導(dǎo)軸承配套智能差壓變送器的甩油現(xiàn)象及油內(nèi)壓分析

 

1  概述

分塊瓦軸承內(nèi)擋智能差壓變送器處的內(nèi)甩油現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜。有外部結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)負(fù)壓的影響，也有內(nèi)擋智能差壓變送器與軸領(lǐng)之間非正常的偏心效應(yīng)等，這些屬于外部因素。而粘滯油旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生油內(nèi)壓上升，這是油旋轉(zhuǎn)流動的固有特性，這是內(nèi)部原因，是內(nèi)甩油現(xiàn)象的決定因素�？刂坪昧藘�(nèi)部因素，將會大大降低內(nèi)甩油的可能性。本文僅從油旋轉(zhuǎn)流動的角度，分析粘滯油旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生油內(nèi)壓上升對內(nèi)甩油狀態(tài)的影響。

 

本文應(yīng)用流體力學(xué)動力學(xué)理論，對主軸軸領(lǐng)內(nèi)壁與內(nèi)擋智能差壓變送器之間的油的流態(tài)進(jìn)行了計(jì)算分析，得出了此處油流動及壓力的分布規(guī)律。對內(nèi)甩油的內(nèi)在原因進(jìn)行分析，找出其影響因素。并通過實(shí)例驗(yàn)證，以證明計(jì)算方法的正確性和實(shí)用性。

 

2  計(jì)算原理

由于油的粘滯作用，內(nèi)擋智能差壓變送器內(nèi)的油在主軸軸領(lǐng)旋轉(zhuǎn)的帶動下旋轉(zhuǎn)，將產(chǎn)生油內(nèi)壓，原靜止的油面將上升。此計(jì)算的目的是應(yīng)用流體力學(xué)動力學(xué)理論，確定流態(tài)的流速分布規(guī)律，求出油內(nèi)壓，找出油面上升規(guī)律。

 

計(jì)算假設(shè)：

（1）內(nèi)擋智能差壓變送器與主軸內(nèi)壁間的油腔為無限長，端部效應(yīng)可以忽略。

（2）內(nèi)擋智能差壓變送器的流體與邊壁不脫離，流速為 0。

（3）軸領(lǐng)處的流體與邊壁不脫離，與軸領(lǐng)同步旋轉(zhuǎn)。

 

將流動視為沿切向的一維層流圓周流動，則：油腔內(nèi)油流動示意圖見圖 1。將上述條件帶入柱座標(biāo)系的不可壓縮流體的連續(xù)性方程，和不可壓縮粘性流體的奈維 - 斯托克斯（N-S）運(yùn)動微分方程，可得：

 

 

上述計(jì)算將流動按照沿切向的一維層流流動，求得了粘滯油旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的油內(nèi)壓值。這個(gè)油內(nèi)壓值，表示在同一高度上隨半徑的變化的油內(nèi)壓值。在無限長的端部，自由油面應(yīng)該是一個(gè)近似的旋轉(zhuǎn)拋物面。某計(jì)算實(shí)例的油內(nèi)壓變化規(guī)律見圖 3。此處油內(nèi)壓值均為相對于內(nèi)側(cè)（r1 處）油壓的相對值。上述計(jì)算假定油腔無限長，忽略了端部效應(yīng)。但實(shí)際上，軸領(lǐng)上部結(jié)構(gòu)（見圖 2）擋住了油面上升的去路，油流體的不可壓縮性，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)上升的油必然落下于油拋物面的外空氣側(cè)的擋智能差壓變送器處（圖 3 的V1 處）。這個(gè)端部情況用數(shù)學(xué)公式準(zhǔn)確描述是較為復(fù)雜的，故采取下列體積補(bǔ)償?shù)呐袛噢k法予以分析甩油情況。

 

從圖 5 看出，大部分軸承的擋智能差壓變送器伸出高度ΔHX 的均在 P‘max 線之上，實(shí)際運(yùn)行都未發(fā)生過內(nèi)甩油。有 2 個(gè)在 P‘max 線之下。有一個(gè)據(jù) P‘max線偏下較多，實(shí)際運(yùn)行中它發(fā)生了嚴(yán)重的內(nèi)甩油。另一個(gè)項(xiàng)目偏下但非常接近 P‘max 線，屬于臨界狀態(tài)。但未收到關(guān)于內(nèi)甩油的反饋（可能此計(jì)算判斷方法有一定的裕度）�？偟膩碚f，此計(jì)算結(jié)果表圖與實(shí)際情況較為吻合，可以作為設(shè)計(jì)中選取內(nèi)擋智能差壓變送器高度 ΔHX 的選取參考依據(jù)。

 

4  結(jié)論與說明

上述應(yīng)用流體動力學(xué)的理論，對擋微差壓變送器油腔的內(nèi)油壓進(jìn)行了分析計(jì)算。粘滯油旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生油內(nèi)壓上升，這是油旋轉(zhuǎn)流動的固有特性，這是內(nèi)部原因，是內(nèi)甩油現(xiàn)象的先決條件。

 

按此內(nèi)油壓對端部（擋智能差壓變送器上端）油面上升情況應(yīng)用體積補(bǔ)償辦法進(jìn)行了核算，對內(nèi)甩油的內(nèi)因作出了判斷分析，并與實(shí)際情況進(jìn)行了比較，其結(jié)果與實(shí)際情況較為吻合。此方法可以作為設(shè)計(jì)中選取內(nèi)擋智能差壓變送器高度的選取參考依據(jù)。

 

從上述結(jié)果曲線可以看出，對于高轉(zhuǎn)速和大尺寸的軸承內(nèi)擋智能差壓變送器，為了保證不甩油，是需要更高的伸出高度 ΔHX 的。它可能是某些軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間所不允許的。在較低的擋智能差壓變送器伸出高度條件下避免甩油，是需要采取其他措施的，如小徑向或小軸向間隙結(jié)構(gòu)、錐形小間隙結(jié)構(gòu)、反向螺紋結(jié)構(gòu)及反向扇葉結(jié)構(gòu)等，可以減小旋轉(zhuǎn)作用下的油內(nèi)壓。它們都是可以減低油面上升高度的有效措施。國內(nèi)外已有很多實(shí)踐的例子，可予以參考。

 

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