泵廣泛運(yùn)用于工業(yè)輸送領(lǐng)域中，而其中屏蔽泵是為滿足用戶的可靠性等要求研發(fā)而成的，通過把離心泵和電機(jī)整合在一個封閉容器中，采用靜密封的形式，確保泵運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠和穩(wěn)定性，該泵適用于特殊場合，例如運(yùn)送腐蝕性液體。由于是整體封裝，出現(xiàn)故障時維護(hù)不方便，且軸承處故障率較高。結(jié)合以上幾點(diǎn)，本文運(yùn)用對屏蔽泵進(jìn)行數(shù)值模擬的方法，從軸系間隙的這一參數(shù)角度出發(fā)，探討不同軸承間隙對水膜動特性系數(shù)和水膜壓力分布的影響。

     K.P. Gertzos和P.G. Nikolakopoulos等利用FLUENT軟件和Bingham流體模型對水潤滑軸承進(jìn)行了多維數(shù)值仿真計算，分析了水潤滑軸承的承載能力和潤滑特性，水潤滑軸承的液膜壓力分布并不是一成不變的，而是隨著水潤滑軸承的寬徑比作有規(guī)律的變化。根據(jù)流體潤滑理論，不同寬徑比、不同偏心率、不同載荷、不同偏位角是影響液膜壓力分布的主要因素。葉曉琰等對海水淡化泵水潤滑軸承的間隙進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。CABRERA等通過實驗測量了水潤滑徑向軸承的潤滑膜壓力同時還借助于計算流體動力學(xué)(CFD)對水潤滑軸承進(jìn)行理論研究，結(jié)果表明，運(yùn)用CFD 對水潤滑軸承進(jìn)行數(shù)值模擬的結(jié)果與現(xiàn)實中的試驗結(jié)果完全相匹配。

離心泵設(shè)計實用技術(shù)

不同軸承間隙的離心泵內(nèi)部流場數(shù)值計算

1.不同軸承間隙屏蔽泵全流場數(shù)值模擬

通過建立不同軸承間隙的屏蔽泵全流場模型，進(jìn)行定常數(shù)值計算，求解出葉輪所受的徑向力的大小，對該屏蔽泵轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行受力分析，求解計算出軸承處的支反力。

計算得出軸承的偏心率如下：

本文中偏心率的計算主要依據(jù)軸承所承受的支撐力的大小，計算出軸承的承載量系數(shù)，結(jié)合軸承的參數(shù)，通過查表得出軸承的偏心率。

計算得出軸承的偏心率如下：

隨著軸承間隙地增大，軸承a和軸承b處的偏心率也隨著增大，并且軸承b處的偏心率比軸承a處的大。符合屏蔽泵轉(zhuǎn)子模型的實際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。數(shù)據(jù)表明改變軸承間隙的大小，將會影響楔形作用，從而影響水潤滑的形成。

水膜動特性參數(shù)的特性

本文中屏蔽泵形成水膜處的軸承為固定瓦徑向滑動軸承，本文計算模型中軸承a和軸承b相關(guān)理論參數(shù)：軸承長0.09?m;軸承直徑0.084?m;軸承半徑間隙分別為0.2?mm、0.5?mm、0.8?mm;潤滑劑粘度1.003*e-3，軸頸轉(zhuǎn)速為2?865?r/min。軸承間隙不變時，隨著軸承偏心率的逐漸增大，軸承的無量綱剛度逐漸增大。主要原因是在全流場模型分析中，軸承a和軸承b處支反力變化不大，但是軸頸偏心率變大，液膜厚度變小，液膜平均壓力增加，使得液膜區(qū)域相對不厚的地方承受了更大的壓力，因此無量綱剛度增加。相對于軸承間隙為0.5?mm和0.8?mm時，軸承間隙為0.2?mm時，水膜厚度小，驗證此處的膜厚比即可。軸頸和軸瓦的表面粗糙度分別為0.8?μm, 1.6?μm，則有λ=6.67。符合λ≥3，意味著軸承處潤滑為完全動壓潤滑，具有良好的潤滑效果且不會發(fā)生摩擦; 同時表明軸承間隙的設(shè)計是可行的 ，在軸承相關(guān)參數(shù)一定的情況下，由流體動壓潤滑產(chǎn)生的水膜能支撐起轉(zhuǎn)子，能保證轉(zhuǎn)子系統(tǒng)良好穩(wěn)定地運(yùn)行。屏蔽泵軸承處的潤滑效果主要依據(jù)水膜的小膜厚以及軸頸與軸瓦的兩表面之間的粗糙度。這是由于在水膜相對于軸頸和軸瓦表面運(yùn)動過程中，兩表面的粗糙度會對水膜的形態(tài)造成一定的影響，對水膜小膜厚的地方影響大。小膜厚處也是承受壓力大的區(qū)域。當(dāng)接觸表面凹凸不平，凸起區(qū)域比水膜最小膜厚的厚度要大時，水膜會發(fā)生破裂，使兩接觸表面直接接觸，潤滑效果受到影響;當(dāng)表面凸起區(qū)域比水膜小膜厚要小時，水膜形態(tài)保持良好，會形成完全流體動壓潤滑，此時潤滑效果良好。

2.基本參數(shù)

該泵基本參數(shù)為：運(yùn)行參數(shù)為：流量Q=140?m3/h，揚(yáng)程H=40?m，轉(zhuǎn)速n=2?865?r/min。設(shè)計葉輪幾何參數(shù)：葉輪直徑D2=205?mm，出口寬度b2=24.3?mm，葉片數(shù)Z=6。

基于以上參數(shù)，建立起不同軸承間隙的屏蔽泵全流場仿真模型。相對于普通離心泵，屏蔽泵具有更高的運(yùn)行可靠性，但是由于屏蔽套的存在，屏蔽泵運(yùn)行效率相對較低。該屏蔽泵主要由離心泵和屏蔽電機(jī)構(gòu)成。屏蔽泵中的葉輪固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間以屏蔽套隔開，泵中液體由泵排出口輸送到屏蔽套中，分別經(jīng)前后軸承，回流到葉輪中。間隙液體間接起到水潤滑效果，同時還能起到冷卻的作用。水潤滑是以水為介質(zhì)，在軸承間隙處，由于流體動壓效應(yīng)的作用，起到了軸承效果，當(dāng)應(yīng)用在屏蔽泵上，能很好的解決油潤滑所帶來的缺陷，方便屏蔽泵地維護(hù)，提高安全可靠性。

初步獲得了以下結(jié)論：

1.通過結(jié)合理論公式，在軸承寬徑比等參數(shù)確定的情況下，水潤滑軸承的動特性無量綱剛度和阻尼系數(shù)只和偏心率有關(guān)，并隨著軸承間隙的逐漸增大。

2.通過求解不同軸承間隙形成的水膜的膜厚比，得知該分析的軸承間隙范圍內(nèi)都能形成良好的動壓潤滑，并隨著軸承間隙地增大，潤滑效果也越來越好，前期的軸承設(shè)計合理可靠。

3.通過改變屏蔽泵軸承間隙，隨著軸承間隙增大，額定流量點(diǎn)下工作效率越低;揚(yáng)程也逐漸下降;而功率的變化情況較為復(fù)雜，在低流量點(diǎn)功率逐漸增大，當(dāng)流量達(dá)到一定值時，是逐漸降低的。

4.針對不同軸承間隙建立的屏蔽泵動力學(xué)模型，通過受力分析可知，隨著軸承間隙地增大，軸承處所受支反力呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，但是幅度趨緩;軸承處的偏心率逐漸升高。