液氫液氧在軸承發(fā)展中的作用
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發(fā)布日期: 2019.07.16
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因此相關(guān)的資料相對(duì)有限液氫液氧是日前國際上先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用的燃料或推進(jìn)劑,如美國的SSME氫氧發(fā)動(dòng)機(jī),我國的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)也采用液氫作為燃…
因此相關(guān)的資料相對(duì)有限
液氫液氧是日前國際上先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用的燃料或推進(jìn)劑,如美國的SSME氫氧發(fā)
動(dòng)機(jī),我國的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)也采用液氫作為燃料或推進(jìn)劑,其度低,低溫具有代表性
由于LH1密度遠(yuǎn)低于LO)密度,氫泵軸承轉(zhuǎn)速要高于氧果,一般氫轉(zhuǎn)速在4000min
左右,氧轉(zhuǎn)速在2000m。而軸承載荷隨著運(yùn)我能力要求的提高也隨之不斷增大,我
國正在研制轉(zhuǎn)速8000/min的滾動(dòng)軸承。美國航天技術(shù)是世界航天技術(shù)的最高水平,多
年來,美國就已經(jīng)把高可靠性、長(zhǎng)壽命的高速軸承列為可重復(fù)使用運(yùn)載器的關(guān)鍵技術(shù)之
對(duì)于SSME渦輪泵軸承進(jìn)行了大量的研究工作。美國的 Walowit等對(duì)于SSME上的液體
燃料泵上的動(dòng)靜壓軸承進(jìn)行研究,軸承直徑為96.52m,長(zhǎng)度為50.8m,轉(zhuǎn)速達(dá)到
36000/min,潤滑介質(zhì)為工作介質(zhì)液體氫。當(dāng)前NASA正在致力于SSME的燃料泵和其他
未來航天運(yùn)載系統(tǒng)上的動(dòng)靜壓軸承的多項(xiàng)研究工作。以前這些軸承的設(shè)計(jì)都沒有軸向回油
槽。另外,美國的石油化工行業(yè)也在進(jìn)行動(dòng)靜壓軸承的相關(guān)研究,其今后的研究方向是:
①研究設(shè)計(jì)無回油槽的動(dòng)靜壓軸承的計(jì)算程序,這對(duì)于預(yù)測(cè)和比較軸向回油槽對(duì)軸承性能
的影響是必要的:の準(zhǔn)備對(duì)推力軸承模型的準(zhǔn)確性和假設(shè)作進(jìn)一步的研究。日本對(duì)動(dòng)靜壓
軸承也進(jìn)行了大量的研究和試驗(yàn)工作。1991年日本1H1用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出了一種動(dòng)靜壓軸
承,實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速成功達(dá)到86000/min。1995年IHI將多油腔動(dòng)靜壓軸承用在LE5液氫泵上
轉(zhuǎn)速達(dá)到500omin。在2000年,1H采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)帶回油槽的動(dòng)靜壓軸承進(jìn)行了
重新設(shè)計(jì),并且在60000r/min進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明,當(dāng)壓力在較低的0.18MPa時(shí),滿輪
泵轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)并且沒有磨損,同時(shí)轉(zhuǎn)子也以較低的振幅通過一階和二階臨界轉(zhuǎn)速。同時(shí)也發(fā)
現(xiàn),隨著溫度的升高,軸向力的平衡變得不太穩(wěn)定,并且在啟動(dòng)和停車瞬間有較大的振動(dòng),即
使這樣,在泵運(yùn)行期間沒有發(fā)生嚴(yán)重的破壞。法國在這方面也做了相應(yīng)的研究工作,
SNECMA研制出了稱為 Aptech的航天渦輪泵樣機(jī),采用液體潤滑軸承的60kN級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)
的LH12渦輪泵在正常工況下成功運(yùn)行,軸承的dn值達(dá)到50萬(mm?r/min)。 SNECMA
之后利用獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法、工具和優(yōu)化的加工技術(shù),對(duì)液體潤滑軸承(特別是帶油腔的動(dòng)靜
壓軸承)進(jìn)行了大量的研究工作,2004年,他們?cè)囼?yàn)發(fā)現(xiàn),在實(shí)驗(yàn)的啟動(dòng)和停車階段,當(dāng)轉(zhuǎn)
速達(dá)到2000/min時(shí),轉(zhuǎn)軸就被提升從而降低了軸頸和軸套的磨損。在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下,
實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間超過7008,最大轉(zhuǎn)速達(dá)到11000/min,對(duì)應(yīng)的dn值為50萬(mm?r/min),軸
頸和軸套的磨損很低,材料摩擦讓人滿意。我國對(duì)于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵用的高速軸承
的研究和西方國家相比相對(duì)落后。目前,陜西動(dòng)力機(jī)械設(shè)計(jì)研究所和西安交通大學(xué)在液體
火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪動(dòng)靜壓軸承技術(shù)方面有一定的研究并取得一定的成果。陜西動(dòng)力機(jī)械設(shè)
計(jì)研究所提出了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上選用動(dòng)靜壓軸承的原則,并以液氧中工作的徑向軸承和
止推軸承為對(duì)象,通過理論計(jì)算,結(jié)合動(dòng)靜壓軸承選用原則及渦輪泵研制經(jīng)驗(yàn),從多種結(jié)構(gòu)
形式中選定出:徑向軸承宜選用腔式徑向動(dòng)靜壓軸承,止推軸承宣選用螺旋槽結(jié)構(gòu)或瓦塊式
形式。同時(shí)還對(duì)腔式徑向動(dòng)靜壓軸承進(jìn)行了試驗(yàn)研究,該軸承為四油腔對(duì)稱結(jié)構(gòu),內(nèi)徑
30mm,半徑間隙56rm,試驗(yàn)載荷為9.6kg,共進(jìn)行了三次運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn),轉(zhuǎn)速分別為500 r/min
6000r/min和6000~18000r/min,結(jié)果表明沒有明顯的磨損現(xiàn)象。