高速透平箔片动压气体轴承固体润滑涂层研究进展

箔片动压气体轴承广泛应用于高速透平膨胀机、微小型燃气轮机、涡轮增压机等高速透平机械中。固体润滑涂层可为箔片动压气体轴承提供启停阶段的润滑保护,对保证箔片动压气体轴承稳定性与使用寿命至关重要。本文回顾了国内外箔片动压气体轴承固体润滑涂层的研究历史与现状;结合文献资料着重分析了PS系列、Korolon系列和DLC系列的固体润滑涂层特性,并对其应用场合和优缺点进行了探讨。     

高速动压气体轴承箔片材料表面处理的探讨

针对高速透平机械动压气体轴承——箔片式气体轴承金属箔片材料的表面处理问题进行了一定的探讨。对箔片式气体轴承箔片材料的选择、材料的表面处理方法以及该轴承的启停性能和稳定性进行了实验研究。分析表明：通过对箔片材料及表面处理方法的合理选择，可以显著改善箔片式动压气体轴承的启停性能。     

新型弹性箔片动压气体止推轴承启停性能的研究

在多功能气体轴承试验台上对西安交通大学制冷与低温工程研究所开发的新型弹性箔片动压气体止推轴承进行了启停性能的试验研究。分析了箔片材料的选择和表面的处理对新型弹性箔片动压气体轴承启停性能的影响。试验结果表明经过表面处理的新型弹性箔片动压气体止推轴承具有较好的启停性能和稳定性。     

空气动压箔片轴承启停性能的实验研究

为分析空气动压箔片轴承启停过程的内在机制,构建箔片轴承试验平台,采用连续启停和阶梯转速启停2种实验模式对箔片轴承的启停特性进行深入研究,获得箔片轴承启停过程中摩擦力矩的真实变化规律;结合气体润滑理论,预测箔片轴承摩擦力矩在全转速范围内的变化规律,从工程角度给出了箔片轴承起飞转速的合理定义。结果表明:体接触摩擦力矩和气膜剪切摩擦力矩组成,在全转速范围内,箔片轴承的合成力矩随着转速的升高先降低后升高;工程角度看,当箔片轴承在设定转速下工作时,只要测量合成力矩相对于启动时最大力矩下降了很大的幅度,可以认为此时的箔片轴承已经起飞,即当前状态的箔片轴承具备承受相应负载的承载能力。     

弹性箔片轴承的研究进展*

近年来,弹性箔片轴承在高速透平机械的应用中展现出巨大的潜力。为获取轴承高承载力、减少轴承启停过程的摩擦与磨损、提高轴承的高速稳定性,研究人员开展了大量的理论、实验与应用研究。从弹性箔片轴承的结构特性、涂层特性和建模方法3个方面对气体弹性箔片轴承的研究进展进行综述。首先从轴承结构优化的角度,介绍箔片轴承结构改进的发展历程,以及具有新颖结构设计的多叶搭接式弹性动压箔片轴承及其优点;然后从减少轴承启、停阶段摩擦力,提高弹性箔片轴承使用寿命的角度出发,比较分析了应用广泛的多种涂层,总结国内外新型润滑剂的适用条件及减摩效果;最后从轴承建模角度,介绍经典的简单弹性模型、考虑箔间摩擦力与分离等影响因素的系列复杂模型,为后续模型构建与性能分析提供依据。展望弹性箔片轴承在高精尖等领域的前景,并对弹性箔片轴承的研究方向提出了建议。     

箔片动压轴承的研制及在机载环控涡轮的应用

针对某型吊舱环控涡轮油润滑轴承存在的油污染、可靠性低等问题,基于吊舱涡轮的实际使用条件研制一种机载涡轮动压箔片轴承,并进行箔片动压轴承机载环控涡轮的性能试验、功能振动试验、高低温贮存试验、启停可靠性等试验验证。试验结果表明:采用动压气体箔片轴承的高速环控涡轮制冷性能、起浮压力、起浮转速均满足使用要求,功能振动试验、-55和70℃高低温启动试验优于指标要求,百次启停和超速运转后涂层无脱落,启停次数可达10 000次以上。     

微小型高速透平径向箔片动压气体轴承的研究

微小型高速透平膨胀机的发展对微小型动压气体轴承的开发提出迫切的要求,研制微小型动压气体轴承十分必要。在一台微小型高速透平膨胀机上对平箔型、弹性片支承型、鼓泡型3种不同的径向箔片气体轴承分别进行了研究。试验结果表明3种箔片轴承均能满足运行要求,通过比较发现,鼓泡型径向箔片气体轴承具有加工简单,运转稳定的特点。配合鼓泡型动压止推轴承,对全鼓泡型箔片轴承全动压透平膨胀机进行研究。初步试验最高转速可达22万r/min。     

