全动压气体轴承透平膨胀机机械性能的试验研究

在一台额定转速为10 64×104 r/min的高速透平膨胀机(轴径为25 00 mm,转子质量为891 g)上,采用新型弹性支承箔片动压径向轴承和螺旋槽动压止推轴承对全动压气体轴承透平膨胀机的机械性能进行了试验研究,达到了转速为12 16×104 r/min、超速14%稳定运转的良好效果.还对全动压气体轴承副的性能进行了研究,验证了全动压气体轴承高速透平转子失稳的主要因素是动压止推轴承承载力丧失而造成的止推轴承失稳,并对止推间隙的影响因素和变化规律进行了探讨.试验结果表明,在高速透平机械中采用国产全动压气体轴承是完全可行的.     

波箔箔片动压气体轴承的实验研究

为满足透平机械高速可靠运转的需求,设计了一种波箔型箔片轴承,其基本结构由柔性平箔和支承平箔的弹性波箔组成。在气体轴承-高速低温透平膨胀机实验台上对波箔箔片动压气体轴承进行了实验,实验中采用压缩空气驱动透平转子,以功率75kW的阿特拉斯螺杆压缩机作为供气源,从而获得了0.1~1.15MPa、标准工况下最高流量为600m3/h的压缩空气。将波箔厚度为0.05mm及0.07mm的2种箔片动压气体径向轴承,应用于主轴Φ25mm的标准工况下150m3/h制氧机用高速透平膨胀机,研究了箔片支承高速透平转子的振动特性及稳定性。实验结果表明:波箔弹性元件的刚度是轴承性能的重要影响因素之一,0.05mm波箔刚度小,柔性变形裕度较大,可以抑制转子不稳定涡动,透平膨胀机转子最高转速达93 366r/min;0.07mm波箔刚度较大,柔性变形裕度相对较小,当最高转速达到93 161r/min时转子出现涡动。2种波箔厚度的轴承最高转速达到9.3万r/min时转子的最大振幅均小于20μm,波箔轴承表现出了良好的刚度和阻尼特性,可有效抑制Φ25mm的高速透平膨胀机转子的涡动。     

径向气体箔片轴承高速重载测试及实验台搭建

设计了一款带有气缸加载装置的高速重载径向气体箔片轴承实验台,并对一种三瓣式气体箔片轴承进行实验研究.测得该气体箔片轴承起飞转速和起飞转矩均随载荷增大而升高.分别在转速为30 000、40 000、50 000、60 000 r/min时采用温度监测法对该种气体箔片轴承进行承载能力测试,测得该气体箔片轴承在不同转速下的极限承载能力分别为380、535、700和810 N.实验期间,在70 000 r/min时对双波箔气体箔片轴承进行加载实验,并在51 000r/min时实现1 020 N加载,验证了高速重载气体箔片轴承实验台搭建成功.     

低温透平膨胀机切向供气轴承的研究

本文叙述了150Nm~3/h制氧机中压低温透平膨胀机的切向小孔供气轴承的初步分析及试验结果.根据切向供气轴承径向间隙中的气体流动模型,以轴承耗气量计算了轴承径向间隙中的气体周向流动速度.试验研究了径向间隙、供气方向、供气压力等因素对失稳转迷(自激涡动起始速度)的影响.得出了切向供气轴承的最佳径向间隙,其数值要大于研制样机径向供气轴承的最佳径向间隙.使用切向供气轴承时,需注意供气方向必须与转子旋转方向相反,否则,轴承运转稳定性将显着降低.在小型高速低温透平膨胀机中,将径向供气轴承改为切向供气轴承是提高失稳转速简易可行的措施.     

多层弹性支承箔片动压气体径向轴承稳定性的实验研究

为了保证轴承支承高速转子的稳定运行,提出了一种具有多层弹性支承结构的新型箔片动压气体轴承。该轴承采用两层或多层具有鼓泡状凸起阵列的金属箔片作为弹性支承结构,通过调整鼓泡阵列的周向和轴向截距或调整上下层弹性箔片布置,可以实现轴承支承刚度特性和阻尼特性的调节。在直径为25mm主轴的高速(10万r/min)透平膨胀机上,实验研究了这种箔片轴承支承高速转子的运转特性,详细分析了3种典型排列方式下转速与压力的关系,以及高速转子升速及降速特性。结果表明:采用不同的多层结构排列方式,可以有效调整和改善弹性箔片轴承支承高速透平转子的刚度和阻尼特性,抑制高速转子的不稳定涡动;多层弹性箔片轴承能够产生多重刚度及多重阻尼,从而改进了传统箔片轴承刚度和阻尼的影响,改善了弹性箔片动压气体轴承的稳定性和可靠性。     

