автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Совершенствование работы масляных систем паровых холодильных машин

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕдаНИЕ

I .МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПОДОШНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ С ЖИДКОЙ СМАЖОЙ

1.1.Течение смазки в подшипниках бесконечной длины

1.2.Течение смазки в подшипниках конечной длины

1.3.Методы инженерного расчета опор скольжения

1.4.Выводы и постановка задачи

2.АНАЛИЗ ПОВЕДЕНИЯ СМАЗШ В ГЕРМЕТИЧНЫХ МАСЛОСИСТЕМАХ ПАРОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ,ВИНТОВЫМИ КОМПРЕССОРАМИ

2.1.Особенности работы маслосистем холодильных машин

2.2.Диаграммы состояния маслохладоновых растворов

2.3.Изображение цикла движения смазки по маслосистеме центробежного холодильного компрессора & р-Т- диаграмме

2.4.Изображение цикла движения смазки по маслосистеме винтового компрессора-в р-Т- Щй диаграмме

2.5.Физические характеристики маслохладоновых растворов, необходимые для расчета подшипников холодильных компрессоров

2.6.Выводы

3.РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИАЛЬНОГО ПОДШИПНИКА, СМАЗЫВАЕМОГО

РАСТВОРОМ ХЛАДАГЕНТА В МАСЛЕ 3.1.Вывод исходных уравнений, описывающих работу радиального подшипника скольжения при малой толщине смазочного слоя.

3.2.Смазочный слой в подшипнике бесконечной длины

3.2.1.Изовязкостное течение чистого масла

3.2.2.Неизовязкостное течение чистого масла

3.2.3.Неизовязкостное течение маслохладонового раствора

3.3.Результаты расчета течения в подшипнике бесконечной длины . ЮО

3.3.1.Изовязкостное течение чистого масла.

3.3.2.Неизовязкостное течение чистого масла

3.3.3.Неизовязкостное течение маслохладонового раствора . И

3.4.Вывод исходных уравнений, описывающих работу радиального подшипника конечной длины

3.5.Вывод ы.

4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПОРНОГО П0ДО1ПШКА

4.1.Описание экспериментального стенда

4.2.Основные измеряемые величины и измерительная аппаратура

4.2.1.Измерение нагрузки на подшипник

4.2.2.Определение коэффициента кинематической вязкости смазки с помощью автоматического вискозиметра

4.2.3.Определение абсолютной концентрации хладагента в маслохладоновом растворе

4.2.4.Измерение температуры смазочного слоя

4.2.5.Измерение давления

4.2.6.Определение положения вала

4.3.Программа экспериментального исследования и методика проведения опытов

4.4.Результаты экспериментального исследования опорного подшипника . 16©

4.5.Выводы

ВЫВОДЫ

1. Экспериментальное исследование показало, что в качестве осредненной границы смазочного слоя может приниматься прямая, параллельная оси подшипника.

2. Параметр В влияет на: опытные нагрузочные характеристики опорного втулочного подшипника, смазываемого чистым маслом. Поэтому расчет подшипников целесообразно производить с учетом неи-зовязкостности смазки.

3. При дальнейших исследованиях нагрузочных характеристик подшипников следует усовершенствовать методику определения положения вала во вкладыше.

4. Опытные зависимости давления смазки в зазоре между валом и вкладьттем подшипника от температуры смазки свидетельствуют о снижении температуры смазки после разрушения смазочнооо слоя вследствие выделения из нее паров растворенного в масле хладагента.

5. Экспериментальные исследования опорных подшипников компрессорных паровых машин, смазываемых маслохладоновыми растворами, следует продолжить с целью получения опытных нагрузочных характеристик подшипников, работающих в таких условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная математическая модель опорного втулочного подшипника с ■ измененной формулировкой граничных условий в конце несущего смазочного слоя позволяет получать статические безразмерные нагрузочные характеристики подшипника, смазываемого неи-зовязкостным маслохладоновым раствором, что характерно для подшипниковых узлов компрессоров паровых холодильных машин.