航空发动机弹性箔片气体动压轴承技术研究及性能评价综述

弹性箔片气体动压轴承广泛应用于航空发动机中,在减少航空发动机功率损失、提高发动机可靠性方面具有重要作用。综述了国内外箔片气动轴承的研究现状,介绍了航空发动机箔片气动轴承结构的发展和应用特点,重点讨论了箔片止推轴承的理论研究现状,比较了不同箔片气动轴承润滑建模方法、润滑求解方法、收敛控制方法,指出了弹性箔片气体动压轴承在航空发动机旋转机械中的巨大应用潜力,提出了气动轴承技术今后需要重点开展的研究发展方向,主要包括箔片动压气体轴承理论建模及其模型求解、箔片气动轴承的实验研究及试验台架的搭建测试、箔片动压气体轴承设计及加工制造、轴承表面涂层技术的研究以及箔片动压气体轴承技术的应用等。     

大承载波箔型空气动压轴承性能的工程实验研究

通过工程实验的方法,研究大承载波箔型空气动压轴承的性能。通过构建倒置式的动压轴承实验系统,对设计的用于132 kW风机的动压轴承进行起飞特性、承载能力、涂层效果、轴承间隙、启停寿命等工程实验研究。提出一种采用动力学方法来确定空气动压轴承起飞转速的方法,使起飞转速的判断更准确。对实际制造的轴承的工程实验表明,该轴承能在5 000 r/min左右起飞,承载能力大于154 N;涂层的减磨耐磨效果良好,能满足10 000次的启停要求;轴承的实际使用性能在间隙在0.3 mm左右时最佳。     

微小型气体轴承高速透平机械研究进展

阐述了国内外微小型气体轴承高速透平机械的发展概况.介绍了空间制冷机及微小型燃气透平中,以通常机加工方法制作的微型三可倾瓦动压气体轴承、箔片动压气体轴承、微型静压气体轴承的国内外研制发展现况.     

车用燃料电池专用空压机的现状分析

车用燃料电池专用空压机作为电池阴极提供空气的设备,其性能直接决定整个燃料电池系统的效率。对比了几类空压机,发现离心式空压机各方面优势突出,更适合用于车用燃料电池。最后分析了其未来的发展趋势针对车用燃料电池对空压机的特殊要求,指出提高空压机性能的研究方向主要是提升永磁电机的高转速下转子的结构强度和轴承的稳定性,降低空压机的能量损失以及保证空压机良好的散热效果。     

空气箔片轴承技术在高速单级燃料电池空压机上的应用（英文）

The motivation to use air foil bearings in fuel cell compressors is driven by the demand for oil-free and high-power density system to reduce system volume and weight. The characteristics of air foil bearings that realize this demand are its independency on auxiliary system and no scheduled maintenance as well as their superb performance at high speeds. However, integration of the foil bearings to the compressor needs rigorous developmental tests for the bearing to withstand high g-load during vehicle maneuver and to remain stable in rotordynamics under external destabilizing forces. This paper presents multi-pads foil bearing technology applicable to single stage high speed fuel cell air compressors.Two different multi-pad air foil bearing designs(two-pad vs three-pad) were tested using a high-speed spin test rig to identify the differences in rotordynamics responses. The two-pad bearing is superior in rotordynamics without any sub-synchronous vibration while three-pad bearing provides more uniform load capacity in all directions with less rotordynamics stability. Frequency-domain modal analyses verify the experimental observations. Axial foil bearings with38 mm outer diameter was designed and tested up to 140 krpm with load capacity of 90 N(1.4 bar specific load capacity).Finally, a platform design of single stage 15 k W fuel cell compressor with rated speed of 130 krpm is proposed using the multi-pad foil bearings and axial foil bearings developed through this paper.     

应用于燃料电池的高速单级空气压缩机波箔轴承技术（英文）

The motivation to use air foil bearings in fuel cell compressors is driven by the demand for oil-free and high-power density system to reduce system volume and weight. The characteristics of air foil bearings that realize this demand are its independency on auxiliary system and no scheduled maintenance as well as their superb performance at high speeds. However, integration of the foil bearings to the compressor needs rigorous developmental tests for the bearing to withstand high g-load during vehicle maneuver and to remain stable in rotordynamics under external destabilizing forces. This paper presents multi-pads foil bearing technology applicable to single stage high speed fuel cell air compressors.Two different multi-pad air foil bearing designs(two-pad vs three-pad) were tested using a high-speed spin test rig to identify the differences in rotordynamics responses. The two-pad bearing is superior in rotordynamics without any sub-synchronous vibration while three-pad bearing provides more uniform load capacity in all directions with less rotordynamics stability. Frequency-domain modal analyses verify the experimental observations. Axial foil bearings with 38 mm outer diameter was designed and tested up to 140 krpm with load capacity of 90 N(1.4 bar specific load capacity).Finally, a platform design of single stage 15 k W fuel cell compressor with rated speed of 130 krpm is proposed using the multi-pad foil bearings and axial foil bearings developed through this paper.     

