海水淡化高壓泵水潤滑軸承—轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)啟動瞬態(tài)過程綜合研究.pdf

1、在反滲透海水淡化系統(tǒng)中，海水淡化高壓泵是該系統(tǒng)的關鍵動力設備，它是典型的軸向吸入節(jié)段式、兩端水潤滑軸承支撐的多級泵結(jié)構(gòu)。作為系統(tǒng)的動力源，由于其工作狀態(tài)的特殊性即啟停頻繁，在每次啟動過程中水潤滑軸承軸頸的偏心率和偏位角（即軸心位置）處于瞬變過程，軸瓦常處于干摩擦和邊界潤滑狀態(tài)，易引起軸瓦磨損、轉(zhuǎn)子振動等系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，嚴重時可能出現(xiàn)軸頸與軸瓦咬死，導致系統(tǒng)停機，損傷裝備和影響淡水生產(chǎn)。所以，高壓泵啟動過渡過程中的水潤滑軸承工作狀態(tài)的研究

2、是非常必要的。
　　本文依托國家自然基金項目《海水淡化高壓泵水潤滑軸承—轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)瞬態(tài)動力特性研究》針對典型萬噸級海水淡化高壓泵的啟動瞬態(tài)過程進行綜合研究，為揭示海水淡化高壓泵水潤滑軸承—轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)在啟動瞬態(tài)過程中液膜流場的動態(tài)分布規(guī)律及其動力傳遞機理奠定基礎。本文研究的主要內(nèi)容及技術路線如下:
　　1.建立海水淡化高壓泵在啟動時的力矩平衡方程并對其離散化處理，然后通過MATLAB編程計算出轉(zhuǎn)速隨時間的變化規(guī)律和啟動總時

3、間。
　　2.以軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的有限元模型為基礎，建立其在外激勵作用下的動力學運動微分方程，并結(jié)合滑動軸承動特性系數(shù)的小參數(shù)算法，最后將以上建立的海水淡化高壓泵水潤滑軸承—轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)的動力學方程與求解水潤滑軸承液膜動特性的小參數(shù)算法聯(lián)立，從而建立海水淡化高壓泵水潤滑軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的瞬態(tài)耦合動力學模型，并以此模型為基礎提出一種計算高壓多級離心泵啟動瞬態(tài)軸心軌跡的動態(tài)耦合迭代算法，利用該算法并結(jié)合MATLAB編程技術將啟動瞬態(tài)軸心軌

4、跡離散化處理，為數(shù)值計算二次開發(fā)提供基礎。
　　3.利用計算流體動力學Fluent二次開發(fā)平臺并調(diào)用相關DEFINE宏函數(shù)實現(xiàn)軸頸的平移和旋轉(zhuǎn)運動，同時利用動網(wǎng)格技術實現(xiàn)水潤滑軸承在啟動瞬態(tài)階段其三維非定常液膜流場的動態(tài)更新，最后對數(shù)值計算結(jié)果進行數(shù)據(jù)后處理，得到啟動階段三維非定常液膜流場壓力和速度的瞬態(tài)分布，這種瞬態(tài)數(shù)值模擬為本文對啟動瞬態(tài)過程的研究提供了更加接近實際的數(shù)據(jù)。
　　4.本課題最后利用前期設計研制的海水淡化高

5、壓泵結(jié)構(gòu)專用水潤滑軸承試驗臺為對海水淡化高壓泵水潤滑軸承啟動瞬態(tài)軸心軌跡和瞬態(tài)壓力分布進行實驗研究，并將測量結(jié)果與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析其同異性。從總體對比結(jié)果看，實驗結(jié)果與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果基本相符。
　　本文通過三大研究手段，即理論分析、數(shù)值計算和實驗研究對海水淡化高壓泵水潤滑軸承—轉(zhuǎn)子耦合系統(tǒng)在啟動瞬態(tài)階段的運動軌跡和三維非定常液膜流場的瞬態(tài)分布規(guī)律進行了綜合研究，為進一步改進萬噸級海水淡化高壓泵系統(tǒng)的啟動性