【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于燃氣輪機及航空發動機領域，具體涉及一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法。
技術介紹
1、滑動軸承相對于滾動軸承，滑動軸承更適用于大推力載荷，高速的工作環境；且滑動軸承對水、灰塵及雜質的損壞的敏感性也比較小；滑動軸承傾向于逐漸的磨損，使用壽命很長，即使滑動軸承失效了，還可以繼續維持機器工作一段時間來避免由于突然停機造成的事故，滑動軸承制造精度、難度及成本均比滾動軸承具有優勢。理論上，滑動軸承更適用于燃氣輪機高速、大推力的工作環境，然而國內外燃氣輪機卻很少滑動軸承，這主要基于以下原因：一方面燃氣輪機結構十分緊湊，并且工作溫度極高，軸承區域的工作溫度環境十分惡劣，在高溫下滑動軸承極易導致損壞；另一方面燃氣輪機在艦船上使用，工作載荷環境惡劣，經常遭受到海洋波浪的作用，產生縱搖、橫搖、艏搖、橫蕩、縱蕩、升沉等復雜的運行環境，使軸承承受復雜的交變載荷，導致其失效。
2、隨著燃氣輪機需求的不斷擴大，燃氣輪機日益發展，燃氣輪機功率初溫不斷提升，功率不斷增大，因此滑動軸承工作的溫度不斷提高，載荷不斷增大，滑動軸承的設計成為可倒車燃氣輪機設計的瓶頸之一。在可倒車燃氣輪機滑動軸承設計和應用過程中出現了以下問題及難點：
3、問題一：應用于汽輪機、各種常見的機器的常規的滑動軸承載荷較小，通常不超過10噸的載荷，然而燃氣輪機動力渦輪轉子軸向推力通常無法在機內平衡消除，因此滑動軸承推力很大，中型燃氣輪機推力基本在20多噸的量級，甚至達到40噸的量級。另一方面，燃氣輪機功率大，結構緊湊，在高溫高速下工作，滑動軸
4、現有技術改進方式：在燃氣輪機軸承設計中，目前國內通常選用成熟的可傾瓦滑動軸承，并采用巴氏合金瓦塊，巴氏合金的工作溫度通常要低于80℃，其在100℃下工作導致融化失效；針對瓦塊材料也進行過改進，使用鉛青銅等材料，提高瓦塊的工作溫度；
5、現有技術改進不足之一：通過選用國內外常見的可傾瓦滑動軸承形式和結構，常見的滑動軸承在燃氣輪機高溫、高速大推力作用下，經常出現在瓦塊邊緣區域磨損，逐漸擴展到整個瓦塊，導致軸承的失效的現象，其主要原因為常規軸承使用噴嘴或瓦塊供油，供油區域只能覆蓋到瓦塊中部位置，如圖1所示，邊緣區域經常出現缺油現象，造成邊緣位置的磨損。
6、現有技術改進不足之二：常規滑動軸承使用巴士合金涂層基本滿足常規機械軸承使用要求，鉛青銅滑動軸承的應用極少，鉛青銅在理論上是能滿足使用要求，但由于國內燃氣輪機發展相對薄弱，高溫、高速大推力載荷工作條件下，鉛青銅的應用技術并不成熟。國內使用的鉛青銅瓦塊，當溫度超過120℃會出現鉛青銅表面龜裂和鉛青銅脫落現象。
7、問題二：可倒車燃氣輪機轉子不僅需要在高溫、高速的工作中進行工作，而且要求轉子能夠實現正反轉，在大載荷、高速高溫環境下滑動軸承在正反轉條件下實現穩定運行難度很大。滑動軸承工作時，由于摩擦和滑油的粘性，軸頸帶動滑油在軸頸和瓦塊之間形成楔形油膜，如圖2所示，轉子軸向推力通過油膜傳遞到瓦塊上。油膜沿瓦面弧長上的油膜壓力分布如圖3所示，最大油膜壓力點大約位于進油側弧長的60％左右，油膜作用的合力作用點也在進油側弧長60％附近位置。對于可傾瓦滑動軸承來說，瓦塊支承點位置最理想狀態是與瓦塊受到的油膜合力點軸向位置重合，這種狀態下，滑動軸承運行最為穩定；相反，瓦塊支承點與油膜合力點軸向位置偏差越大，工作時，瓦塊偏轉越大，越不穩定，因此一般情況下，滑動軸承瓦塊的支點一般位于瓦塊進油側弧長的60％左右。
8、然而對于可正反轉的轉子來說，如果使用常規的滑動軸承(支點位于弧長的60％長度上)，轉子正轉時能夠穩定運行，然而反轉時，瓦塊的作用效果如圖4所示，瓦塊受到的油膜推力與瓦塊支點的偏差較遠，瓦塊會旋轉，容易造成瓦塊失穩，造成損壞。
9、現有技術改進方式一：對于可正反轉的機械通常采用滾動軸承，因為滾動軸承在正反轉工作時工作狀態無區別。
10、現有技術改進方式一不足：滾動軸承承載力太低，無法滿足可倒車燃氣輪機大載荷的要求。
11、現有技術改進方式二：對于可正反轉的燃氣輪機，最常見的采用滑動軸承瓦塊支點設置在瓦塊中間位置，如圖5所示。
12、現有技術改進方式二不足：對于可正反轉的燃氣輪機，滑動軸承瓦塊支點設置在瓦塊中間位置，如圖5所示，這樣對于正反轉時，瓦塊工作狀態是大致一致的，然而瓦塊受到的油膜推力與瓦塊支點始終不能在同一位置，在軸向力較小的情況下，這種軸承可以正常運行，然而這種軸承在大推力載荷下，滑動軸承也極易失穩，造成失效。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法。
