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。     

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。     

弹性支承箔片动压气体径向轴承理论模型的研究

提出了一种新型结构弹性支承箔片动压气体径向轴承,针对此种结构,提出了求解弹性流体动力润滑问题(EHDL)的弹性基础支承箔片轴承流.固耦合物理模型,分析了弹性基础支承材料的特性,建立了弹性基础受力三维六自由度变形和考虑了包括非线性项动态气膜力和轴承不对中(角偏差)效应的非定常可压缩雷诺方程的数学模型;然后从控制方程出发,给出了求解弹性支承箔片动压气体径向轴承静态特性参数(压力分布、承载力、偏位角、摩擦力矩)的分析方法;并以静特性分析为基础,采用Lund的线性化假设,分析了弹性支承箔片动压气体径向轴承的动态性能(4个刚度系数及4个阻尼系数);最后在动特性分析的基础上,采用刚性对称转子模型,分析了轴承的稳定性.     

箔片式动压径向气体轴承的发展

本文简要回顾了气体轴承和箔片式动压径向气体轴承的历史及国内、外目前的研究状况。详细介绍了箔片式动压径向气体轴承的起源、结构形式、应用范围和理论、实验及应用研究的发展,并提出了一种新型结构形式的弹性支承箔片动压径向气体轴承。     

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。     

箔片气体动压轴承力学建模研究进展

箔片气体动压轴承是具有弹性箔片结构支承的自作用气浮动压滑动轴承,其性能很大程度上取决于箔片结构的力学特性,建立准确的箔片结构力学模型对于箔片气体动压轴承静动态特性、支承转子动力学响应的预测与分析具有重要意义。针对国内外不同类型箔片气体动压轴承的力学建模研究进行了归纳总结,发现箔片结构力学模型经历了从简化到完备的发展,已能够求解多维度的箔片变形分布、内部库仑摩擦力以及变接触状态下的非线性箔片刚度。通过结构有限元法与接触力学数值算法的有机结合能够对更加复杂且包含非线性接触约束的箔片结构进行精细建模,从而计算得到更准确的箔片轴承性能参数。另外,考虑箔片结构制造误差与转子起飞过程也是箔片轴承力学建模的一个发展方向。     

气体轴承透平膨胀机安装与应用

<正> 1.气体轴承透平膨胀机的工作原理气体轴承用气体作润滑剂,在轴与轴承之间构成气膜,使活动面与静止面避免直接地接触,这就是气体轴承的原理。用压缩空气在膨胀机内绝热膨胀直接产生冷量获得低温,并使空气在空分塔中节流液化,同时补偿空分设备中的各种冷量损失,透平膨胀机     

大型透平膨胀机气体轴承设计

空分装置中的透平膨胀机,是一种高速机械,目前这种机器上的轴承均采用油润滑。为避免润骨油对工质的污染,提高膨胀效率,更新传统的油轴承是有意义的。为此,我们研究了国产6000m~3/h制氧装置中透平膨胀机的轴承系统,肯定了在这种机械上应用气体轴承的可行性。     

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。     

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.     

低温氦透平膨胀机静压气体径向轴承的改进设计

针对超导托卡马克(Experimental advanced superconducting Tokamak, EAST)氦制冷机中的低温氦透平膨胀机运行不稳定性问题,从雷诺方程出发,推导出可以一次性计算得到静压气体轴承4个性能参数的计算程序:承载能力、刚度系数、气体消耗量和摩擦功耗.做出承载能力和气体消耗量随小孔直径和随半径间隙的变化曲线.在现有条件下提出改进氦透平膨胀机的设计方法,试验结果表明,此方法能有效改善氦透平膨胀机的稳定性,该研究成果是下一步整体改进EAST低温氦透平膨胀机重要理论的前提.     