Особенностью получения характеристик является их зависимость от безразмерного параметра b^jcCWJUiKjiCW) и наличие максимума на нагрузочной характеристике при некотором значении относительного эксцентриситета I. Этот максимум отсутствует при изовязкостной смазке ( 5 =0), но обнаружен и при традиционных граничных условиях dpjdty = 0 в случае неизовязкостной смазки (смазка чистым маслом с вязкостью, зависящей от температуры). Наличие максимума на безразмерной нагрузочной характеристике указывает на потерю несущей способности подшипника не вследствие задевания шероховатого вала о шероховатый вкладыш в случае приближения Q к единице, а в результате того, что максимальная возможная реакция смазочного слоя оказывается меньшей, чем внешняя нагрузка при € < I. Для более подробного исследования вопроса о возможной максимальной величине коэффициента нагружен-ности ^кр при неизовязкостной смазке необходимо рассмотреть задачу о переходном процессе движения вала во вкладыше при изменении внешней нагрузки, т.е. следует получить динамические характеристики подшипника с неизовязкостной смазкой. В случае изовязкостной смазки проблема не возникает, т.к. при такой смазке реакция смазочного слоя возрастает при одновременном увеличении -б до тех пор, пока вал не заденет за вкладыш - статическая характеристика устойчива во всей области значений 0 ^ 6 < I и увеличение внешней нагрузки всюду компенсируется соответствующим увеличением реакции смазочного слоя.

Наличие максимума на статических нагрузочных характеристиках подшипника может существенно осложнять получение опытных зависимостей ^S(Q) , т.к. неосторожный переход на правую, падающую, неустойчивую ветвь нагрузочной характеристики может вести к аварии.

Результаты сопоставления расчетных нагрузочных характеристик подшипников, смазываемых чистым маслом, и маслохладоновым раствором, показали, что предельная несущая способность подшипников во втором случае оказывается примерно вдвое меньшей, чем при работе на чистом масле. Это обстоятельство целесообразно учитывать при проектировании или подборе опорных втулочных подшипников холодильных компрессоров. Лишь у малонагруженных подшипников, работающих при малых относительных эксцентриситетах ( в < 0,4) зависимость вязкости от температуры мало влияет на нагрузочную безразмерную характеристику 'S(^) в области 0 ^ б <£ 0,4. При расчете таких подшипников нет необходимости учитывать зависимость вязкости от температуры при построении безразмерной нагрузочной характеристики и течение смазки можно рассматривать как изовязкостное.

Использование вариационного исчисления и опытных фактов позволило разработать метод расчета нагрузочных характеристик опорного подшипника конечной длины по характеристикам подшипника бесконечной длины с неизовязкостной смазкой, как в случае традиционных граничных условий, так и в предположении о разрушении смазочного слоя при выделении из него паров хладагента, растворенного в смазке. Расчеты на ЭЦВМ могут производиться по программам, приведенным в приложении к работе.

Полученные в работе теоретические результаты заслуживают более тщательного экспериментального подтверждения. Для этого целесообразно исследовать работу подшипников рассмотренного типа на различных маслохладоновых растворах и получить опытные безразмерные статические нагрузочные характеристики ^(ё) при различных значениях параметра 5 .

Повидимому, в дальнейшем представляет интерес выяснение целесообразности использования нового подхода к формулировке граничных условий в конце смазочного слоя при расчете неизовязкост-ной смазки подшипников других типов, например, опорных колодочных и упорных.

Новый подход к расчету несущей способности опорных втулочных подшипников, смазываемых маслохладоновым раствором, позволил повысить надежность работы подшипника одного из судовых холодильных компрессоров, что подтверждается справкой, приведенной в приложении. Экономический эффект при использовании этооо подшипника - 5,5 тыс. рублей в год на один комплект.

1. Альшиц И.Я. Некоторые вопросы рацианального выбора и эксплуатации подшипниковых узлов.- Вестник машиностроения, 1980, №2,с * •

2. А.С.724988 СССР. Вискозиметр / Ю.П.Шишкин.- Опубл.в Б.И., 1980, №12.

3. Баткис Г.С., Максимов В.А. Опорные подшипники скольжения с самоустанавливающимися колодками для высокоскороснных ЦКМ. Энергомашиностроение, 1976, №11, с.4-6.

4. Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник. 2-е издание перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1976.- 165 с.

5. Воскресенский В.А., Дьяков В.И. Расчет и проектирование опор скольжения жидкостная смазка .- М.: Машиностроение, 1980,224 с.

6. Воскресенский В.А., Дьяков В.И., Зиле А.З. Расчет и проектирование опор жидкостного трения.- Справочник.- М.Машиностроение, 1983,- 232 с.

7. Герасимов Б.Я. Подшипники скольжения центробежных компрессорных машин.- М.: НИИинформтяжмаш, 1972.- 63 с.

