高速透平机械全金属鼓泡箔片动压气体轴承稳定性研究

为了验证高速透平机械中鼓泡箔片轴承完全取代传统静压轴承的可行性,将全金属鼓泡箔片径向轴承和鼓泡箔片止推轴承同时应用在主轴直径为25mm、产量为150m3/h工业制氧机用的高速透平膨胀机上,进行了全动压鼓泡箔片轴承透平膨胀机的实验研究,实验用的鼓泡箔片径向轴承采用周向叉排,鼓泡箔片止推轴承采用径向叉排。实验结果表明:透平转子在全动压鼓泡箔片轴承透平膨胀机上能够稳定运行,表现出良好的动态性能和稳定性;由于良好的柔弹性结构、惯性小等特点,鼓泡箔片轴承能够迅速适应转子运动;随着转子转速的升高,转子轴心轨迹由不规则半圆环状逐渐变成规则的圆环状,在多次重复性实验中轨迹重复性较好;鼓泡箔片轴承可有效抑制转子涡动,转子能够在高转速下持续稳定运行。     

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。     

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.     

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。     

多层鼓泡弹性支承箔片动压气体轴承的实验研究

在单层鼓泡箔片动压气体轴承的基础上,提出了多层鼓泡箔片轴承的新型结构.该种新型结构可以通过合理选择上下层鼓泡箔片上鼓泡的结构参数和相对位置,产生不同的刚度和阻尼效果.该种轴承结构弹性支承元件的轴向和周向刚度可调,且具有良好的结构阻尼特性;同时多层鼓泡箔片之间的滑移能够产生附加库仑阻尼,因此提高了轴承的稳定性.实验中透平膨胀机采用25mm直径的转子时最高转速达到了99044r/min.在整个升速和降速过程中低频涡动均较小,验证了此种新型箔片轴承具有优异的抑制不稳定涡动的效果,有望应用在高速透平机械中.     

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.     

应用于高速透平膨胀机的箔片动压气体止推轴承的试验研究

针对现有箔片动压气体轴承结构较为复杂、理论分析比较困难,以及难以应用于高速旋转机械等问题,提出了改进的平箔型、黏弹性支承型、鼓泡型等箔片动压气体止推轴承.在高速透平机械气体轴承试验台上,采用透平驱动转子-轴承系统以及静压轴承支承活塞杆施加轴向力等试验方法,对箔片动压气体止推轴承在不同转速下的承载性能进行了试验研究.同时,利用快速傅里叶变换方法,分析轴承-转子系统在空间3个方向的振动信号,对箔片动压气体止推轴承的运转稳定性进行了探讨.试验结果表明:平箔型动压气体止推轴承具有较高的轴向承载力,约为44N,而鼓泡型动压气体止推轴承的性能非常稳定,轴承-转子系统的轴心轨迹十分清晰,轴向振动信号中低频和高频涡动可忽略不计,其振动频率以1倍频为主.     

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。     

高速透平膨胀机临界转速的计算与分析

为了保障高速透平膨胀机的稳定性,针对高速透平膨胀机转子临界转速的确定问题,分别讨论了Prohl递推法、Riccati传递矩阵法和有限元QZ(FEQZ)法在各向异性的弹性支承轴承转子系统阻尼临界转速计算中的优缺点.考虑到透平膨胀机实际的结构和应用情况,建议气体轴承支承高速透平膨胀机转子临界转速的计算方法采用FEQZ法,同时运用Matlab语言分模块设计了计算程序,大大简化了编程过程,提高了计算精度.在此基础上,通过在实际工况参数范围内的实例,分析了某透平膨胀机转子支承刚度和阻尼对转子系统阻尼临界转速的影响,并与工程实验数据进行了对照,从而验证了模型与分析计算的可靠性.     

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。     

平箔式箔片径向气体轴承的理论研究

分析了平箔式箔片径向轴承的结构刚度和结构阻尼 ,对箔片在气膜发散区脱离弹性基础的情况进行了具体讨论 .求解了箔片轴承静态特性 ,重点讨论了箔片轴承与刚性轴承的不同之处 .     

