气体轴承特性模拟及实验验证

针对某30 kW微型燃气轮机用静压气体轴承,开展轴承刚度、承载力及轴系临界转速特征的数值与实验研究。通过离散化可压缩雷诺方程,采用数值迭代方法,获取轴承内气膜压力分布和气膜刚度特性;采用有限元方法,研究转子-轴承系统的模态特性与临界转速;在气体轴承支撑的微型燃气轮机试验台上,采用时域振动信号和不平衡响应曲线等振动测试分析方法,获取轴系的气膜临界转速特性。研究结果表明:研究的该静压气体轴承,其转速在30 000 r/min内动压效应相对于静压效应可以忽略;轴承气膜刚度随着偏心率增大而增大,但当偏心率超过0. 8时,由于出现"静态不稳定区域"导致气膜刚度下降。数值模拟和实验都证实了转子在6 000 r/min和9 000 r/min附近出现了由气膜刚度引起的锥动临界特征。     

高速永磁电机转子轴向碰磨故障的试验研究

随着旋转机械转速及效率的提高,设备部件间轴向间隙越来越小,发生轴向碰磨的可能性大大增加,而目前针对轴向碰磨的试验研究较少。为研究高速永磁电机转子的轴向碰磨故障,建立四磁盘气体轴承-转子系统实验台,该试验台采用纯静压气体轴承支承,轴承两侧分别布置两个相同大小的磁盘。在实验台上进行转子振动试验,以研究转子的轴向碰磨特性。结果表明:高速永磁电机转子发生轴向碰磨会导致出现变化趋势相反的双低频现象,且碰磨的严重程度会影响低频的重复性。采用ANSYS对磁盘进行应力变形分析,表明发生轴向碰磨的原因是设备的轴向间隙较小,且高转速下磁盘受到较高的集中应力从而造成磁盘的轴向变形,引起了轴向碰磨的发生。     

变阻尼“O”型圈支承柔性转子动力学试验研究

建立由动静压混合气体轴承支承的10 kg单跨柔性转子试验平台以开展不同阻尼"O"型圈支承下气体轴承-转子系统动力学特性试验研究。基于该试验台,进行了相同气体轴承供气压力下,丁腈,氟胶,硅胶三种不同阻尼材料"O"型圈支承轴系的动力学特性试验。试验中轴系经过平动临界、锥动临界、一阶弯曲临界三阶临界转速,在前两阶临界处轴系振动幅值基本相同,在一阶弯曲临界转速处振幅增加,升速率降低。转速大于一阶弯曲临界转速时,丁腈、氟胶"O"型圈支承轴系出现低频振荡,振动幅值增加现象。试验表明:提高"O"型圈支承阻尼,如采用丁腈"O"型圈,可以提高一阶弯曲临界转速轴系稳定性,但会造成度过一阶弯曲临界转速后低频振荡出现转速提前,低频幅值增加,加大转子失稳风险。     

气体轴承透平膨胀制冷机的低频振动特性

针对气体轴承结构的某航空用空气透平膨胀机出现的低频振动现象,进行了不同轴承供气压力与升速率下的转子低频振动特性试验研究。通过分析不同参数下转子的气膜涡动和气膜振荡特性,证实了低频振动对转子运动行为及失稳的影响,在合适的供气压力和升速率下低频振动可以得到有效的抑制和消除。揭示了转子低频振动与系统机械效率之间的关系,并提出了一种计算低频振动耗能的方法。     

高速气体轴承—转子系统转速飞升故障的试验

为了分析研究气体轴承—转子系统的转速飞升故障,在基于气体静压径向—止推联合轴承支承的高速透平发电机试验台上开展试验研究。采用时间三维谱图、轴心轨迹、频谱分析及分岔图等非线性振动测试及分析方法,给出转速飞升故障的特征及其发生条件,并研究轴承供气压力及驱动气流量特性对转速飞升的影响。试验结果表明,在一定范围内,提高轴承供气压力能够推迟转速飞升,在转速飞升过程中,减小驱动气输入流量能够提前终止转速飞升,提高轴承—转子系统稳定性。     

超临界二氧化碳动力循环在钠冷快堆中的应用综述

超临界二氧化碳循环系统在气冷快堆、铅冷快堆、钠冷快堆中极具应用前景。综述了应用于钠冷快堆的超临界二氧化碳动力循环系统及其样机关键部件研究现状和有关进展,结合钠冷快堆的热源特征,分别就典型超临界二氧化碳动力循环结构、印刷电路板式换热器换热特征系数、不同功率等级S-CO_2压缩机与透平类型选择以及轴承与密封关键特征进行了总结与分析,分析结果为后续开展适用于钠冷快堆的S-CO_2布雷顿循环设计及样机开发提供可借鉴的参考与依据。     

气浮轴承-转子系统振动特性实验研究

针对高速气体润滑轴承-转子系统存在低频振动现象,考虑气膜压力与弹性支承对轴系振动特性的影响,开展低频振动特性实验研究.采用了轴系模态分析方法,得到不同轴承供气压力下的转子的模态固有频率,采用非线性测试及分析方法,研究了低频振动及其抑制后的轴心轨迹、频率耦合三维谱图、频谱图和分岔图等非线性特征,结果表明:基础下加硅胶垫后,能够降低转子通过临界转速的幅值,推迟低频振荡的发生.     

气体轴承-高速透平发电轴系动力学试验研究

随着世界能源问题的日益突出,各国学者针对能源的高效利用、节能减排以及新能源的开发做了大量的研究工作。透平发电机在能量回收利用领域具有较为广泛的应用。提出一种新型透平发电机结构,在轴系上对称安装有4个盘式永磁电机转子,采用气体静压轴承支承。进行了该类型透平发电轴系的动力学试验,采用伯德图、时间三维谱图、分岔图、典型转速的轴心轨迹和庞加莱截面分析了轴系的振动特性,所得结论可以为透平发电机的高速特性试验提供参考。     

供气压力对高速涡轮转子系统气膜振荡影响的试验

采用气体轴承的高速微型燃气轮机具有结构紧凑、做功功率密度大、高转速、轴承功耗低等优点。然而,由于气体轴承润滑介质气体自身的粘度小,导致了气体润滑轴承有承载能力差、摩擦系数小、高速下的稳定性差等劣势。基于气体轴承支承条件下的高速涡轮转子系统,通过试验对比研究了轴承供气压力的提高对转子系统气膜振荡的影响。试验结果表明:气膜振荡发生后,轴承供气压力的提高能够抑制甚至消除气膜振荡,从而控制了混沌运动的幅值边界,最终达到提高轴承—转子系统稳定性的目的。     

高速透平膨胀制冷机热力性能实验研究

在增压透平膨胀制冷系统中采用了新型气浮轴承支承结构,并通过系统性能实验对该设备的热力参数进行研究分析。研究结果表明:当制冷机转速从40000 r/min提高到60000 r/min,制冷性能提高较大,工质流量提高了一倍,压缩机和膨胀机的出入口温差提高了一倍多,而功率却提高了近5倍。该实验结果可为增压透平膨胀机制冷性能的进一步优化提供实验参考依据。