CN106599505A - 双转子系统最佳供油量的计算模型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双转子系统最佳供油量的计算模型，为，本发明的计算模型构建便利，直接代入工况参数：径向载荷，低压转子转速，高压转子转速，供油温度，即可求得双转子系统最佳供油量，尤其适合径向载荷从2000~6000N，低压转子转速从4000~9000r/min,高压转子转速从9000~14000r/min，供油温度从室温~90℃的工况条件。本发明的模型具有很大的适用性，适合于合成航空润滑油为润滑剂、中介轴承为圆柱滚子轴承的双转子系统，很大程度上改善现有航空发动机双转子系统设计方法的不足。

Description

双转子系统最佳供油量的计算模型
技术领域
本发明涉及轴承设计技术领域，特别是涉及双转子系统最佳供油量的计算模型。
背景技术
双转子系统常见于航空发动机中。随着双转子系统中高压转子和低压转子转速的不断提高，双转子系统中的中介轴承工作转速不断提高，将引起中介轴承中保持架和滚子间打滑、接触表面的损伤、以及保持架的不稳定等一系列问题，如果中介轴承不能得到有效的润滑和冷却，将导致中介轴承工作温度过高，造成轴承失效，影响发动机的性能。当供油量过小，轴承不能形成比较可靠的润滑油膜，摩擦副处于边界润滑状态，降低轴承及双转子系统的寿命；但当供油量过大时，润滑油被高速搅动，轴承生热增多，也将降低轴承及双转子系统的寿命，所以供油量过少和过大都不能满足双转子系统的工作需要，存在一个最佳供油量。这个最佳供油量为使中介轴承中温度最高点的温度最低时的供油量。
现有技术，一般是通过经验或试验方法确定轴承的最佳供油量。通过经验显然很难达到最佳的供油量。而通过试验方法确定时，由于很难准确地测量出轴承内部各处的温度，只能通过测量结构表面的温度代替温度最高点处的温度，从而带来很大的误差，另外试验的方法只针对几个具体的工况，并不能推广。也有文献给出了油气润滑下，轴承-主轴（单转子）系统中最佳供油量与工况参数之间的关系式，但是公式中的工况参数不是真实存在的工况参数，而是人为拼凑的一个参数，不能给出公式的使用范围，而且也是针对单转子系统的公式。目前为止未见到双转子系统最佳供油量计算模型的相关研究。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种双转子系统最佳供油量的计算模型。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
双转子系统最佳供油量的计算模型为：
其中，为径向载荷,单位N；为低压转子转速，单位r/min；为高压转子转速，单位为r/min；为供油温度，单位为℃；最佳供油量，单位为mm3/s。
所述的双转子系统最佳供油量的计算模型适合径向载荷从2000~6000N，低压转子转速从4000~9000r/min, 高压转子转速从9000~14000r/min，供油温度从室温~90℃的工况条件。
所述的双转子系统包括低压转子、高压转子、2个高压转子轴承、2个低压转子轴承以及1个中介轴承。其中，低压转子轴承和高压转子轴承均为深沟球轴承，中介轴承为圆柱滚子轴承，在中介轴承上作用径向载荷，低压转子转速为，高压转子转速为。
所述的双转子系统所用的润滑油为合成航空润滑油，供油温度为。
所述的双转子系统常用于航空发动机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明双转子系统最佳供油量的计算模型构建便利，直接代入工况参数：径向载荷，低压转子转速，高压转子转速，供油温度，即可求得双转子系统最佳供油量，而且经有限元软件计算，验证该计算模型具有很高的精确度，尤其适合径向载荷从2000~6000N，低压转子转速从4000~9000r/min, 高压转子转速从9000~14000r/min，供油温度从室温~90℃的工况条件。很大程度上改善现有双转子系统设计方法的不足；
（2）本发明的双转子系统最佳供油量的计算模型具有很大的适用性，适合于合成航空润滑油为润滑剂、中介轴承为圆柱滚子轴承的双转子系统；
（3）本发明所提供的最佳供油量设计方法可以推广到其它轴承的最佳供油量设计方法中去。
附图说明
图1所示为计算双转子系统温度场以及中介轴承中滚子与内圈和外圈接触点温度的计算方法流程图。
图2所示为润滑油供油温度为50℃，径向载荷为4000N，低压转子转速为4400r/min，高压转子转速为11000r/min时，改变供油量时，滚子与内圈和外圈接触点温度与供油量之间的关系图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明双转子系统最佳供油量的计算模型为 ：
其中，为径向载荷,单位N；为低压转子转速，单位r/min；为高压转子转速，单位为r/min；为供油温度，单位为℃； 最佳供油量，单位为mm3/s。
