大型电机滑动轴承迷宫密封抗负压特性研究

摘要

迷宫密封为非接触式密封，有效的避免了转子与定子的相互接触与摩擦，且密封性能稳定，使用寿命长，已广泛应用于大型电机、压缩机、鼓风机等旋转机器中。随着国家经济的发展与能源政策的实施，水泥、矿山、钢铁和电力等行业的设备都朝着大型化方向发展，大型电机的需求也越逐步增多。然而由于大型电机内部冷却风扇的作用，在滑动轴承端面形成较大的局部负压，导致滑动轴承腔室内润滑油发生抽吸泄漏，轴承腔室内润滑油在负压的作用下沿轴向电机内侧爬升，电机长期运行中，润滑油被吸附在电机定子线圈上，导致线圈端部绝缘层被破坏，电机安全运行无法得到保障。为保证电机系统的工作可靠性，对电机端面滑动轴承密封的抗负压能力提出了更高的要求。目前滑动轴承在工作时经常出现因负压而导致润滑油泄漏问题，因此需要对它的密封结构抗负压进行深入研究。
　　本文的主要工作如下：
　　(1)对已有的迷宫密封泄漏经典计算公式进行简要的介绍，并提出适用于迷宫密封引正压气流的迭代计算方法。
　　(2)以电机用滑动轴承端面迷宫密封为研究对象，建立直通式迷宫密封三维有限元计算模型。运用CFD流体计算软件Fluent对迷宫腔室中流场、压力场以及泄漏特性进行了研究。通过控制单一变量法，对迷宫密封进行多组数据仿真分析，得出了外部负压、转速和迷宫几何尺寸等因素对迷宫密封腔室压力以及泄漏量的影响。在仿真分析基础上，进一步对直通迷宫密封结构抗负压优化设计，进行直通迷宫密封引入正压气流仿真分析，得出引正压气流对密封泄漏量的影响，为电机用直通迷宫密封结构设计提供理论计算依据。
　　(3)针对电机用滑动轴承端面密封因负压而漏油现象，分析其漏油原因，结合不同密封结构原理以及各因素对密封性能的影响，搭建一套可以模拟不同负压、不同转速、引正压等工况的工作试验台。通过试验，探究了密封结构的抗负压性能，以及对迷宫密封抗负压的优化试验，验证了直通迷宫密封引正压优化设计的合理性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 大型电机轴承因负压漏油现状

1.3 迷宫密封

1.4 迷宫密封研究现状

1.5 主要工作内容

第2章 迷宫密封泄漏量的计算方法

2.1 迷宫密封数值计算模型的建立

2.2 迷宫密封泄漏量计算方法

2.3 数值计算理论与方法

2.4 网格的建立

2.5 数值模拟的计算方法

2.6 边界条件和收敛标准

2.7 本章小结

第3章 迷宫密封抗负压数值模拟分析

3.1 迷宫密封泄漏量的数值仿真

3.2 主轴转速和外部负压对密封性能的影响

3.3 迷宫密封间隙对密封性能的影响

3.4 迷宫密封大腔室深度对密封性能的影响

3.5 密封齿间宽度对密封性能的影响

3.6 迷宫密封密封齿宽对密封性能的影响

3.7 密封大腔室宽度对密封性能的影响

3.8 直通迷宫密封抗负压优化设计

3.9 本章小结

第4章 大型电机滑动轴承的密封设计和试验

4.1 滑动轴承漏油原因

4.2 滑动轴承与轴承端盖密封结构设计

4.3 试验台搭建

4.4 试验密封结构设计

4.5 试验过程及试验结果

4.6 优化直通迷宫密封抗负压性能试验

4.7 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所发表的论文与参与的科研项目