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。     

燃气轮机转子系统典型振动特性试验研究

搭建气体轴承支撑的微型燃气轮机发电机试验装置,试验呈现微型燃气轮机发电机气体轴承-转子系统升速过程典型区域振动特征,并基于试验数据关联分析振动参数与燃气轮机运行参数、气体轴承的关键参数之间的耦合关系,结果表明:①压气机出口压力波动对转子轴向振动影响较大;②微型燃气轮机转子径向振动受点火压力波动、主燃料燃烧压力波动以及压气机出口处压力波动影响较小;③气体轴承支撑的微型燃气轮机轴系在设计与调试时,尤其是对于设计转速在转子弯曲临界转速以上的轴系,应充分考虑支点位置、振型及轴系的刚度与阻尼匹配设计。以上试验现象与结论可作为微型燃气轮机轴系设计与故障诊断分析的依据。     

计算流体润滑频变动力学特性的一种完整变量扰动偏导数法EI北大核心CSCD

高速旋转机械使用工质流体润滑轴承既能彻底避免工质被油污染,又降低密封技术难度同时简化轴系结构以提高轴系动力学性能。然而特种参数下流体有着复杂的热物性,从而带来润滑膜的湍流、真实气体可压缩流动等多种附加效应。该研究从一般形式的可压缩湍流润滑雷诺方程出发,通过建立动态映射关系给出一种不局限于特定润滑流体或热物性模型的轴承静动特性分析通用方法,即完整变量扰动的偏导数法。该方法适用于具有附加效应的轴承与密封的频变动力学特性计算,能够统一处理结构扰动和润滑膜可压缩性带来动力学系数的频率效应。结合有限增量法,验证了完整变量扰动方法的准确性,并给出该方法应用于超临界二氧化碳、油润滑高速可倾瓦轴承动力学系数求解的案例。结果表明,忽略压力和膜厚以外的扰动变量将导致动力学系数明显偏大,该算例中刚度和阻尼系数的最大偏差分别为88%和93%。     

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。