所述的双转子系统最佳供油量的计算模型适合径向载荷从2000~6000N，低压转子转速从4000~9000r/min, 高压转子转速从9000~14000r/min，供油温度从室温~90℃的工况条件。
所述的双转子系统包括低压转子、高压转子、2个高压转子轴承、2个低压转子轴承以及1个中介轴承。其中，低压转子轴承和高压转子轴承均为深沟球轴承，中介轴承为圆柱滚子轴承，在中介轴承上作用径向载荷，低压转子转速为，高压转子转速为。
所述的双转子系统所用的润滑油为合成航空润滑油，供油温度为。
所述的双转子系统常用于航空发动机。
选取工况条件如下：润滑油为4109合成航空润滑油，供油温度为50℃，径向载荷为4000N，低压转子转速为4400r/min，高压转子转速为11000r/min。以该工况为具体实施例来验证双转子系统最佳供油量的计算模型。
把=4000N, =4400r/mim, =11000r/min, T =50℃, 代入双转子系统最佳供油量的计算模型：
可求得该工况下双转子系统的最佳供油量为=mm3/s。
为验证上述利用双转子系统最佳供油量的计算模型计算得到的供油量为最佳供油量，可利用有限元软件进行计算验证。
最佳供油量为使中介轴承中温度最高点的温度最低时的供油量。而中介轴承中温度最高点为轴承内圈或者外圈与滚子接触点的温度。为了找出最佳供油量，需要计算不同供油量下，滚子与内圈和外圈接触点的温度值。这就需要计算双转子系统的温度场分布，其计算流程图如图1所示。
流程图中双转子系统的功率损失和对流换热系数的计算方法为现有技术，与2012年5月份在《航空动力学报》上的论文“轴连轴承温度场的有限元分析”一文中的方法类似，具体不复赘述。在功率损失和对流换热系数求解结束后，调用ANSYS并建立双转子系统的有限元模型，将所求得的功率损失和换热系数施加到所建立的有限元模型上。ANSYS通过求解器对其进行求解，进而在ANSYS的后处理工具中可得到在该工况下双转子系统的温度场分布，并可得到中介轴承中滚子与内圈和外圈接触点的温度值。
润滑油为4109合成航空润滑油，供油温度为50℃。中介轴承所受径向载荷为4000N，低压转子转速为4400r/min，高压转子转速为11000r/min，供油量分别取，，，，，，， ，，，，，mm3/s,按照上述计算双转子系统温度场分布的方法，可得到不同供油量下中介轴承中滚子与内圈和外圈接触点温度，从而得到滚子与内圈和外圈接触点温度与供油量之间的关系图，如图2所示，其中，横坐标为供油量，纵坐标为滚子与内圈或者外圈接触点的温度值。
从图2中可以看到，供油量存在最佳值，即供油量在低于或高于此值时，接触点的温度较高。从图中可知，在供油温度为50℃，中介轴承所受径向载荷为4000N，低压转子转速为4400r/min，高压转子转速为11000r/min，供油量为～mm3/s，随着供油量的增加，滚子与内圈和外圈接触点的温度值减小；而供油量在~mm3/s之间时，随着供油量的增加，滚动体与内圈和外圈接触点的温度值增加；当供油量为~mm3/s时，接触点的温度最低，即最佳供油量为~mm3/s之间的某个值。而根据本发明给出的双转子系统最佳供油量的计算模型，计算得到上述工况下双转子系统的最佳供油量为=mm3/s。从而证明，本发明的双转子系统最佳供油量的计算模型预测精度较高，尤其适合径向载荷从2000~6000N，低压转子转速从4000~9000r/min, 高压转子转速从9000~14000r/min，供油温度从室温~90℃的工况条件。
利用本发明的双转子系统最佳供油量的计算模型，可有效计算双转子系统的最佳供油量，从而对轴承设计和双转子系统的设计提供指导。本发明的双转子系统最佳供油量的计算模型具有很大的适用性，适合于合成航空润滑油为润滑剂、中介轴承为圆柱滚子轴承的双转子系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.双转子系统最佳供油量的计算模型，其特征为：
其中：为径向载荷，单位N；为低压转子转速，单位r/min；为高压转子转速，单位为r/min；为供油温度，单位为℃；最佳供油量，单位为mm3/s。
2.如权利要求1所述的双转子系统最佳供油量的计算模型，其特征在于：所述的计算模型适合径向载荷从2000~6000N，低压转子转速从4000~9000r/min, 高压转子转速从9000~14000r/min，供油温度从室温~90℃的工况条件。
3.如权利要求1所述的双转子系统最佳供油量的计算模型，其特征在于：所述的双转子系统包括低压转子、高压转子、2个高压转子轴承、2个低压转子轴承以及1个中介轴承；其中，低压转子轴承和高压转子轴承均为深沟球轴承，中介轴承为圆柱滚子轴承，在中介轴承上作用径向载荷，低压转子转速为，高压转子转速为，所述的双转子系统所用的润滑油为合成航空润滑油，供油温度为。
4.如权利要求1所述的双转子系统最佳供油量的计算模型，其特征在于：所述的双转子系统常用于航空发动机。
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