Misalignment In A Complete Shell Gas Foil Journal Bearing

The effect of misalignment on the performance of a complete shell gas foil bearing is discussed. An iterative theoretical model based on the finite element method is used. The model includes membrane and elastic foundation effects in the structural model. An isothermal perfect gas is used as the lubricant fluid. Results are presented demonstrating the effect of misalignment on load capacity, minimum clearance, and moments acting normal to the journal.     

高速流体动压径向滑动轴承的润滑计算

本文对高速轻载，高速重载流体动压径向滑动轴承分别进行了热效应和热弹性分析及试验研究，给出了高速轴承不同承载情况下的轴承静特性的润滑计算方法。理论计算结果与试验数据具有较好的一致性。     

采用箔片轴承的高速透平转子动力学分析

为研究采用箔片轴承的转子轴承系统的动力学特性,以高速透平膨胀机的轴承转子系统作为研究对象,建立有限元转子动力学模型,得到转子系统对应的临界转速大小,并计算轴承支撑刚度对转子系统临界转速的影响,揭示高速透平膨胀机转子涡动频率随转速的变化规律,获得轴承刚度、阻尼特性对轴承稳定性的影响。同时,为了更加准确地描述转子的运动状态,对转子系统进行时域分析,得到转子轴心轨迹和相应的频谱分析,并将时域分析结果与实验测试结果相对比,发现两者吻合良好。数值计算结果表明:箔片轴承的良好的刚度、阻尼特性使高速透平转子系统具有较宽的工作转速和更好的稳定性;对于转子系统的时域分析可以更加直观准确地描述转子的运动状态。     

三瓣式气体箔片径向轴承的静动态特性

针对一种新型三瓣式气体箔片轴承,考虑接触界面库仑摩擦后提出了相应的刚度计算模型,并通过求解动压气体润滑Reynolds方程,计算并分析了轴承的静态特性和动态特性。研究了转速、载荷、轴承预载和轴承安装角对该轴承静动态特性的影响。静态特性方面,轴承预载可以较大程度地提高承载能力,且高转速下承载能力更强;安装角度对承载能力的影响呈正/余弦规律变化,且随着转速增大,最大承载能力所对应的安装角不断减小,并最终稳定在70°。动态方面,轴承动态直接刚度随预载增大而显著增大,阻尼变化较小;轴承动态刚度和阻尼随安装角的变化也表现为正/余弦规律,且随安装角的增大,两直接刚度和两直接阻尼分别呈异步变化趋势。     

径向不对中微织构气体箔片轴承静态特性分析

为进一步探究表面形貌对气体箔片轴承的影响,采用数值分析方法分析不对中情况下表面粗糙度和表面微织构对径向气体箔片轴承静特性的影响。利用超松弛迭代(SOR)和有限差分法对气体箔片轴承的Reynolds控制方程进行求解,通过模拟仿真分析不同微织构形状、深度、数量、占比以及表面粗糙度下轴承的静特性。研究结果表明：不同形状微织构对气体箔片轴承性能影响不同,椭圆形微织构提高轴承静特性的效果较好;微织构深度、数量和占比存在一组相对最优值,可在提升轴承承载力的同时降低摩擦力矩;与无微织构轴承相比,具有特定参数微织构的径向气体箔片轴承承载力提高了36.32%,摩擦力矩降低了1.66%。     

Foil Bearing Technology for High Speed Single Stage Air Compressors for Fuel Cell Applications

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 ...     

Foil Bearing Technology for High Speed Single Stage Air Compressors for Fuel Cell Applications

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 ...     

径向波箔气体轴承实验台设计

介绍了径向波箔气体轴承实验台的组成和搭建。采用两个相互正交的电涡流传感器测量转子的振动信号,通过FFT进行频谱分析并选频合成转子轴心轨迹;采用拉力传感器测量启动过程的摩擦力;采用热电偶测量润滑气体的温度场分布。结果表明,该实验台转轴最大径向位移小于5μm,可应用于径向波箔气体轴承的实验;电阻应变片式拉力传感器和铜-康铜热电偶均能满足测量要求。