计算—椭圆瓦轴承油膜压力分布计算

相较于圆柱瓦，椭圆瓦稳定性好，由于侧间隙大，沿轴向流出的油量大，因而散热性好，轴承的温度较低，在大、中容量汽轮机组中得到广泛运用。

椭圆瓦油膜压力求解数学模型

流体动力润滑雷诺方程

基于润滑油不可压缩、层流、忽略润滑油质量惯性力的假设，流体动力润滑基本方程：





其中，H—无量纲油膜厚度；P—无量纲油膜压力；l/d—宽径比；λ—轴向量纲一坐标，-1≤λ≤1；φ—从竖直位置开始计算的轴承偏角。



 

图1 椭圆瓦轴承坐标系及轴颈运动参数示意图

椭圆瓦膜厚方程

椭圆轴承分别在上下瓦形成收敛的油膜间隙，油膜厚度方程为：

式中,i=1表示下瓦，i=2表示上瓦；c—半径间隙；ei—静平衡位置轴颈中心相对于各瓦弧的距离；e—轴心对轴承中心的偏心距；ep—圆弧瓦偏心距；δ—椭圆度。

求解压力分布时，分别将上、下瓦油膜厚度方程量纲一化后代入Reynolds方程。

Matlab求解计算及分析

基于有限差分法(可参考：基于有限差分法的滑动轴承油膜压力分布计算)，引入雷诺边界条件，求解得到不同参数下的椭圆瓦油膜压力分布如下。


 

图2 宽径比0.8，偏心率0.4，椭圆度0.2油膜压力分布

图3 宽径比1，偏心率0.4，椭圆度0.5油膜压力分布

如图，椭圆瓦上下瓦分别产生上、下两个油膜，因而稳定性较好，在运转中若轴上下晃动偏移，如向上偏移，上面的间隙变小，油膜压力变大；下面的间隙变大，油膜压力变小，两部分油膜力的合力变化会把轴颈推回原来的位置，使轴运转稳定。同时由于侧间隙大，沿轴向润滑油侧泄量大，散热性好，温升低。但是这种轴承承载能力较低，由于产生上、下两个油膜，功耗大，在垂直方向抗振性好，但在水平方向抗振性较差。

椭圆度会对油膜的特性产生影响如承载特性、压力特性等，如何选取合适的椭圆度，对于保证轴承的稳定性尤为重要。较优的椭圆度能保证双油楔油膜的完整性，提高上、下瓦两个承压区承压能力，能够有效抑制轴颈的涡动，提高轴承的稳定性。