پیش بینی کاویتاسیون در یاتاقان های مجله
بلبرینگ های ژورنال اجزای روغن کاری شده ای هستند که از یک محور چرخان پشتیبانی می کنند. کاویتاسیون بر عملکرد این یاتاقان ها تأثیر می گذارد و باید در مرحله طراحی مورد توجه قرار گیرد. در اینجا، من توضیح میدهم که یاتاقانهای مجله چیست و چرا پیشبینی کاویتاسیون مهم است، و همچنین یک مثال صنعتی را با شما به اشتراک میگذارم.
بلبرینگ های ژورنال چیست؟
یاتاقان های ژورنال معمولاً برای پشتیبانی از یک محور چرخان استفاده می شوند. آنها از دو بخش ساخته شده اند: یک شفت (یا ژورنال) که در یک بلبرینگ ثابت می چرخد. برای کاهش اصطکاک و سایش بین یاتاقان ثابت و محور چرخان، شکاف نازک بین این دو قسمت با یک مایع چسبناک مانند روغن پر می شود و بنابراین از تماس سطح به سطح جلوگیری می شود. این روان کننده همچنین ارتعاشات مکانیکی نامطلوب را کاهش می دهد. به این لایه نازک سیال، لایه روانکاری می گویند . ضخامت آن در حالت ایده آل در محدوده هزارم تا صدم میلی متر است.
درباره کاویتاسیون
به دلیل بارهای وارد شده به یاتاقان و شفت، ضخامت لایه روانکاری ثابت نیست و فشار جریان نیز ثابت نیست. هنگامی که فشار جریان از فشار محیط پایین میآید، هوا و سایر گازهای حل شده در روانکننده آزاد میشوند. این پدیده که مشخصه یاتاقان های بارگذاری شده است، به عنوان کاویتاسیون یا کاویتاسیون گازی شناخته می شود .
شماتیک یک بلبرینگ ژورنال.
در برخی موارد که شامل بارهای متغیر با فرکانس بالا است، مانند موتورهای احتراق داخلی، فشار ممکن است کمتر از فشار بخار روغن (که کمتر از فشار محیط است) کاهش یابد. در این حالت، حباب ها با تبخیر/جوشیدن سریع روغن تشکیل می شوند. این پدیده به عنوان حفره بخار شناخته می شود .
توانایی پیش بینی شروع و میزان کاویتاسیون در لایه روانکاری به دو دلیل اصلی مهم است:
- شروع و میزان کاویتاسیون گازی در یاتاقان های ژورنال تعیین کننده باری است که می توان به یاتاقان وارد کرد.
- انفجار حبابهای حفرهای بخار باعث آسیب جدی به ژورنال و سطوح بلبرینگ میشود.
پیش بینی کاویتاسیون
فشار روان کننده را می توان از معادله رینولدز محاسبه کرد. این معادله در حوزه سیال سه بعدی بین یاتاقان و شفت حل نمی شود، بلکه در یک سطح دو بعدی در داخل شکاف حل می شود.
بنابراین، فاصله بین شفت و یاتاقان در هندسه، جایی که دو قسمت در تماس هستند، نشان داده نمی شود. این رویکرد “بعد پایین تر” به شدت مصرف CPU و بار حافظه را در طول وضوح مدل کاهش می دهد. در نرم افزار شبیه سازی COMSOL Multiphysics، معادله رینولدز برای محاسبه اثرات کاویتاسیون گازی اصلاح شده است.
این آموزش از گالری مدل ما شروع و میزان کاویتاسیون را در لایه روانکاری یاتاقان ژورنال پیشبینی میکند. رنگ نشان دهنده کسر جرمی روان کننده در ناحیه کاویتاسیون است. کانتور سفید طرح کلی ناحیه کاویتاسیون را نشان می دهد. (این مدل به COMSOL Multiphysics و ماژول CFD نیاز دارد .)
مثال صنعت: دینامیک روتورها در یاتاقان های هیدرودینامیکی
در کنفرانس COMSOL 2013 روتردام، راب الینگ از میتسوبیشی توربوشارژر و موتور اروپا کار خود را ارائه کرد که در آن از COMSOL Multiphysics و رابط فیزیک لایه نازک برای ارزیابی خطر ناپایداری روتور ناشی از تعامل بین روتور و یاتاقان ها در یک توربوشارژر استفاده کرد.
اعتبار تصویر: R. Eling، توربوشارژر و موتور میتسوبیشی اروپا، آلمر، هلند.
این تحلیل بسیار غیرخطی شامل دو جزء اصلی است:
- یک شفت انعطاف پذیر (در نمودار بالا به رنگ خاکستری نشان داده شده است) که هر دو طرف توربوشارژر را به هم متصل می کند.
- دو یاتاقان هیدرودینامیکی مجزا (در طرح بالا به رنگ نشان داده شده است).
تجزیه و تحلیل همراه این مشکل پیش بینی معیارهای عملکرد حیاتی زیر را امکان پذیر می کند:
- پایداری روتور برای اطمینان از عملکرد ایمن در تمام شرایط بارگذاری.
- پاسخ روتور به بارهای نامتعادل برای جلوگیری از سایش و مشکلات نویز.
- تلفات اصطکاک در یاتاقان ها.
به دلیل پیچیدگی مدل، مشکل در سه مرحله حل شد.
مرحله 1
اولین مرحله شامل انجام تجزیه و تحلیل دینامیک روتور (یعنی مسئله مکانیک سازه بدون در نظر گرفتن یاتاقان ها) بود:
اعتبار تصویر: R. Eling، توربوشارژر و موتور میتسوبیشی اروپا، آلمر، هلند.
گام 2
در مرحله دوم، او تجزیه و تحلیل یاتاقان های هیدرودینامیکی را انجام داد:
اعتبار تصویر: R. Eling، توربوشارژر و موتور میتسوبیشی اروپا، آلمر، هلند.
مرحله 3
در نهایت، او تحلیلی از سیستم بلبرینگ روتور جفت شده انجام داد:
اعتبار تصویر: R. Eling، توربوشارژر و موتور میتسوبیشی اروپا، آلمر، هلند.
الینگ شبیهسازیها را در محدوده عملیاتی کامل اجرا کرد و حضور بسیاری از موارد جالب و بالقوه خطرناک را نشان داد! – ارتعاشات خود القای سیستم به دلیل فعل و انفعالات ساختار سیال بین روتور و یاتاقان ها.
منابع اضافی
برای اطلاعات بیشتر در مورد تحقیقات نشان داده شده در اینجا، لطفاً به مقاله Eling ” Dynamics of Rotors on Hydrodynamic Bearings ” که در کنفرانس COMSOL 2013 در روتردام ارائه شد، مراجعه کنید. اگر سؤالی دارید، لطفاً با تیم پشتیبانی فنی محلی خود تماس بگیرید .
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید