两种挤压油膜阻尼器的刚度和阻尼特性

通过对以窄阻尼器为代表的普通型挤压油膜阻尼器 (SFD)和以四油腔垫式阻尼器为代表的静压型挤压油膜阻尼器 (HSFD)的动力学参数的对比分析 ,获得了两种阻尼器的刚度和阻尼特性。结果表明 ,相对于纯阻尼器 SFD,HSFD在许多方面具有优越性     

影响空气静压多孔质轴承静态性能的有关因素

多孔质材料节流器比传统的节流器具有显著的优点，如设计和制造简单、很高的承载能力和刚度、优越的阻尼特性，甚至更加复杂的多孔质空气静压丝杠螺母副也能够获得。在对多孔质气体静压轴承分析时，多孔质材料内部流体的惯性效应以及多孔质轴承表面的速度滑移对所建立的简化数学模型的应用是一个很大的障碍，给出了在得到多孔质轴承的静态特性时需要考虑的问题，如惯性效应、速度滑移、多孔质表面粗糙度以及多孔质平板的变形等。     

局部多孔质气浮止推轴承的设计研究

建立了局部多孔质气浮轴承的理论模型,该模型考虑了轴承气膜交界面处的切向速度滑移。利用有限元方法对所建立的模型进行了理论仿真,轴承静态特性的仿真与试验结果取得了较好的一致性,说明经过修改后的雷诺方程可以用来作为局部多孔质气浮轴承研究的理论模型。利用该模型成功计算出不同渗透系数、不同厚度及不同直径的局部多孔质气浮轴承的流量、承载及刚度特性,并给出了相应的变化曲线。根据仿真结论,提出了局部多孔质气浮止推轴承的设计准则。另外,从理论上将该类轴承与全多孔质类型气浮轴的承特性进行了对比,表明局部多孔质气浮轴承有着优良的特性,有很好的应用前景。     

可倾瓦阻尼轴承的开发和应用

为了提高压缩机转子稳定性,降低转子振动和缓解气体激振等情况的发生,在可倾瓦轴承的基础上,研究开发了可倾瓦阻尼轴承;建立了阻尼器的流固耦合力学模型,计算出瓦块支点的刚度、阻尼系数,进而得到可倾瓦阻尼轴承的总刚度和总阻尼系数,并分析转子稳定性,最后通过在产品中的实际应用,验证了可倾瓦阻尼轴承的特性,为可倾瓦阻尼轴承的设计、产品稳定性的提高提供了理论支持与实践经验。     

多孔质含油轴承的理论研究进展

概述了流体在多孔基体中的流动特性和多孔质含油轴承的理论计算模型。分析了多孔质含油轴承的润滑机理、多孔质材料的特性、3种动量方程模型。对应用于多孔质含油轴承的理论计算方程，指出了应用条件、数值求解方法。含油轴承在多种影响因素下的耦合计算对于工程应用有一定的指导意义。     

国外多孔质静压气体轴颈轴承理论分析的发展

静压气体轴承的类别按照供气形式分为:1.多孔轴承(Multi-holes feeding),2.多孔质轴承(Porous bearing),3.狭缝供气轴承(Slot-fed bearing),4.表面节流轴承(Surface restriction).多孔质轴承采用多孔质材料作为其轴承表面和节流器,整个轴承面均布微小的供气孔,气体通过多孔质材料由供气区进入轴承间隙.用于多孔质轴承的材料包括以青铜、铝、铅、钛、锡等为主的金属系材料和以石墨、碳纤维、氧化铝、碳化硅等为主的非金属系材料,并根据多孔质材料构成轴承面的形式,轴承面可分为:原样使用多孔质材料的“表面孔无阻塞”和由于机械加工而使其表面小孔阻塞的“表面孔阻塞”两种类型.由于多孔质材料的特性,压力气体通过时产生的节流效应比一般其它供气形式的轴承效果要好,因此大大提高多孔质轴承的承载能力,并且由于轴承间隙——侧是透气性材料,在轴承动载时,允许气体在其中流动,故多孔质轴承具有更好的阻尼特性.     

气体静压小孔节流与多孔质节流性能的比较

本文给出了传统的小孔节流和多孔质节流轴承的理论分析，分析了外部供压气体轴承的进气形式对轴承性能的影响，对于不同类型的小孔节流和多孔质节流的轴承，本文给出了实验结果，并对轴承的性能参数即承载能力，刚度等进行了比较，作者分析了小孔节流和多孔节流止推轴承的承载能力和刚度，结果表明多孔质止推轴承同小孔节流轴承相比，具有高的承载能力。     

电磁轴承刚度与阻尼特性的非线性研究

刚度与阻尼特性是电磁轴承重要的性能指标。对电磁轴承刚度与阻尼特性进行了非线性研究,建立了储能飞轮转子系统径向电磁轴承的非线性模型,推导了非线性情况下电磁轴承刚度与阻尼的计算公式,分析了电磁轴承刚度与阻尼的非线性特性,以及控制因数对刚度与阻尼的影响。研究结果表明,增大比例因数,可以使电磁轴承的刚度减小,达到正刚度时的转子位移范围同时减小。通过研究同时确认,电磁轴承阻尼受控制因数的影响较小。     

电磁轴承刚度阻尼自动测试

针对电磁轴承刚度阻尼难以测量的问题,设计一套电磁轴承刚度阻尼测试系统,实现电磁轴承刚度、阻尼的自动测量.该系统激振器由自行研制的LabVIEW测试系统产生,电磁轴承传感器作为拾振器,自行研制的测量分析系统作为测量分析工具.给出电磁轴承的刚度和阻尼测量结果.根据本系统获得的电磁轴承支承转子的刚度、阻尼特性,对控制器的优化设计以及转子模型的优化设计有一定的指导意义.由于电磁轴承具有可控刚度和阻尼特性,因此可利用等效刚度和等效阻尼概念选择控制系统参数,简化设计过程.对实验室的样机台架进行具体分析,证实这种方法可行.分析结果还表明,若控制参数选择合理,将获得令人满意的减振效果.     

真空预载型多孔质气体止推轴承静态特性研究

为了提高孔质静压气体轴承的刚度,将负压腔引入多孔质静压气体止推轴承的设计中,运用有限元方法对真空预载型多孔质静压气体止推轴承进行数值分析,分析负压腔真空度、负压腔面积比S_a/S(负压腔横截面积与轴承横截面积比值)、多孔材料渗透率、供气压力等因素对轴承静态特性的影响。分析结果显示:负压腔中真空度的变化对轴承的刚度几乎没有影响;真空度的增大,改变了气膜的压力分布造成轴承承载能力在一定程度上的下降;在气膜间隙5～12μm之间,真空腔的引入使气膜刚度明显增加;当S_a/S≠0,气膜间隙8～10μm时,S_a/S值的变化对轴承承载能力的影响较刚度更大;在一定承载能力下,轴承刚度随负压腔面积比增大而增大,而气膜厚度随之逐渐减小。试制真空吸附型多孔质静压气体止推轴承,并对其承载能力、刚度进行试验,实验值和理论值有较好的一致性。     

考虑激振频率的可倾瓦推力轴承动特性理论与试验研究

为了研究激振频率对可倾瓦推力轴承动特性的影响,提出考虑激振频率的动特性建模方法和试验方法。依据可倾瓦轴承刚度和阻尼定义,将激振频率引入可倾瓦推力轴承动特性计算过程,通过建立轴向扰动下的膜厚方程、雷诺方程及瓦块运动方程,推导出包含激振频率的可倾瓦推力轴承动特性数学模型,计算分析刚度和阻尼随扰动频率(激振频率与主轴转频的比值)、转速及载荷的变化规律;采用脉冲激振法在可倾瓦推力轴承试验台进行动特性试验,得到不同激振频率、转速及载荷条件下刚度、阻尼的试验结果,并和相应的理论计算值进行对比分析。结果表明：当扰动频率较小时,可倾瓦推力轴承刚度随其增加而逐步增大,阻尼随其增加而逐步减小;当扰动频率增加到一定程度后,其刚度和阻尼逐步趋于稳定。此外,转速和载荷对其刚度和阻尼随扰动频率的变化幅度基本无影响。     

