弹性箔片动压气体推力轴承承载性能研究

气弹耦合解是准确预测弹性箔片动压气体轴承承载性能的有效方法。通过引入箔片的弹性变形以及联立求解动压气体润滑Reynolds方程和弹性箔片的变形方程,给出了弹性箔片动压气体推力轴承的气弹耦合解。应用气弹耦合解理论,将顶层箔片的局部弹性变形纳入考虑范围,对弹性箔片动压气体推力轴承的承载性能进行了计算和分析。有限元数值仿真结果表明:顶层箔片在气膜压力作用下的局部弹性变形直接导致弹性箔片动压气体推力轴承承载能力的降低;根据轴承瓦块上气膜压力分布的特点合理设计支承拱箔的结构形式,可以减小顶层箔片的局部弹性变形,有效提高轴承的承载能力。得到了一种承载能力较高的弹性箔片动压气体推力轴承支承拱箔结构设计方案。     

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。     

箔片气体动压轴承研究进展综述

箔片气体动压轴承具有转速高、摩擦功耗低、无油润滑以及良好的减振性能等优势,已在飞机换气系统和曝气鼓风机等领域广泛应用。近年来随着全球“碳达峰碳中和”战略的提出和实施,氢燃料电池汽车等成为产业热点,箔片气体动压轴承在燃料电池空压机领域的应用呈现“井喷”态势,但箔片轴承在适应燃料电池汽车复杂工况所必须具备的长寿命、高抗振性及高可靠性等方面,还远远没有得到充分验证,目前仍处于路况验证和技术迭代阶段。因此有必要在新工况和新性能需求大背景下,对箔片气体动压轴承的现有研究成果进行系统梳理和深入分析。介绍了箔片气体动压轴承的结构及在燃料电池空压机中的应用;评述了箔片气体动压轴承的高速特性、比承载能力、动力学稳定性以及启停寿命等关键性能指标及当前发展水平;分别从箔片气体动压轴承理论建模、气固耦合特性仿真算法、气膜热特性及温升控制、轴承转子系统动力学稳定性、箔片轴承抗振性及疲劳寿命、箔片表面涂层技术及启停寿命、箔片轴承动态性能测试与试验技术等方面,对箔片轴承关键技术进行了系统分析和综述;最后结合燃料电池汽车工况对高速离心式空压机的性能需求,对箔片气体轴承关键技术的发展趋势进行了预测和展望。     

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。     

箔片式动压空气轴承试验研究

箔片式动压空气轴承是一种以箔片为弹性支承的自作用式动压气体轴承,因其优越的动力学性能广泛应用于高速透平机械、高精密机床以及航空、航天、国防等高端装备领域.箔片式动压空气轴承采用空气为润滑介质,根据动压润滑原理,轴颈与轴承间需要达到一定的相对速度,所形成的动压气膜才能克服转子径向力,使轴颈与轴承脱离机械接触,即转速要达到...     

止推轴承中多层鼓泡箔片支承结构弹性变形的数值研究

针对单层鼓泡箔片动压止推气体轴承在实验中出现的易磨损、承载能力低等缺陷,设计双层和三层鼓泡箔片支承结构。采用ANSYS Workbench有限元软件建立单层、双层和三层3种鼓泡箔片支承结构的数值模型,利用有限差分法和Newton-Raphson迭代法通过MATLAB编程求解得到同等轴承尺寸下的气膜压力分布;将气膜压力施加在3种支承结构的平箔片表面进行数值求解,得到不同支承结构的弹性变形情况。结果表明:平箔片的变形量相对鼓泡箔片要大,因此在对该类轴承分析时不应忽略平箔片的变形作用;在多层鼓泡箔片支承结构中,越靠近轴承间隙的鼓泡箔片的变形量越大,其支承作用也越明显;对于多层鼓泡箔片支承结构,可通过加大平箔片厚度来更好地发挥鼓泡箔片的支承作用;三层鼓泡箔片支承结构具有较好的弹性分布,在鼓泡箔片动压止推轴承的设计中应优先采用。     

基于热气弹耦合的悬臂式箔片气体动压轴承动态特性分析

在考虑气膜与弹性箔片的耦合作用,以及可压缩动压流体热效应和热传导影响的基础上,建立了悬臂式箔片气体动压轴承热气弹耦合性能计算模型,并据此分析了箔片数目、长径比和偏心率对轴承动态特性的影响。研究结果表明:随着箔片数目的增加和长径比的增大,轴承刚度系数和阻尼系数逐渐增加;在大偏心率下,箔片会产生较大变形并调整气膜厚度,故轴承刚度系数有所下降。因此,对于悬臂式箔片气体动压轴承支承的转子系统而言,可通过优化轴承箔片数目、厚度、长径比等结构参数提升系统动态性能及稳定性。     

弹性支承箔片动压气体径向轴承的实验研究

对新型结构弹性支承箔片动压气体径向轴承进行试验研究,在高速透平膨胀机(主轴轴径D=25.0mm、转子总长l=250.5mm、转子质量Gm=891g、额定工作转速10.64×104r/min)上达到了转子转速14.8×104r/min、超速40%的良好试验效果。对这种弹性支承箔片动压气体径向轴承的振动特性和稳定性进行试验研究。结果表明,该轴承具有优良的动态特性与稳定性,能有效抑制高速自激涡动的发展,在正确选择结构参数和表面处理方法后,有望替代目前在高速透平机械中广泛应用的静压气体轴承。     

国内首个现代箔片气体动压轴承技术培训班在长沙成功举办

正为了提高透平机械行业技术人员对现代箔片气体动压轴承技术的全面深入了解,拓展气体轴承在透平机械及更多领域内的应用,加快国内箔片气体动压轴承的产业化进程,2021年6月19-20日,由中国国际透平机械产业联盟、沈阳鼓风机研究所和风机技术杂志社主办的国内"现代箔片气体动压轴承技术培训班"在长沙召开,本次培训得到了业内广泛的关注和热烈反响,来自于99家单位的187名学员参加了培训。