. Сравнение результатов расчетов и опытов свидетельствует о достаточной точности расчетов, проведенных на основе теоретических решений гидростатической и гидростатодинамической задач смазки неньютоновскими жидкостями, полученных в данной работе.

Ключевые слова: неньютоновская жидкость, опора трения, гидростатический подъем, гидростатодинамика, минимальная толщина пленки.

Summary

Ryazansev A.I. Methods of calculations of hydrostatic shaft lifting and regimes of gydrostatodynamics friction bearings, smeared with non-Newtonic liquids. Manuscript.

Thesis the a doctor's degree of candidate of technical science on a speciality 05.02.02 - theoretical engineering. National Technical University “Kharkiv Polytechnical Institute”. Kharkiv, 2001.

This thesis is solid the tasks of hydrostatic and hydrostatodynamics of the friction bearings, smeared with non-Newtonic liquids. The modified Reynolds equation for the mentioned cases of smearing the friction bearings were deduced. The author had worked out algorithms for solving these equation.

The algorithms are based on Zaydel's methods and consecutive approximations, because in the case of smearing with non-Newtonic liquids the coefficient of viscosity depends on three coordinates. The author offers an algorithms to define pressures in the places of lubricant admission of high pressure, that depend on hydravlic resistance of operational characteristics. The use of the mentioned algorithm reduce the solving of differential Reynolds equation and integral- differential equation system, that describes the lubricant expenditure through operational characteristics, to a transcendential algebraic equation system.

The letter were solved through Newton's methods. The deduced solutions made a base of numerical analysis of geometric and dynamic characteristics. Using the example of a bearing, that is widely used in turbo and generator constructions, the author indicated diapasons of changes in stretch characteristics, that are providing other optimum, or rational value of the basic operational characteristics. The recommendations for designing are added. The experimental research of the hydrostatic and hydrostatodynamics regimes of supporting and thrust bearings took place. This research showed the correctness of the theoretical solutions of the considered tasks.

Key words: Non-Newtonic liquid, friction bearing, hydrostatic lifting, hydrostatodynamics, minimum thickness of a pellicle.

Размещено на Allbest.ru

...