燃料电池用空压机性能测试系统研究

根据燃料电池用空压机的特点,设计和实现了基于PLC的空气压缩机的性能测试系统,并对单螺杆喷水压缩机进行具体试验分析,为进一步优化空压机结构及理论验证提供试验依据。     

关于抑制船用卧式压缩机机械振动的研究

在分析研究了导致船用卧式压缩机机械振动因素,特别是航行中船舶总体弯曲变形使压缩机气缸运行余隙发生改变,卧式压缩机运行时十字头在导轨中周期性地上下跳动等原因。在此基础上,提出了抑制大型船用卧式压缩机机械振动的有效措施。     

基础装备制造及高档集成数控机床研究进展

为解决航空航天制造领域面临的关键问题以及提高机床行业的服务能力,机床行业提出建设航空航天制造领域高档数控机床创新能力平台。总结了创新平台的基础装备制造及高档数控机床的四个方面研究进展,包括电主轴单元技术（高速主轴刀柄刀具系统动力分析、数字化仿真和样机模态验证分析）、机床设计（直线轴进给系统刚柔耦合机电耦合动力学、多轴联动与高速五坐标混联加工装备、摆动/回转进给系统的机电耦合动力学模型验证分析、MTC1000镗铣磨复合加工中心结构创新设计）、机床控制（高速启停残留振动抑制技术验证分析）和机床验证（航空航天结构件高速加工现场的数据采集、映射与存储技术分析）。最后展望了基础装备制造和高档数控机床的发展方向。     

空压机系统冲击动力特性有限元分析

构造船用空气压缩机系统各零、部件及整机的实体模型,建立系统的冲击动力分析有限元模型。应用I DEAS软 件计算了空压机系统的固有特性、约束模态和冲击动态响应,给出各自由度方向加速度冲击载荷作用时系统的振动响应 及动态应力,为确定船用空压机的抗冲击能力及减振装置的合理设计提供了理论依据。     

离心式空气压缩机的调试及故障排除

空压机在诸多行业都有应用,常见类型有活塞式空气压缩机、螺杆式空压机、离心式压缩机等等.本文以某型号离心式空压机组为例进行该类空压机的调试以及故障排除论述.首先阐述离心式空气压缩机调试及故障诊断、排除的重要意义,然后对CENTAC离心式空压机进行简介,之后对设备的调试及故障原因进行探讨分析,并提出解决措施,对离心式空气压...     

Effects of key operating parameters on the efficiency of two types of pem fuel cell systems (High-Pressure and Low-Pressure operating) for Automotive Applications

The proton exchange membrane (PEM) fuel cell system consisting of stack and balance of plant (BOP) was modeled in a MATLAB/Simulink environment. High-pressure operating (compressor type) and low-pressure operating (air blower type) fuel cell systems were considered, The effects of two main operating parameters (humidity and the pressure of the supplied gas) on the power distribution characteristics of BOP and the net system efficiency of the two systems mentioned above were compared and discussed. The simulation determines an optimum condition regarding parameters such as the cathode air pressure and the relative humidity for maximum net system efficiency for the operating fuel cell systems. This study contributes to get a basic insight into the fuel cell stack and BOP component sizing. Further research using multiobject variable optimization packages and the approach developed by this study can effectively contribute to an operating strategy for the practical use of fuel cell systems for vehicles.     

单螺杆压缩机星轮齿磨损问题的研究

单螺杆压缩机由于其星轮齿的快速磨损，而未能在市场上显示出其应有的优点。星轮齿的磨损问题已成为制约单螺杆压缩机进一步发展的技术瓶颈。结合星轮齿磨损问题的研究历史，本文在对大量失效星轮齿调研分析的基础上，对星轮齿的磨损行为进行了分析，发现加工精度的提高和星轮齿材料的改进无法解决星轮齿磨损的根本问题。星轮齿磨损的必然原因是星轮齿前后侧不平衡的油膜力附加于星轮的正向圆周力。提出需要从两方面着手以提高星轮齿寿命：（1）型线的改进，并结合改种型线啮合副的加工，如多圆柱包络啮合副；（2）是基于油膜作用力的型线参数优化设计，以减小或消除油膜附加力对星轮齿的作用。目前，多圆柱包络啮合副单螺杆压缩机已进入样机试制阶段，有望全面提高星轮齿寿命。