超精密气体静压系统节流器法向随机微振动研究

以无气腔平面节流器为研究对象,对节流器流固耦合法向随机微振动进行了理论仿真和实验研究。受限于节流器厚度与气膜厚度尺寸的差异和输入初始边界条件,建立了节流器的COMSOL仿真简化模型,对节流器-气膜微流场进行双向流固耦合数值模拟。仿真结果表明,节流器的法向随机微振动幅值关于节流器中心对称,且由中心向边缘逐渐增大;微振动幅值随气体入口流速的增大而增大。实验采用纳米级激光测振仪,依次测量供气压力为0.1,0.2,…,0.5 MPa时尺寸为75 mm×50 mm×14 mm的HEXAGON双环联结型节流器多个不同位置的法向振动,实验结果表明,法向随机微振动幅值分布特性与仿真结果一致,关于节流器中心对称,且由中心向边缘逐渐增大,验证了节流器法向微振动的"跷跷板"振动形式;在0.5 MPa供气压力下,边缘振动幅值超过1 nm。对实验数据进行功率谱密度分析,结果表明不同供气压力下法向随机微振动均在9.4 kHz和10.6 kHz处产生较大功率,可认为与节流器-气膜流固耦合系统的固有频率有关。研究结果有效地揭示了节流器法向随机微振动的特性,为气体静压系统避开随机共振区、优化气体静压系统的设计提供了理论指导。     

用于SIS系统的限流孔板的设计和计算

安全阀作为石化行业中一种非常重要的独立物理保护层,流量控制是安全阀可靠性的重要指标。介绍了安全仪表系统(SIS)中用于安全阀前限制流量的4种方法,以及结合安全阀的设计流程。着重介绍了采用限流孔板作为限流元件,并对其计算、技术规格作了详细的描述。以限流孔板为例,分别对蒸汽、液体和气体进行了计算示例。     

狭缝节流空气静压轴承局部气膜流场的直接数值模拟

采用3阶精度的迎风格式及2阶精度的中心差分格式,直接求解二维非定常N-S方程组,研究狭缝节流空气静压轴承压降恢复之后区域的流场特性。使用雷诺方程计算相同位置气膜中心处的流场状态,并与直接数值模拟方法的计算结果进行对比。结果表明:雷诺方程与N-S方程在计算域内计算结果基本一致,两者压力偏差为0.173%,速度偏差为1.217%;流场压力、密度沿气流方向逐渐减小,但在气膜方向几乎不变;流场速度、压力梯度沿气流方向逐渐增加,速度在流场出口处达到最大值;直接数值模拟方法得到了流场的温度变化,即整个流场的温度变化很小,温度整体呈上下高、中心低的分布,而雷诺方程无法计算得出整个流场的温度变化情况;采用雷诺方程计算轴承压降恢复之后区域的流场是合理的。     

Orifice compensated multirecess hydrostatic/hybrid journal bearing system of various geometric shapes of recess operating with micropolar lubricant

The objective of the present paper is to study analytically the performance of four-pocket orifice compensated hydrostatic/hybrid journal bearing system of various geometric shapes of recess operating with micropolar lubricant. The modified Reynolds equation for micropolar lubricant is solved using FEM and the Newton-Raphson method along with appropriate boundary conditions. The results suggest that the influence of micropolar effect of lubricant on bearing performance is predominantly affected by the geometric shape of recess and restrictor design parameter. Therefore, the bearing designer must judiciously choose an appropriate geometric shape of recess in order to get an overall enhanced bearing performance.     

简单孔节流静压气体轴承优化设计的一种解析解法

静压气体轴承在工程中应用广泛,但其设计工作涉及的计算繁琐,工程中多采用图表法或数值计算法。为简化工程计算过程,也为研究气体轴承中各参数间的关系提供直观的分析依据,从解析角度研究了静压气体轴承的优化设计问题。以简单孔节流圆盘静压气体止推轴承为研究对象,以轴承刚度最大为优化准则,首先利用数值计算求出与供气压比对应的最佳节流压比,再利用最小二乘法拟合得到它们的解析关系式,以此为基础,进而求出最佳气膜厚度、最佳承载力、最大刚度和最佳气体流量的解析解,并与精确数值解进行了比较验证。得到的解析解,使气体轴承的工程设计简便、有效。     

圆台形滑阀反馈节流静压支承性能分析

为克服静压支承系统中滑阀型和薄膜型两种常用的反馈式节流器的不足,根据静压支承系统需求,设计了一种圆台形滑阀反馈节流器结构,并介绍了其工作原理。分析圆台形滑阀节流静压支承系统的静动态特性,节流器的进油变量指数与支承油腔排油变量指数相当,使其动态响应较高,在有外加载荷作用时,根据系统模型方程讨论了支承刚度、油膜间隙、稳定性及幅频特性,并结合支承腔油膜间隙近似不变原则,推导出了节流器相关结构参数的设计公式。     

多孔集成节流空气静压轴承数值计算与性能研究

为揭示具有密集节流孔的空气静压轴承承载性能变化规律,设计一种具有多孔集成节流器的空气静压轴承,并对该轴承承载能力和刚度进行研究。结合多孔集成节流空气静压轴承的物理模型建立极坐标下的控制方程,采用有限差分方法和流量平衡原理对该控制方程进行离散差分推导和数值求解并得到气膜流场的压力分布,对空气静压轴承承载力和刚度等性能参数进行分析并进行相关试验验证。结果表明：多孔集成节流空气静压轴承的气膜压力随着气膜间隙的减小而逐渐增大;在气膜间隙相同情况下,随着节流器节流孔数量的增加和节流孔孔径的增大,轴承承载力逐渐增大;轴承在一定气膜间隙下具有最佳刚度,随着节流孔数量的增加,最佳刚度值先增大、后减小;随着轴承供气压力的增大,其最大承载力和最佳刚度值均显著增大;试验测试结果与数值计算结果具有较好的一致性,验证了数值计算和数值方法的可行性和正确性。     

单狭缝节流径向静压气体轴承的静态特性研究

Fluent软件对单狭缝节流径向静压气体轴承的静态特性进行三维建模计算,研究了轴承长径比、节流狭缝宽度、节流狭缝深度、气膜厚度等对轴承静态特性的影响规律,得到以下结论:1在轴承各参数确定的情况下,当轴承的长径比取1.6时轴承具有较高的承载力和刚度;2狭缝宽度大于8μm时,狭缝宽度越大,轴承的承载、刚度越小,耗气量越大;3节流狭缝深度越大,轴承静态特性越佳,但综合考虑制造难度,狭缝深度在20 mm时最佳;4气膜厚度存在最佳承载和刚度状态值;5偏心率为0.1~0.4时,轴承的刚度取得最大值,承载随偏心率的增大而增大,耗气量则相反。