2、一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法，包括以下步驟：
3、s1，給定軸承設計輸入；
4、s2，確定瓦塊個數z；
5、s3，確定瓦塊的斜面角度α和平面角度β；
6、s4，確定瓦塊斜面的坡高尺寸h；
7、s5，對可倒車燃氣輪機斜-平面推力可傾瓦平均比壓的驗證；
8、s6，對可倒車燃氣輪機斜-平面推力可傾瓦軸承采用ansys、自編程的流體計算程序或商用軸承軟件對軸瓦關鍵參數，油膜間隙、油膜溫度、滑油量、比壓等參數進行計算，不滿足設計要求時對瓦塊數量、包角及滑油量進行調整，使其關鍵參數滿足設計要求。
9、進一步地，所述s1中，根據燃氣輪機設計參數確定轉速n、最大軸向載荷t，滑油牌號、滑油供油溫度、滑油供油壓力和最大流量，根據燃氣輪機軸承腔的空間和燃氣輪機軸的直徑d，確定軸承的最大外徑do和最小內徑di；瓦塊表面最大線速度位于瓦塊外徑處，其圓周速度需滿足以下關系式：
10、v＝πdon/60<120m/s??(1)
11、如果瓦塊最大線速度不滿足以上條件，應減小瓦塊外徑使其滿足公式(1)。
12、進一步地，所述s2中定義確定瓦塊數量，燃氣輪機滑動軸承選用z＝8。
13、進一步地，所述s3中單個瓦塊的角度θ＝360k/z，k為包角系數，通常為0.75，按實際承載進行調整，然后根據軸瓦工作原理，確定瓦面斜面角度α和瓦面平面角度β。
14、進一步地，所述s5中瓦塊的單個瓦塊總面積面積為s，無論軸承正轉還是反轉，參與瓦面工作的區域的有效角度均為α+β＝5θ/6，瓦塊有效面積為s’＝5s/6，瓦塊的平均比壓應滿足p≯7mpa，其中
15、
16、本專利技術的有益效果在于：
17、(1)本專利技術在國內外首次采用斜-平面推力軸承和可傾瓦軸承相結合的結構形式，提高了軸承在大載荷和高轉速下的穩定性，在結構形式上具有獨特的創新。
18、(2)本專利技術在國內外首次采用了雙側開斜面的結構形式，保證軸承在正反轉工作狀態下均具有很高的穩定性。
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【技術保護點】
1.一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法，其特征在于，所述S1中，根據燃氣輪機設計參數確定轉速n、最大軸向載荷t，滑油牌號、滑油供油溫度、滑油供油壓力和最大流量，根據燃氣輪機軸承腔的空間和燃氣輪機軸的直徑D，確定軸承的最大外徑Do和最小內徑Di；瓦塊表面最大線速度位于瓦塊外徑處，其圓周速度需滿足以下關系式：
3.根據權利要求1所述的一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法，其特征在于，所述S2中定義確定瓦塊數量，燃氣輪機滑動軸承選用z＝8。
4.根據權利要求1所述的一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法，其特征在于，所述S3中單個瓦塊的角度θ＝360K/z，K為包角系數，通常為0.75，按實際承載進行調整，然后根據軸瓦工作原理，確定瓦面斜面角度α和瓦面平面角度β。
5.根據權利要求1所述的一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法，其特征在于，所述S5中瓦塊的單個瓦塊總面積面積為S，無論軸承正轉還
...【技術特征摘要】
1.一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法，其特征在于，所述s1中，根據燃氣輪機設計參數確定轉速n、最大軸向載荷t，滑油牌號、滑油供油溫度、滑油供油壓力和最大流量，根據燃氣輪機軸承腔的空間和燃氣輪機軸的直徑d，確定軸承的最大外徑do和最小內徑di；瓦塊表面最大線速度位于瓦塊外徑處，其圓周速度需滿足以下關系式：
3.根據權利要求1所述的一種可倒車燃氣輪機用斜-平面推力可傾瓦的設計方法，其特征在于，所述s2中定義確定瓦...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐波，牛夕瑩，劉宇，林洪飛，霍玉鑫，朱凱迪，
申請(專利權)人：中國船舶集團有限公司第七〇三研究所，
類型：發明
國別省市：
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