低温空气透平膨胀机的气体槽式动压轴承

本文描述了使用于低温空气透平膨胀机的径向及轴向气体槽式动压轴承。透平膨胀机的转子为横卧式,转速为10.7×10~4 r/min。在槽式动压轴承外使用了O形橡皮圈。与一般动压轴承相比,该轴承的间隙大,稳定性高。此外,为了避免轴承间隙内生成的热量传到透平冷端,采用了轴承内腔水冷却的结构。动压轴承低温空气透平膨胀机的运转试验及稳定性试验表明,该动压轴承的稳定性良好,可以使用于小型低温透平膨胀机上。     

掌上透平弹性箔片动压气体轴承的试验研究

为了满足微小型高速透平稳定、可靠运转的要求,设计研制了一种以精密机加工制作为目的的微小型箔片气体轴承,提出了以弹性鼓泡支承的新型波箔结构,其中箔片元件由表面光滑的平箔和半球型鼓泡突起体的弹性底箔组成,鼓泡箔片可采用单层鼓泡或多层鼓泡,多层鼓泡的第一层鼓泡在第二层鼓泡的跨距中央。在一台主轴轴径为6mm的掌上高速透平上首次进行了振动特性及稳定性试验,结果表明:新型鼓泡箔片轴承具有良好的阻尼特性,对转子不稳定涡动的抑制能力较强;鼓泡自身变形具有调节刚度和阻尼的特点;在全动压条件下,试验透平稳定运转达到近36万r/min。     

斜槽深度对模态转换型超声波电机

研制Φ20 mm的3台不同斜槽深度的纵扭模态转换型超声波电机样机.采用激光转速表测量电机样机的输出转速,对3台电机样机的输出转速特性进行对比分析.结果表明:斜槽深度对电机样机输出转速有明显影响.3台电机样机中,斜槽深度为1.5 mm的样机的输出转速最好,在谐振频率40.5 kHz时,输出转速为133 r/min;斜槽深度为0.5 mm的样机的输出转速最差,在谐振频率40.8 kHz时,输出转速为18.9 r/min.斜槽深度为2.5 mm的样机更适合大输出力矩.     

斜槽深度对模态转换型超声波电机性能的影响

研制Φ20 mm的3台不同斜槽深度的纵扭模态转换型超声波电机样机.采用激光转速表测量电机样机的输出转速,对3台电机样机的输出转速特性进行对比分析.结果表明:斜槽深度对电机样机输出转速有明显影响.3台电机样机中,斜槽深度为1.5 mm的样机的输出转速最好,在谐振频率40.5 kHz时,输出转速为133r/min;斜槽深度为0.5 mm的样机的输出转速最差,在谐振频率40.8 kHz时,输出转速为18.9r/min.斜槽深度为2.5 mm的样机更适合大输出力矩.     

低温氦透平膨胀机的热力设计及性能分析

针对我国航天领域某重点项目的研制任务，设计了一台氦气体轴承低温透平膨胀机，并对其热力性能进行了分析和讨论。提出了一种考虑膨胀机整体热力性能及机械性能的透平膨胀机系统多目标优化方法。解决了透平膨胀机使用不同工质时相似准则的选取方法，进而在自行开发的较为完善的透平膨胀机一元流动性能预测程序的基础上，获得了模化时所应遵循的相似准则数。以人工神经网络为基础实现了透平膨胀机的性能转换问题。试验结果表明，所研制的氦气体轴承透平膨胀机的绝热效率大于71％；在出口温度为12.8K时，膨胀机效率已达到75％；膨胀机的最大制冷量接近2kW。     

Research on a New-style Pipeline Inspection Robot System

IntroductionRecently pipe is used widely on the industry,agriculture and daily life. Natural gas and oil supplybecomes one of the fundamental public services and itsimpact on the urban infrastructure is getting larger. Theurban oil/gas pipelines, as they are buried under theground, are prone to external corrosion usually derived bymoisture and chemical agent in soil, which causes materiallosses of the pipe wall. Also, cracks in the welded regionand the da…     

基于Maxwell和Simplorer的2 kW低速永磁发电机设计

针对低风速、风资源欠佳且用电困难的地区,为改善风力发电机的低速发电性能,提高风能利用率,设计了一种应用于2 kW风力发电机组的低转速永磁发电机,利用磁路法对2 kW永磁发电机进行电磁设计,获得发电机的主要尺寸参数,其中定子内径为180 mm,铁心长度为90 mm,永磁体宽度为20 mm,永磁体厚度为4.5 mm。采用ANSYS Maxwell软件进行二维建模并分析其空载和负载情况下的磁场分布,通过ANSYS Maxwell和Simplorer联合对其仿真,对其瞬态特性进行分析。在此基础上研制了低转速永磁风力发电机样机,通过对比发电机转速在256～400 r/min时,样机试验与仿真的功率值和效率值,二者的最大误差为4.47%,低于5%,结果表明该低转速永磁发电机设计可行。     