Nonlinear Numerical Prediction of a Rotor–Bearing System Using Damped Flexure Pivot Tilting Pad Gas Bearings

Flexure pivot tilting pad gas bearings with pad radial compliance (FPTPGB-Cs) and metal mesh dampers (MMDs) in parallel (FPTPGB-C-MMDs) have been considered for application to high-speed and high-performance turbomachinery because of their advantages of high effective damping level and adequate compliance with variations in rotor geometry or misalignment. Although the dynamic coefficients of FPTPGB-C-MMDs have been predicted using the linear method, a nonlinear study is urgently needed for their high nonlinear behavior. A nonlinear numerical investigation on the rotor–bearing system supported by FPTPGB-C-MMDs is presented in this study by using the time domain orbit simulation method that couples rotor motion equations, the unsteady Reynolds equation, and pad motion (considering MMDs) equations. The nonlinear predictions are verified by the prediction and experimental results of a published paper.FPTPGB-C-MMDs can effectively suppress the subsynchronous vibrations compared with the rotor system supported by FPTPGB-Cs. The prediction results show that a high damper mesh density has a more positive effect on improving the stability of the rotor system by reducing the subsynchronous vibrations. Investigation shows that MMDs can improve the ability of the rotor system to sustain the effect of destabilizing forces. A high damper mesh density can sustain large destabilizing forces. The simulation results also indicate that low pad radial stiffness or preload leads to high amplitudes of subsynchronous vibrations. A small clearance results in an increase in critical speed and its synchronous amplitude. Moreover, large clearance results in a wide speed range that leads to the occurrence of subsynchronous vibrations with large amplitudes.     

计入支点弹性和阻尼时可倾瓦轴承支撑的转子系统的动力稳定性

本文研究了瓦质惯矩、瓦质量、质偏心、支点在下沉方向和偏转方向上的刚度和阻尼对转子系统阻尼的影响。指出了下沉方向上适当的刚度和阻尼能极有效地提高系统阻尼。文中并以附录形式介绍了一种将特征行列式展开为特征多项式的数值方法。     

可倾瓦推力轴承的线性和非线性动特性研究

建立可倾瓦推力轴承中油膜对镜板的作用力和油膜作用下可倾瓦的力矩的准静态线性和非线性动力学模型,并且通过对油膜压力进行二阶泰勒级数展开推导出４０个油膜对镜板的作用力和油膜作用于可倾瓦的力矩的线性和非线性刚度及阻尼系数,为以后进一步研究推力轴承的稳定性和动特性奠定了基础。     

超临界二氧化碳动静压径向可倾瓦轴承实验台设计与实验研究

针对超临界二氧化碳(S-CO₂)动力机组在启动和停止阶段气体轴承产生非常大的摩擦磨损,以及气体轴承承载力低、刚度低、阻尼小、稳定性较差等问题,设计并改进一种新型动静压S-CO₂润滑径向可倾瓦轴承结构。设计并搭建S-CO₂润滑轴承实验台,针对于实验台转子刚启动和极低转速工况,对新型S-CO₂润滑动静压径向轴承在静压状态下的动态特性进行实验研究,得到轴承的动态刚度和动态阻尼,并分析静压对轴承动态性能的影响。实验结果表明,设计的S-CO₂动静压径向可倾瓦轴承在启停阶段,在轴瓦与轴颈之间产生了足够的静压压力,可将二者完全分隔开,从而能减少启停阶段的摩擦磨损;随着静压压力的增大,轴承X、Y方向上的整体刚度、主阻尼都增大,且2个方向的主刚度系数差别不大,而交叉刚度和交叉阻尼都接近于0。研究结果为进一步揭示S-CO₂润滑径向轴承动压状态特性提供参考。     