8. Гутьяр Е.М. Работа шипа конечных размеров на основании приближенной гидродинамической теории трения.-"Вестник металлопромышленности, 1939, №12, с.19-26.

9. Ден Г.Н. Механика потока в центробежных компрессорах.- Л.: Машиностроение, 1973, 272 с.

10. Ден Г.Н., Шишкин Ю.П.,Якименко А.И. Особенности поведения смазки в системах маслоснабжения холодильных ЦКМ.- В кн.: Тепло- и массоперенос в системах при различных граничных условиях, Межвуз. сб. научн. тр.- Омск, ОмШ, 1982, с.56-62.

11. Ден Г.Н., Якименко А.И. Цикл движения смазки в маслосисте-мах холодильных турбокомпрессоров.- В кн.: Повышение эффективности холодильных и компрессорных машин.- Омск, 1982, с.62-65.

12. Дьячков А.К. Исследования в области динамически нагруженных подшипников.- В кн.: Трение и износ в машинах.: М-Л., Изд. АН СССР, 1949, сб.1У, с.3-113.

13. Дьячков А.К. Исследование влияния зависимости вязкости отдавления на показатели работы подшипника скольжения при статическом нагружении.- В кн.: Трение и износ в машинах: М.-Л., Изд. АН СССР, 1949, сб. 1У, с.114-157.

14. Дьячков А.К. Подшипники скольжения жидкостного трения. ВНИТОМАШ.М., Машгиз, 1955, с.1-151.

15. Жуковский Н.Е. О гидродинашческой теории трения хорошо смазанных твердых тел.-Собр.соч. т.З- M.-JI.: Гостехиздат, с.112-120.

16. Жуковский Н.Е. О движении вязкой жидкости, заключенной между вращающимися эксцентрическими поверхностями.- Сообщ. Мат. о-ва при Харьковском ун-те, 1887, вып.1. Собр.соч.т.Ш.М.;Л.: Гостехиздат, 1949, с.133-151.

17. Ионов А.Г., Кан А.В. Холодильные судовые установки с винтовыми компрессорами.- М.: Пищевая промышленность, 1979.- 129 с.

18. Казанский В.Н. Сисше мы смазки паровых турбин.- М.: Энергия, 1974.- 222 с.

19. Канышев Г.А., Чистяков Ф.М. Влияние свойств масел на энергетические характеристики фреоновых маслозаполненных винтовых компрессоров.- Холодильная техника, 1980, №7, с.6-10.

20. Квитицкий Е.И., Киркач Н.Ф., Полтавский Ю.Д., Савин А.Ф. Расчет опорных подшипников скольжения. Справочник. М.: Машиностроение, 1979,- 70 с.

21. Климов В.Я. Теория движения масляного потока в нерабочей полости подшипника,- В кн.: Вторая Всесоюзная конференция по трению и износу в машинах. М., 1947, т.1, с.378-385.

22. Коднир Д.С. Расчет грузоподъемности подшипников скольжения. М.: Труды ЦНИИТМАШ, 1948, книга 13, с.216-263.

23. Константинеску В.Н. Анализ работы подшипников в турбулентном режиме. Теоретическая механика. М.: Мир, 1962, №1, с.168.

24. Коровчинский М.В. Теоретические основы работы подшипников скольжения.- М.: Машгиз, 1959.- 402 с.

25. Куцаев С.Н. Гидродинамическая теория смазки с введением уточненных пограничных условий для слоя смазки.- Дизелестроение, 1936, №-9, с.17-30.

26. Лейбензон Л.С. Руководство по нефтепромысловой механике, чЛ, Гидравлика, ГНТИ, м.; Л.: 1931, Собрание трудов, Изд. АН СССР, т.Ш, гл.УШ, 1955, с.487-524.

27. Лейбензон Л.С. К гидро,динамической теории смазки, Собрание трудов, АН СССР, т.1У, 1955, с.94-119.

28. Лобысев Н.П. Комплексное исследование масляных систем турбин Калужского турбинного завода: Автореф. дис. канд. техн. наук. Л., 1978.- 20 с.

29. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.- М.: "Наука", 1978, 736 с.

30. Максимов В.А. Термоупругогидродинамическая (ТУГД) теория смазки подшипников и уплотнений жидкостного трения турбомашин: Автореф. дис.докт. техн. наук. М.: 1980.- 42 с.

