涡旋式压缩机止推轴承部润滑机理的实验及理论研究

学术论文《冷冻》奥达也,石井德章等(日) 2009-06-10 16:03:36

1.(株)前川制作所  奥达也;2.大阪电气通信大学 石井德章;3.足利工业大学  阿南景子4.松本电气产业(株)泽井 清  森本 敬  弱鸟田 晃
王桢(译)

    1 序言
    涡旋式压缩机在静涡盘与动涡盘的止推轴承部上采用滑动轴承,为了使动涡盘稳定后进行旋转运动,所以在静涡盘上以适当的强度推压动涡盘。这一部分尽管不具备高压液压泵那样的特别润滑装置,但也决不会发生发热胶着等重大润滑事故,似乎确保了良好的润滑状态。但是,由于对本质的润滑特性尚不明确,所以,为了实现更高效的涡旋式压缩机,必须了解止推轴承的润滑机理。
    在本研究中,首先为了明确止推轴承理想润滑的主要原因,进行了基础实验。关注在止推轴承内外产生的压力差,测定压力差发生变化后在止推轴承上产生的摩擦力、摩擦系数,研究润滑状态因压力差得到大幅度改善的状况。
    其次,为了明确润滑的本质内容,进行了止推轴承混合润滑理论分析。尝试进行与实验相同条件的数值计算,明确得到了与实验结果极为一致的计算结果。根据确认了有效性的混合润滑理论分析的结果,详细研究了轴承支承力、轴承间隙、摩擦力、摩擦系数中的流体润滑和固体摩擦的影响,明确了支持止推轴承理想润滑的混合润滑的本质内容。
    2 论文概要
    2.1  摩擦磨损试验
    实验如图1所示,通过外圆呈环状的固定止推板和平坦的旋转板,将实机的动涡盘和静涡盘模型化,将其设置在充入了冷媒R22的多用途摩擦磨损试验装置内。改变转速N与轴承内外压力差△P,在止推轴承面上测定工作摩擦力、摩擦系数。其结果如图2所示的数据点,摩擦系数随着转速N的增加而大幅度地减少,另外,还明确了由于0.2MPa左右的压力差,尽管止推负载增加,摩擦系数还是大幅度地减少。另外,通过摩擦面的观察和FEM分析,明确了即使增大压力差,也能保持理想的润滑状态,是因为压力差,止推轴发生弹性形变,在轴承外圆上形成了斜楔,因此发生动压力效果的缘故。由于摩擦面的斜楔角随着止推负载的增加而增加,所以即使在高负载时还能形成更加理想的润滑状态。
    2.2 混合润滑理论解析
    因弹性形变在止推轴承外圆上形成斜楔的状态,可以用图3所示的刚性止推轴承模型来表示。外半径r0的固定止推板从半径r1的内圆到外圆,在径向上形成α角度的倾斜,与平坦的刚性旋转止推板之间形成角度α的斜楔。作用于轴承面的油膜压力和粘性阻力可以通过Patir·Cheng引进的修正雷诺方程式进行计算。另外,如果采用Greenwood·Williamson的固体接触理论,可计算出轴承面固体接触部的面积,并可求出固体接触力和固体摩擦力。根据作用于环状固定止推板上的这些力的平衡式,决定了轴承的状态,从而获得摩擦力、摩擦系数。
    理论计算是针对刚才的实验条件进行的。在止推轴承面上形成的油膜压力计算结果实例如图4所示。此图表示旋转板左向运动的状态。由于斜楔效果,右侧部分产生高压,左侧部分产生低压。摩擦系数的计算结果,如图2实线所示,和实验结果非常一致。

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