支点弹性、阻尼可倾瓦轴承动力特性数值仿真及试验研究

依据考虑瓦块摆动和沿几何预载荷方向微幅振动的可倾瓦轴承完全动力特性的解析模型及其对应的八参数简化动力模型,设计制备了支点弹性、阻尼特性可倾瓦轴承。该轴承通过在瓦块支点与轴承体之间设置弹性垫片,使瓦块支点支撑在弹性垫片上,弹性垫片与轴承体之间存在微小间隙并与轴颈润滑系统共享油路以实现局部挤压油膜效应。根据不同加工工艺,制备了两种形式的新型支点弹性、阻尼轴承,并通过理论计算模拟与试验分析对两种新型轴承的动力特性进行研究。结果表明,支点弹性、阻尼可倾瓦轴承能够增大转子的一临界阻尼,有效提高转子系统稳定性。     

不同瓦面形貌参数的曲面可倾瓦推力轴承动特性仿真研究*

为了揭示瓦块曲面形貌参数对船舶可倾瓦推力轴承动特性的影响规律,建立可倾瓦推力轴承瞬态热流体动压润滑模型,采用轴向扰动法研究轴承刚度和阻尼系数的计算方法并进行了验证。设计6种瓦面形貌,仿真分析不同形貌类型和瓦面弯曲程度对推力轴承动特性的影响规律。结果表明：推力轴承刚度系数随激振频率的增加而上升,阻尼系数随激振频率的增加而下降;在相同激振频率下,仅考虑一个方向的形貌改变,周向瓦面凸起量的增加可以增加油膜厚度,降低轴承的刚度和阻尼系数,但径向凸起量的增加对轴承的刚度阻尼系数几乎无影响;仅考虑径向凹陷时,阻尼系数随凹陷量的增加而增加并可达到最大;当同时考虑周向和径向的形貌变化时,则周向凸起量是轴承主要的影响因素。     

静压阻尼器-轴承-转子系统的动力学研究

用有限差分法计算静压型挤压油膜阻尼器的刚度、阻尼系数,在状态空间中建立静压阻尼器轴承转子系统的运动方程,通过不平衡响应及特征值计算,分析系统的过临界振动特性及稳定性裕度;针对实际系统,计算、分析了静压阻尼器的参数对系统动力性能的影响,以系统综合动力性能为目标对系统进行了优化。给出的系统动力学分析计算方法及性能分析结果可用于工程实际。     

Theoretical considerations of static and dynamic characteristics of air foil thrust bearing with tilt and slip flow

The thrust pad of the rotor is used to sustain the axial force generated due to the pressure difference between the compressor and turbine sides of turbomachinery such as gas turbines, compressors, and turbochargers. Furthermore, this thrust pad has a role to maintain and determines the attitude of the rotor. In a real system, it also helps reinforce the stiffness and damping of the journal bearing. This study was performed for the purpose of analyzing the characteristics of the air foil thrust bearing. The model for the air foil thrust bearing used in this study is composed of two parts: one is an inclined plane, which plays a role in increasing the load carrying capacity using the physical wedge effect, and the other is a flat plane. This study mainly consists of three parts. First, the static characteristics were obtained over the region of the thin air film using the finite-difference method (FDM) and the bump foil characteristics using the finite-element method (FEM). Second, the analysis of the dynamic characteristics was conducted by perturbation method. For more exact calculation, the rarefaction gas coefficients perturbed about the pressure and film thickness were taken into consideration. At last, the static and dynamic characteristics of the tilting condition of the thrust pad were obtained. Furthermore, the load carrying capacity and torque were calculated for both tilting and nontilting conditions. From this study, several results were presented: (1) the stiffness and damping of the bump foil under the condition of the various bump parameters, (2) the load carrying capacity and bearing torque at the tilting state, (3) the bearing performance for various bearing parameters, and (4) the effects considering the rarefaction gas coefficients.