31. Мельцер Л.З., Дремлюх Т.С., Гунчук Б.В. Свойства раствора масел ХА-30 и фреона 22.- Холодильная техника, 1975, №1, с.27-29.

32. Михлин С.Г., Смолицкий Х.Л. Приближенные методы решения дифференциальных и интегральных уравнений. М.: Наука, 1965, 383 с.по программированию на алгоритмических языках,- М.: Наука, 1980, 320 с.

33. Снеговский Ф.П. Опоры скольжения тяжелых машин. М., Машиностроение, 1969, 223 с.

34. Тарг С.М. Основные задачи теории ламинарных течений,- M.-JI.: ГИТТЛ, 1951-420 с.

35. Токарь И.Я., Сиренко В.А. К расчету нестационарных режимов смазки опорных подшипников.- "Вестник машиностроения", 1970, ШО. с.43-45.

36. Токарь И.Я. Проектирование и расчет опор трения. М.: Машиностроение, 1971, 168 с.

37. Токарь И.Я., Сиренко В.А. Расчет динамически нагруженных подшипников скольжения с учетом изменения вязкости смазки.- Вестник машиностроения, 1975, №10, с.9-12.

38. Тондер. Влияние пузырька газа на поведение изотермических подшипников Л/WTVEAA .- В кн.: Проблеммы трения и смазки. Тр.

39. ASME , Серия У , М.: Мир, 1977, №3, с.46-52.

40. Тритонов Е.В. О методах расчета быстроходных упорных подшипников.- Тр. Калужского филиала МВТУ. М.: Машиностроение, 1964, в.I, с.124-147.

41. Ужанский B.C., Каплан Л.Г., Вольская Л.С. Холодильная автоматика.- М.: Пищевая промышленность. 1971.- 463 с.

42. Хамидулин И.В. Исследование и расчет опорных подшипников скольжения с самоустанавливающимися подушками центробежных ' компрессоров. Автореф. дисс. канд. техн. наук.- Казань, 1983.1. С j

43. Олейник В.В., Якименко А.И. Движение смазки в маслосистемах винтовых: маслозаполненных холодильных: компрессоров.- В кн.: Повышение эффективности работы холодильных установок: Тез.докл. краевой научно-техн. конф.Владивосток,1982,с.50.

44. Оркатт. Исследование работы и поведения механических торцевых уплотнений.- В кн.: Проблемы трения и смазки. Tp.ASME , Серия У , М.: Мир, 1968, №4, с.115-128.

45. Петров Н.П. Трение в машинах и влияние на него смазывающей жидкости- В кн.: Гидродинамическая теория смазки. Изд. АН СССР, 1948, с.11-246.

46. Петров Н.П. Трение в машинах.- В кн.: Гидродинамическая теория смазки: Избр. работы. М.: Изд. АН СССР, 1948.

47. Подольский М.Ч. Упорные подшипники скольжения.- Л.: Машиностроение, 1981.- 261 с.

48. Правила технической эксплуатации холодильных установок на судах флота рыбной промышленности.- Л.: Транспорт, 1977.- 144 с.

49. Разумов С.В. Влияние параметров зазоров в сочленениях кри-вошипно-ползунного механизма на процепсы в зазорах и характеристики компрессора и холодильной машины. Дисс.канд. техн. наук.- Л., ЛТИХП, 1982.- 258 с.

50. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины.-М.-Л.: Машиностроение, 1964, 336 с.

51. Светозарова Г.И., Сигидов Е.В., Козловский А.В. Практикумс.3-12.

52. Ханович М.Г. Влияние направления нагрузки и конфигурации-рабочей поверхности подшипника на его несущую способность и вибрационную устойчивость. Труды 2-й Всесоюзной Конференции по трению и износу в машинах, т.1, АН СССР, 1947.

53. Холодильные компрессоры. Справочник.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.- 279 с.

54. Центробежные компрессорные машины. Каталог-справочник К-3-69. / НИИинформтяжмаш.- М., 1970.- 240 с.

55. Чернавский А.С. Подшипники скольжения.М., Машгиз, 1963, 242 с.

56. Шенк X. Теория инженерного эксперимента.- М.: Мир, 1972.372 с.

57. Шибель. Скользящие опоры. Л., ОНГЙ, 1936. 135 с.

58. Шишкин Ю.П. Релаксация маслофреоновых растворов.- В кн.: Исследование холодильных машин. Межвуз. сб. научн. тр.- Л.:ЛТИ им. Ленсовета, 1979, с.79-85.

59. Шишкин Ю.П. Исследование влияния растворенных в масле холодильных агентов на работоспособность узлов трения холодильных ЦКМ.- Дисс.канд. техн. наук.-Л.1980. 212 с.

60. Шнепп В.Б. Создание и внедрение высокоэффективных центробежных компрессоров в блочно-модульном исполнении на основе агрегатирования и унификации. Научн. докл.представл. на соиск. уч. степ, доктора техн. наук.- Л.: ЛПИ им.Н.И.Калинина, 1983,51 с.

61. Якименко А.И., Олейник В.В. Поведение смазки в маслосисте-мах винтовых маслозаполненных холодильных компрессоров.- В кн.: Повышение эффективности холодильных машин. Межвуз. сб. научн. тр. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1982, с.Ш-129,

62. Якименко А.И, Процессы в маслосистемах холодильных турбокомпрессоров в момент их пуска.- В кн.: Повышение эффективности холодильных машин. Межвуз. сб. научн. тр.- Л.: ЛТИ им.Ленсовета,1983, с.94-97.

63. Якименко А.И. Установка для исследования особенностей работы герметичной масляной системы паровой холодильной машины.

64. В кн.: Машины и аппараты холодильной и криогенной техники и кондиционирования воздуха. Межвуз. сб. научн. тр.- Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1983, с.68-71.

65. Яновский М.И. Конструирование и расчет на прочность деталей паровых турбин.- М.- Л.: Изд. АН СССР, 1947, 646 с.

66. ASME, V.57, №S,Nlli}pCLt>iR MSP-Stt, pp.UQ-Щ. Щ. H&rnmet Ch. Kniii'sclie Ъь&шШъ ah Pofye diR filackgktyhii de$ Sch mieRmU'ttte £гь LageR, FoRS-htonfy.-sccaUitevi Шу л/- ZB4,1Ш.

67. Мхсйек W. IMZR dun SctimienvoRganfr ш 6-eeiidg.eR, FoRscfimnfrsMf, Vbi, N- ЪБ*., mi.

68. Reynolds. A.y., Ar\d£y$is ofTmki&^ii te&Ring. Fiirn^. VORritZ of EnpifieeRinfr Sciences, vot. 5", p.Z58.

69. Sotnmertfeid A. ^ofwd^rULtni^er) T-fteoRit de& StAmiirt-tni-bbUibiiuhg,.- Ztsfa. Wouih. md Pfyb., 1904, &<j. SO. Рус.Dep.:rneopuA CMAfyou. M.-yJl.: УЬшшщр-еиг»,1. H, t.ZCI-448.

70. Qb. SommtRfeid A. Zu* hfdrwdjfrranvisfat*} TJixjow dtR Sc-fintie*m'd№Mi8uLn(p.-Ztsc$-2. iecin. P-hys., 2 3,4. Русск. wp>.\теория bjuuojyw-. Too^CM/^fo^ jс.м9-ч7-6.

71. Gprtts M.F. 2)es ign of self-cootiyy Уояпив Bea-aing-I, pRocUti EmtpnttfiiftQ,, v.95*. Stanio n T.B.y F/iiciion, Longmansf Lohdon9 Рус. Уиьр.л. VFiqaSi mnopus. трения, И.; A.: Dhtu, /93?, t.iOO-HO. 36. Giodoio- A-j Gas-(Mid C-tz Au^a^

72. Ш, BUdin} Kap.V and Кар. X.9?. Tao L.M; Л Tfaotty of lulftiwtlon of S4imi %яги*1 выftifljj, VtA'H TujduM: Ftou>-. Ткалс,. ASME.A/ov, 1958,р.ЩЧ. 38. TohJcfi К. РОА&Ш Quafaois L^Kicw(:4o( a BcMfy OiC.-WeotA, ЗШ-ЫЧ.

73. TondeR К. TtiiRmU ГПоМ of Eff&cAs of pas. on-LUl L^tUcaAion of PoufLolSUl SuafcL&s.- Wm*, Щv:*,pp. tto-nz.100. \A/eSefC L, Ъиц fyclnocUrubmiscJuiAb Scfimiez--tiwoRU des ZoLpfziniaybRs, 2AMM, &d., ZO, НфЦ,АръИ 19SO, ss. Ш-№.