在风力发电机组弹性接触承载数值分析平台的基础上,建立了风电主轴双列圆锥滚子轴承的全尺寸接触模型,并用于研究给定工况下的3MW风电主轴轴承承载接触机理。在径向载荷条件下,比较了风电轴承接触载荷有限元结果与赫兹理论计算结果,从而验证了数值模型分析的合理性;在此模型的基础上,研究了倾覆力矩对风电轴承接触载荷分布的影响规律以及极限工况下的轴承接触载荷与变形分布;最后,分析了轴承轴向游隙变化对轴承承载接触载荷的影响。通过研究发现,给定工况条件下,轴向游隙负向增大时,最大接触载荷变大,轴向游隙正向增大时,受载的滚子变少,轴承最大接触载荷不断增大。风电主轴双列圆锥滚子轴承承载接触机理研究可为大兆瓦风电轴承柔性设计技术提供理论依据。

针对高速转子不平衡产生振动超标的问题,设计了一种基于静磁场的电磁在线动平衡装置;详细讨论了该动平衡装置的基本工作原理和设计方法;通过有限元软件ANSYS建立实体模型,计算并分析了设计参数对该装置所施加电磁力的影响.以转子的动力学有限元模型为基础,通过缩减不平衡响应与不平衡量之间的关系矩阵,采用无试重法识别出转子集中不平衡量的大小,最后通过搭建动平衡试验台实现了转子的动平衡,从而验证了该新型电磁动平衡装置的有效性.研究结果表明,该动平衡装置可以产生用于动平衡的电磁力,并且能够根据无试重法识别出的不平衡量值施加电磁力于高速转子,有效地抑制振动幅值.由于受结构和工作原理的限制,该电磁动平衡装置更适用于高速精密转子的在线动平衡.

为了降低迷宫密封的泄漏量,提出一种在直通型迷宫密封的密封齿前端和后端设立凹槽的密封结构,基于CFD方法,建立迷宫密封数值仿真模型。通过与已有试验数据的对比,验证模型的正确性。探讨不同湍流模型的适用范围,并对比光滑表面、前置凹槽、后置凹槽3种结构在泄漏量、轴向压降及流场速度分布的差异性。结果表明SST湍流模型更加适用于迷宫密封这种窄间隙的近壁面流动;前置凹槽结构降低泄漏量的效果较差,只有在高压力差下才能降低泄漏量;后置凹槽结构能改变迷宫密封腔内漩涡方向及状态,进而降低迷宫密封透气效应,加剧密封的能量耗散的同时降低泄漏量。因此,后置凹槽的迷宫密封结构具有较好的工程应用前景。

针对传统固定瓦轴承无法根据实际工况调节轴承参数的问题,提出了一种椭圆度可调滑动轴承结构。该轴承结构基于机械传动原理,将主动控制应用于流体轴承,可以在不同转速下,根据转子实际的振动情况调节轴承椭圆度,通过改变油膜厚度来抑制转子的振动,使转子加速过程中的振动幅值始终保持在安全范围内。通过有限元法建立了转子轴承系统模型,用于计算转子加速过程的动力学响应,并通过改变该椭圆度可调滑动轴承的油膜间隙,分析了椭圆度对转子加速过程振动响应的影响。研究发现经过临界转速区域时,转子属性表现为柔性转子系统,这时通过减小椭圆度、增大油膜间隙能有效抑制转子的振动;远离临界转速区域时,转子属性表现为刚性转子系统,这时通过增大椭圆度来减小油膜间隙也能有效地抑制转子的振动。

同时考虑瞬态冲击载荷和轴瓦的弹性变形,模拟了舰船在风浪拍击时推进轴支承滑动轴承的润滑特性与动力学响应,研究了聚四氟乙晞(PTFE)弹性金属塑料瓦滑动轴承的最小油膜厚度、最大油膜压力和轴心轨迹随时间的变化情况。运用有限元法求解雷诺方程,将油膜力转化为轴瓦节点力计算了弹性变形;用欧拉法求解轴颈的动力学方程,计算了动态轴心轨迹。对比了刚性瓦与PTFE弹塑瓦滑动轴承的特性,结果表明,轴瓦弹性变形对油膜厚度和油膜压力分布的影响不可忽略,并且轴瓦弹性变形可以提高滑动轴承的承载能力。对比分析了4个不同方向瞬态冲击载荷作用下PTFE弹塑瓦滑动轴承的特性和轴颈的动态轴心轨迹,提出可通过改变轴承静载荷方向、减小瞬态冲击载荷方向与轴承偏心方向的夹角来增加最小油膜厚度,降低最大油膜压力,减小动态轴心轨迹的位移响应振...

为提升浮环轴承在高速重载场合下的性能,在浮环轴承内表面制备表面织构,通过试验研究在不同载荷和转速下表面织构对浮环轴承环速比的影响,并与无织构浮环轴承进行比较。结果表明：无织构浮环轴承在载荷增大时环速比随主轴转速的增大而下降,而织构浮环轴承的环速比大于相同工况下的无织构浮环轴承,且环速比不会随载荷的增加而显著下降;织构使得浮环轴承的承载能力显著提升,能使浮环能在低主轴转速时开始启动,因而提升了浮环轴承在高速重载场合工下的工作性能。

前期实验研究中发现微织构对高速水润滑动静压轴承轴颈有显著的抑振作用,为了研究微织构的抑振机制,从微织构对节流系数的影响方面进行探讨。采用Fluent建立微织构作用下高速水润滑动静压轴承环面节流器的CFD模型,研究微织构的密度、压力差和轴颈线速度对节流系数的影响。结果表明：在微织构作用下高速水润滑动静压轴承的节流系数有显著降低,进而影响了轴承的流场状态和润滑性能,对轴承的振动有一定的抑制作用。根据轴承的转速及承载力工作要求,合理设计微织构密度及压力差,能够在降低轴承节流系数的同时提高轴承的承载力;微织构作用下轴承的节流系数发生改变,同时改变了流场状态,表明在高速水润滑动静压轴承性能计算中,根据实际流场来确定节流系数是很有必要的。

倾斜摇摆工况下,不仅轴承承受载荷随时间变化,而且轴承动特性参数也发生变化,这必然会影响轴承支撑的转子系统的安全性与稳定性分析结果。仅通过稳态分析难以保证支撑轴承自身的安全性和可靠性以及转子轴承系统的稳定性。基于轴承刚度和阻尼的分段线性化假设,建立不同横摇角度的转子轴承模型,用某大学润滑理论与轴承研究所开发的转子轴承系统动力学分析软件DLAP（Dynamic Lubrication Analysis Program）,耦合求解椭圆轴承转子系统动力学模型,采用特征值和特征向量,稳定性分析、不平衡响应分析以及瞬态动力学分析等手段,详细研究了转子轴承系统的稳定性和安全性,并与正常工况下轴系的动力学特性对比,最终得出摇摆工况下椭圆轴承支撑的转子系统的动力学特性。

为研究润滑油含水量超标时轴承的运行性能,搭建了滑动轴承试验台,通过试验研究了在不同含水量的润滑油对滑动轴承温度、摩擦力矩及轴心运动轨迹的影响。试验发现,润滑油含水量较低(质量分数0.5%以下)时对滑动轴承的温度、摩擦力矩和轴心轨迹影响不大,但含水量达到一定程度时(如超过质量分数0.5%)会使轴心轨迹重复性变差,导致转子运转有不稳定的趋势出现。这表明润滑油含水会对滑动轴承运行性能造成一定的影响,更为准确的结果还需长期的实验验证。