主动避障式管道机器人结构设计及动力学仿真

为了解决轮式管道机器人在管道内越障能力不足的问题,设计一种主动避障管道机器人,并运用ADAMS进行动力学仿真分析。首先分析了管道机器人结构原理和运动特性。随后运用ADAMS建立虚拟样机,对管道机器人的避障能力、直行能力以及过弯能力进行仿真分析。仿真结果表明,该管道机器人可自动适应148～152 mm管径;可通过的最小转弯半径为304 mm;可实现在管道内部主动避障,同时具有良好的动力特性。     

蠕动式微机器人结肠镜系统及模型

研制了一种新型的基于蚯蚓蠕动原理的内窥镜机器人,可用于微创无创肠道诊疗.机器人直径和长度分别为9.5和120 mm,由自行研制的直线电磁驱动器驱动.详细介绍了样机的结构、运动原理和控制系统,建立了与爬坡能力相关的力学模型,给出了有效牵引的数学条件表达式,并对表达式的有效性进行了试验验证.建立了在粘弹性肠道中的受力模型,研究了牵引效率、临界步距,并进行了离体肠道试验.该研究为机器人结肠镜的临床应用奠定了基础.     

Earthworm-like micro robot based on electromagnetic driver

According to the principle of bionics, a prototype of the earthworm-like micro robot was developed and manufactured for entering the small tube. Based on the process of the action and mechanics analysis, the controller was designed. This micro robot with 6mm diameter was driven directly by three electromagnetic linear drivers. Mobile cells were joined with two degree-of-freedom joint and the whole body was flexible and soft. The driving force reached 10.8g in normal working condition. The direction of movement and the angle of imaging can be controlled by the shape memory alloy （SMA）. The driving force, velocity and movement of micro robot in flexural tube were tested through experiments, which indicated that the driving force was in proportion to the range of frequency, and the micro robot could current, and the velocity reached a maximum in certain move in the thin tube flexibly.     

用于左心室辅助的φ25mm主动脉瓣膜泵

研制出能够满足解剖和生理要求的心脏瓣膜泵．装置只有一个定子和一个转子,装置内没有轴承或其他支承物．叶轮叶片采用三元解析方法设计,可以防止滞流和紊流的产生．装置最大处的直径为24．7mm,长12．4mm;装置重40g,转子重11g;当转速为15000r／min时消耗功率为7W,血动力学测试试验表明,流经瓣膜泵的最大流量可达10L／min,0流量时对应的输出压力为80mmHg;当流量为4～8L／min时,瓣膜泵能增加循环流量约1L／min,提高输出压约10mmHg;由离心泵产生的搏动血流在经过瓣膜泵以后压力搏动值保持在40mmHg左右、以一头80kg重的猪进行首次受体动物试验,将瓣膜泵缝在主动脉进口位置,结果表明装置的植入对周围的组织和器官不会造成损害．     

卷绕系统的卷径检测和张力控制

对一引进卷绕张力控制系统存在的问题进行了分析，提出了卷径检测及卷径扰动补偿的张力控制新方法，并介绍了按此方法研制的装置结构．试验证明，该装置对解决系统的故障起了重要作用．     

超声方法检测感光乳胶中气泡的实验研究及检测装置

本文介绍检测感光乳胶中气泡的实验研究及检测装置的原型.由于不能使用通常的光学方法,故采用超声方法是合适的.而其中又以非多普勒方法更为简单与费用低廉.实验结果表明,所设计的装置能可靠地检测直径小至0.2亳米的气泡,极少漏报与虚警.     

N2O-PMMA小型混合火箭发动机试验研究

为研究小型氧化二氮(N2O)-有机玻璃(PMMA)混合火箭发动机,搭建了试验平台,设计并制造了N2O-PM-MA混合发动机试验样机。通过试验验证了试验平台和发动机设计,获得了N2O-PMMA混合发动机燃料燃速和氧化剂质量速度的关系公式。利用试验数据分析了燃料药柱几何尺寸、氧化剂质量速度和发动机喷嘴喉径对燃烧效率及推进性能的影响,探讨了这种发动机的优化设计范围。研究结果为未来小型混合发动机的工程应用提供了试验平台和科学依据。     

偏心圆锯锯割竹材胶合板的初步试验

试验目的在于以偏心圆锯有效偏心量。供试圆锯是直径３３５ｍｍ、齿数５０、锯厚２．０ｍｍ、锯路２．４ｍｍ的硬质合金锯片，每次锯下厚５ｍｍ的竹材胶合板，测定进给阴力、切削功率。实验因子是偏心量为０．０、０．２５、０．５０、０．７０、１．００、１．２５ｍｍ；锯片转速３０００ｒ／ｍｉｎ；进料速度为８、１４ｍ／ｍｉｎ。