﻿ 间隙对水润滑轴承冷却性能影响研究
 舰船科学技术  2023, Vol. 45 Issue (10): 58-62    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2023.10.012 PDF

1. 海军装备部驻武汉地区第二军事代表室，湖北 武汉 430000;
2. 中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430000

Effect of clearance on cooling performance of water-lubricated bearings
WU Lian-wei1, LUO Bin2, ZOU Qun2
1. The Second Military Representative Office of Navy Equipment Deparment in Wuhan, Wuhan 430064, China;
2. China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China
Abstract: Using ICEM and Fluent software, the water-film CFD models of water-lubricated bearings with different water-film gaps were obtained by calculation, and their influence on the cooling performance of water-lubricated bearings was discussed, which laid the foundation for the design and development of the best water-lubricated bearings. . The study found that in the bearing of the same structure, the larger the bearing clearance, the smaller the minimum water film thickness of the bearing, the greater the water film pressure, and the larger the maximum temperature of the water film; when carrying out a water-lubricated bearing structure, it is necessary to fully pay attention to Bearing clearance to avoid temperature rise.
Key words: water-lubricated bearing     cooling performance     water-film gap     Fluent     ICEM.
0 引　言

1 冷却分析理论体系 1.1 温度计算过程

 $M=P \frac{d}{2} \mu 。$ (1)

 $Q=\frac{2 \text{π} n}{60} M 。$ (2)

 $q = \frac{Q}{{\text{π} dl}}。$ (3)

1.2 流体流动状态

 $R_{\mathrm{e}}=\frac{\rho u d}{\mu}。$ (4)

1.3 冷却水流量

 $S=（{n}\times {s}_{1})+{s}_{2} 。$ (5)

 ${v_1} = \frac{{{Q_1}}}{{S \times 3\;600}}。$ (6)
2 冷却有限元分析过程 2.1 水润滑轴承内径参数

 图 1 轴承内径与间隙值的变化曲线 Fig. 1 Variation curve of bearing bore and clearance value

 图 2 不同轴承的最小水膜厚度和最大水膜压力 Fig. 2 Minimum water film thickness for different bearings, maximum water film pressure

2.2 有限元建模

1）建立水膜模型

 图 3 仿真水膜模型 Fig. 3 Simulated water film model

2）流体域网格划分

 图 4 网格划分流程图 Fig. 4 Flow chart of grid division

 图 5 水膜网格 Fig. 5 Water film grid

3）模型材料的确定

4）边界条件设计

 图 6 轴承水膜模型边界条件设置 Fig. 6 Bearing water film model boundary conditions settings

5）冷却水流量

6）水槽过流面积

 $S = 7 \times 0.0008 + s \times 10^{-6}\;({{\text{m}}^2})。$ (7)

7）入口流量

1）入口边界是冷却水进口。通过经验公式，采用不同的进口流速 ${v_i}$ ，0.08 MPa的进口压力。

2）出口边界是具有0.075 MPa的压力出口。

3）将模型的外围设置为壁面边界，而将外壁材料作为轴承内衬，并假设不存在任何物质置换，具有粘滞特性的非滑动状态。

4）由于试验转轴围绕轴的中心转动，试验转轴的内壁被设置为旋转墙，并且转动墙的材料被设定为轴套管的外壁表面，旋转速度为200 r/min。该模型的传热极限是恒定的热通量。在此基础上，对某一转速下滚动轴承的摩擦热进行求解，并将其平均分配到水膜的内壁上，也就是在模型旋转壁的边缘状态下，其入口处的初始温度为305 K （32°C），而除了旋转的墙壁之外，其他的壁面都是等温的，在305 K左右。

3 冷却结果分析

 图 7 不同轴承内径最高温度变化的冷却结果 Fig. 7 Cooling results for different bearing inner diameter maximum temperature variation

 图 8 不同轴承最高温度变化及温度上升幅度 Fig. 8 Variation of maximum temperature and temperature rise of different bearings

4 结　语

1）对于铜套配合来说，过盈量是最大的敏感因素。同样结构的水润滑轴承，轴承间隙越大，轴承的最小水膜厚度越小，最大水膜压力越大。本文建立的轴承间隙从0.3 mm逐步升高至0.7 mm，最小水膜厚度5.74E-03 mm降低至2.81E-03 mm，间隙0.3 mm时的最大水膜压力是2.01E+06 Pa，增加到间隙0.7 mm时的最大水膜压力为3.80E+06 Pa。

2）随着轴承间隙的逐步提高，轴承水膜最高温度持续增加，在轴承间隙0.3 mm时计算出的最高温度为40.4 °C，在轴承间隙0.7 mm时计算出的最高温度为44.3 °C。其中温度增幅在间隙0.3～0.6 mm时持续增加，在间隙0.6～0.7 mm时降低，说明轴承间隙对于最高温度有一个温升突变点为，间隙0.6 mm时刻。设计水润滑轴承时应充分考虑轴承间隙的因素，避开轴承温升的突增点。

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