径向波箔轴承的设计计算和试验研究——(Ⅱ)几何参数计算和实验研究

本文根据大量试验结果,提出了径向波箔轴承几何参数的设计计算公式;介绍了高速轴承试验台的结构和试验方法(试验台的所有支承轴承和加载装置的活动联接全部采用气体润滑);对几种不同参数的皮箔轴承进行了初步的静态特性试验。试验结果与理论计算基本相符。     

波箔轴承在中频电机气流纺纱机中的应用

本文提出了在悬臂端受有交变干扰力作用的中频电机高速转子的力学模型,得到了运动微分方程式及其特解,从理论上揭示了径向波箔轴承轴糸可以使用平行平板推力轴承的机理。经装机运行试验表明,波箔轴承中频电机气流纺纱器性能良好,所纺纱线完全达到规定质量指标。从而从理论和实践上证实了这种轴承系统适用于受有较小推力载荷的悬臂支承轻载高速机械。     

径向波箔轴承的动特性和稳定性分析

本文在小扰动条件下，推导出径向波箔轴承的刚度和阻尼系数的计算公式，计算结果表明，波箔轴承有较大的阻尼特性，在高速运转的机械设备中具有较高的稳定性。     

径向波箔轴承的设计计算和试验研究——(Ⅰ)理论分析

应用圆柱薄壳线性理论给出了波箔单波刚度的计算公式;由弹性体变形理论导出了波箔总刚度的计算公式;根据弹性流体动力润滑的概念,获得了适用于波箔轴承的总体雷诺方程;设定了波箔轴承的边界条件。文中还应用有限差分法对几种不同参数的径向波箔轴承进行了静态性能的计算,得到了压力分布、承载能力、偏位角和摩擦力矩的变化曲线。理论计算与试验结果基本相符。     

牙轮钻头滑动轴承接触参数的计算及力学分析

应用边界元法（ＢＥＭ）计算了两种牙轮钻头大滑动轴承的接触参数,讨论了外载荷、配合间隙、材料配对组合等因素对滑动轴承接触力学性质的影响。计算结果表明,小尺寸钻头上载荷的减小值与轴承结构尺寸的减小值不成比例关系,这是小直径钻头寿命短的原因之一。滑动轴承载荷增大时,峰值接触压力的变化幅度比接触区域的变化幅度大,前者又比载荷的变化幅度小,这说明该类接触问题是非线性的。轴承系统的径向间隙越小,相应的峰值接触压力越低;轴承摩擦副材料硬度越低,相应的峰值接触压力越低。     

浮环轴承用作内燃机轴承的理论研究

本文对内燃机动载荷浮环主轴承进行了理论计算和分析.结合 S195柴油机的实际主轴承结构,运用 Holland-Butenschn 法进行轴心轨迹的计算,通过热平衡计算决定内外层油膜的粘度比,得到最小油膜厚度、功率损耗、浮环转速和流量的变化规律.计算表明,浮环轴承用作曲轴主轴承,无需改变现有最小油膜厚度的标准即可正常工作;内外层间隙不等时,单纯选取粘度比为1进行计算,与实际情况相差较大.     

粘弹性非Newton介质润滑流变特性的频域分析

为了解粘弹性非Newton介质在径向轴承润滑中的效果,定义了差分粘度和剪切频率表示非Newton介质的流变特征。差分粘度的幅频响应特性表明,非Newton介质的粘度变化不仅受润滑材料动态参数的影响,而且与润滑所处的剪切频率有关。基于非Newton介质的普遍Reynolds方程,对非Newton介质的径向轴承润滑进行数值计算,在不同的动态参数和剪切频率范围的影响下,非Newton介质润滑的承载力、摩擦力等并不总是高于或低于Newton介质的润滑结果。这一结果对选择合适的材料参数和工作转速以改善非Newton介质的润滑效果具有指导意义。     

推力波箔轴承的理论分析和试验研究

本文对半径比为0.3、0.5和0.7三种尺寸的推力波箔轴承进行了理论计算。并对其中的二种进行了参数优化。计算结果绘成了便于设计应用的图线,并对设计图线各参数间的关系作了讨论。文中还介绍了该类轴承的试验装置和试验方法,给出了一组试验数据。并将理论结果与试验结果作了比较。最后用实例说明了设计图线的使用方法。