Systems. Methods. Technologies 3 (43) 2019

Системы Методы Технологии. Н.А. Райковский и др. Экспериментальное исследование … 2019 № 3 (43) с. 20-28 21 Введение Реализация требуемых температурных режимов са- мосмазывающихся подшипников [1–5] роторных ма- шин и обеспечение максимальной адаптации системы охлаждения самосмазывающихся подшипников и кон- струкции агрегата без ее усложнения возможны при продувке серповидного зазора, образованного поверх- ностями ротора и подшипника, рабочим телом турбо- агрегата (турбодетандера, турбокомпрессора) [6]. Такая система охлаждения перспективна в турбоагрегатах, работающих на низко- и среднетемпературном рабочем теле. Предварительная оценка показывает, что в таких безмасляных турбомашинах расход рабочего газа, идущий на охлаждение самосмазывающихся подшип- никовых узлов, незначителен и не превышает 1%. При создании охлаждаемых самосмазывающихся подшип- ников, содержащих систему охлаждения зазора, обра- зованного поверхностями ротора и подшипника, тре- буются значения коэффициента теплоотдачи для ана- лиза теплового состояния конструкции подшипниково- го узла. Однако на сегодняшний день в доступной на- учной и технической литературе [7–13] данная инфор- мация отсутствует и ограничивается кольцевыми, в том числе эксцентричными каналами. Поэтому целью данной работы является экспери- ментальное исследование теплоотдачи в серповидном канале самосмазывающегося подшипника при различ- ных значениях расхода воздуха, продуваемого через зазор, и линейных скоростях трущейся поверхности ротора. Методика экспериментального исследования. Схема самосмазывающегося подшипникового узла, содержащего систему охлаждения серповидного кана- ла, представлена на рис. 1. Рис. 1. Схема подшипника, содержащего систему охлаждения серповидного зазора В экспериментальном узле теплота, выделяющаяся в процессе трения, распространяется по поверхности ротора и подшипника, тогда можно записать: о.с. = р + П , (1) р = р ∙ р ∙ р ср − о.с ср , (2) п = п ∙ п.п ∙ ( п.п ср − о.с ср ) , (3) где о . с . — количество теплоты, выделяющееся в ре- зультате механического трения; р — количество теп- лоты, отводимое охлаждающей средой с поверхности ротора; п . п — количество теплоты, отводимое охлаж- дающей средой с поверхности подшипника; р — ос- редненный коэффициент теплоотдачи по поверхности ротора; п — осредненный коэффициент теплоотдачи по поверхности подшипника; р — площадь поверхно- сти ротора, образующей серповидный ка- нал; п . п — площадь поверхности подшипника, обра- зующей серповидный канал; р ср — средняя температура трущейся поверхности ротора; п.п ср — средняя темпера- тура внутренней поверхности подшипника в пределах серповидного зазора; о.с. ср — средняя температура охла- ждающей среды в серповидном канале. Определение теплоотдачи на поверхностях ротора и подшипника отдельно не представляется возможным, так как неизвестен коэффициент распределения тепла между подшипником и ротором. Поэтому целесообраз- но рассматривать осредненное значение теплоотдачи применительно к серповидному каналу в целом. В этом случае корректнее использовать приведенный коэффи- циент теплоотдачи к поверхностям, образующим сер- повидный канал. Тогда формула теплового баланса примет вид: пр = о . с . , (4) пр ∙ ∙ окр ∙ ∙ с . к р − о . с ср = ∙ ∙ вых ср − вх (5) Отсюда следует, что приведенный коэффициент те- плоотдачи равен: