屏蔽泵是一種無(wú)密封泵，泵和驅動(dòng)電機都被密封在一個(gè)被泵送介質(zhì)充滿(mǎn)的壓力容器內，此壓力容器只有靜密封，并由一個(gè)電線(xiàn)組來(lái)提供旋轉磁場(chǎng)并驅動(dòng)轉子。這種結構取消了傳統離心泵具有的旋轉軸密封裝置，故能做到完全無(wú)泄漏。軸承間隙又稱(chēng)為軸承游隙，所謂軸承游隙，即指軸承在未安裝于軸或軸承箱時(shí)，將其內圈或外圈的一方固定，然后便未被固定的一方做徑向或軸向移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)量。根據移動(dòng)方向，可分為徑向游隙和軸向游隙。
軸承運轉時(shí)的游隙(稱(chēng)做工作游隙)的大小對軸承的滾動(dòng)疲勞壽命,溫升,噪聲,振動(dòng)等性能 有影響. 測量軸承的游隙時(shí),為得到穩定的測量值,一般對軸承施加規定的測量負荷. 因此,所得到的測量值比真正的游隙(稱(chēng)做理論游隙)大,即增加了測量負荷產(chǎn)生的彈性 變形量. 但對于滾子軸承來(lái)說(shuō),由于該彈性變形量較小,可以忽略不計. 安裝前軸承的內部游隙一般用理論游隙表示.
K.P. Gertzos和P.G. Nikolakopoulos等利用FLUENT軟件和Bingham流體模型對水潤滑軸承進(jìn)行了多維數值仿真計算，分析了水潤滑軸承的承載能力和潤滑特性，水潤滑軸承的液膜壓力分布并不是一成不變的，而是隨著(zhù)水潤滑軸承的寬徑比作有規律的變化。根據流體潤滑理論，不同寬徑比、不同偏心率、不同載荷、不同偏位角是影響液膜壓力分布的主要因素。葉曉琰等對海水淡化泵水潤滑軸承的間隙進(jìn)行了優(yōu)化設計。CABRERA等通過(guò)實(shí)驗測量了水潤滑徑向軸承的潤滑膜壓力同時(shí)還借助于計算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)對水潤滑軸承進(jìn)行理論研究，結果表明，運用CFD 對水潤滑軸承進(jìn)行數值模擬的結果與現實(shí)中的試驗結果完全相匹配。
上述結果均從水膜單體進(jìn)行研究，并沒(méi)有從系統的理念研究這一問(wèn)題，且對軸承間隙這一因素研究較少。本文采用對不同軸承間隙的離心泵進(jìn)行數值計算，旨在分析不同軸承間隙對水膜的動(dòng)特性系數和水膜壓力分布的影響。
不同軸承間隙的離心泵內部流場(chǎng)數值計算
1.基本參數
本文選取屏蔽泵如圖1所示，該泵基本參數為：運行參數為：流量Q=140?m3/h，揚程H=40?m，轉速n=2?865?r/min。設計葉輪幾何參數：葉輪直徑D2=205?mm，出口寬度b2=24.3?mm，葉片數Z=6?；谝陨蠀?，建立起不同軸承間隙的屏蔽泵全流場(chǎng)仿真模型。相對于普通離心泵，屏蔽泵具有更高的運行可靠性，但是由于屏蔽套的存在，屏蔽泵運行效率相對較低。該屏蔽泵主要由離心泵和屏蔽電機構成。屏蔽泵中的葉輪固定在電機轉軸上，電機轉子和定子之間以屏蔽套隔開(kāi)，泵中液體由泵排出口輸送到屏蔽套中，分別經(jīng)前后軸承，回流到葉輪中。間隙液體間接起到水潤滑效果，同時(shí)還能起到冷卻的作用。水潤滑是以水為介質(zhì)，在軸承間隙處，由于流體動(dòng)壓效應的作用，起到了軸承效果，當應用在屏蔽泵上，能很好的解決油潤滑所帶來(lái)的缺陷，方便屏蔽泵地維護，提高安全可靠性。
2.不同軸承間隙屏蔽泵全流場(chǎng)數值模擬
通過(guò)建立不同軸承間隙的屏蔽泵全流場(chǎng)模型，進(jìn)行定常數值計算，求解出葉輪所受的徑向力的大小，對該屏蔽泵轉子系統進(jìn)行受力分析，求解計算出軸承處的支反力。
計算得出軸承的偏心率如下：
本文中偏心率的計算主要依據軸承所承受的支撐力的大小，計算出軸承的承載量系數，結合軸承的參數，通過(guò)查表得出軸承的偏心率。
計算得出軸承的偏心率如下：
從表中可以看出，隨著(zhù)軸承間隙地增大，軸承a和軸承b處的偏心率也隨著(zhù)增大，并且軸承b處的偏心率比軸承a處的大。符合屏蔽泵轉子模型的實(shí)際運轉狀況。數據表明改變軸承間隙的大小，將會(huì )影響楔形作用，從而影響水潤滑的形成。
水膜壓力分布的計算
采用Matlab 實(shí)現二維定常Reynolds方程的求解，最終得到水膜壓力分布曲線(xiàn)圖5所示，圖中P為水膜壓力，b 為軸向寬度，α為周向角度。在實(shí)際工況條件下，使用海水作為潤滑介質(zhì)，依據壓力平衡原理，水膜區域中正壓與負壓同時(shí)存在，在負壓區域，當負壓達到一定值時(shí)，水膜會(huì )發(fā)生破裂，同時(shí)在正壓區域形成收斂間隙，基于此本文用以求解雷諾方程的邊界條件為半 Sommerfeld 邊界條件，該邊界條件認為水膜只能在 0~180°的范圍內形成壓力分布，周向角度為0( 液膜最大厚度處) 和180°( 液膜最小厚度處) 處時(shí)，水膜壓力值為 0。
屏蔽泵軸承處的潤滑效果主要依據水膜的最小膜厚以及軸頸與軸瓦的兩表面之間的粗糙度。這是由于在水膜相對于軸頸和軸瓦表面運動(dòng)過(guò)程中，兩表面的粗糙度會(huì )對水膜的形態(tài)造成一定的影響，對水膜最小膜厚的地方影響最大。最小膜厚處也是承受壓力最大的區域。當接觸表面凹凸不平，凸起區域比水膜最小膜厚的厚度要大時(shí)，水膜會(huì )發(fā)生破裂，使兩接觸表面直接接觸，潤滑效果受到影響;當表面凸起區域比水膜最小膜厚要小時(shí)，水膜形態(tài)保持良好，會(huì )形成完全流體動(dòng)壓潤滑，此時(shí)潤滑效果良好。
相對于軸承間隙為0.5?mm和0.8?mm時(shí)，軸承間隙為0.2?mm時(shí)，水膜厚度最小，驗證此處的膜厚比即可。軸頸和軸瓦的表面粗糙度分別為0.8?μm, 1.6?μm，則有λ=6.67。
符合λ≥3，意味著(zhù)軸承處潤滑為完全動(dòng)壓潤滑，具有良好的潤滑效果且不會(huì )發(fā)生摩擦; 同時(shí)表明軸承間隙的設計是可行的 ，在軸承相關(guān)參數一定的情況下，由流體動(dòng)壓潤滑產(chǎn)生的水膜能支撐起轉子，能保證轉子系統良好穩定地運行。
小結
初步獲得了以下結論：
1.通過(guò)改變屏蔽泵軸承間隙，隨著(zhù)軸承間隙增大，額定流量點(diǎn)下工作效率越低。
2.隨著(zhù)軸承間隙地增大，軸承處所受支反力呈現逐漸降低的趨勢，但是幅度趨緩;軸承處的偏心率逐漸升高。
3.水潤滑軸承的動(dòng)特性無(wú)量綱剛度和阻尼系數只和偏心率有關(guān)，并隨著(zhù)軸承間隙的逐漸增大。
4.通過(guò)求解不同軸承間隙形成的水膜的膜厚比，得知該分析的軸承間隙范圍內都能形成良好的動(dòng)壓潤滑，并隨著(zhù)軸承間隙地增大。
