箔片型动压气体止推轴承静特性及气动热研究

发布时间：2020-06-21 12:07

【摘要】：小型涡轮透平机械转速和性能要求的不断提高,对动压气体止推轴承承载能力要求日益严苛,进一步对其关键参数影响规律进行探索,有利于增强该型轴承的工程设计能力。同时,高速旋转轴承产生的气动热会导致轴承的烧蚀而失效,因而掌握箔片型动压气体轴承气动热特性规律对其可靠性设计尤为重要。本文通过数值仿真和试验研究了动压气体止推轴承静特性和气动热特性,主要研究内容及结果如下:首先,以箔片型动压气体止推轴承为研究对象,建立其变截面气膜间隙模型,采用SST k-ω流动模型,通过数值仿真研究了转速(ω=1×10~4r/min~5×10~4r/min)、旋转状态(顺斜面旋转、逆斜面旋转;止推盘旋转、轴承旋转)、轴承间隙比(h/h_(out)=5~25)、变截面节距比(b=0.2~0.8)等参数对轴承气膜压力分布和承载力的影响规律,结果表明:轴承的承载力随着转速的升高而变大,最大增长了4倍;顺斜面旋转产生的承载力远大于逆斜面旋转产生的承载力,最大相差76.5N,说明该型轴承不适合有转子反转的应用环境;止推盘旋转和轴承旋转产生的承载力大小大致相同,最大差异不超过5%;轴承的承载力随气膜间隙比的增大而减小,不同转速下承载力下降了50%~80%,该规律使得动压气体止推轴承可根据负载力变化自适应调节承载力;随节距比的增加,轴承的承载力先变大后减小,在b=0.5时承载力最大,最大承载力比最小承载力大15%~30%。然后,在其变截面气膜流动计算基础上,引入粘性耗散项,计算不同工作条件下气膜间隙的无量纲温度分布,并对轴承转速、进/出口压力(P_1=0.1MPa~1.2MPa)、进/出口温度(T_1=300K~375K)、轴承间隙比、变截面节距比等参数对气膜温比的影响进行数值分析,结果表明:在单端进气工作条件下,气膜温比随进/出口压比(1~12)增大而大幅下降,最多降低了2.04;随转速的增加而升高;随进气温度的升高而降低;轴承间隙比和节距比变化对其影响较小。在进/出口压力同比变化工作条件下,气膜温比随进/出口压力增大而下降,最多降低了1.68;随转速的增大而升高;随进/处口温度的升高而降低;随轴承间隙比的增加而降低;温比最高点位置随着节距比的变化而变化。最后,建立箔片型动压气体止推轴承气动热特性试验台,测试了轴承转速、进气压力、进气温度等参数对气膜无量纲温度场的影响,结果表明:数值计算与试验结果相比规律一致,计算结果比试验结果温比最多大16%;温比随着轴承转速和进气温度的增加而上升;由于冷却和润滑共进口,因而温比随进气压力的增大先下降后上升,存在最优进气压力。本文研究成果可为该型轴承性能及冷却优化设计提供技术参考。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.3
【图文】：

气体止推轴承,动压,箔片,径向弹簧

体箔片轴承的一个优点，但是气动加热使推轴承的气动热特性进行系统的研究对提箔片型动压气体轴承气动热的冷却设计方轴承主要结构类型承被提出后，为了提高其工作性能，学者轴承在结构上去取得了较大的突破，大幅，其主要结构有：多叶型、双层箔片型、片型等[11]。与径向轴承相比，箔片型动压楔形气膜，极大程度地制约了其发展。气体止推轴承表了悬臂型箔片轴承的专利，图 1.1 为悬性支承元件，一端安装在止推盘上，另一形的方式相叠加，增加轴承的刚性，同时导致该轴承在高速旋转下发生失效。

气体止推轴承,箔片,动压,径向弹簧

图 1.2 径向弹簧分布的箔片动压气体止推轴承动压气体止推轴承t[14]提出了一种新型波箔支承结构来替代径向弹，其轴承设计结构如图 1.3 所示。极薄的柔性平呈条形波纹状为轴承提供弹性支承，箔片的前固定顶层平箔和支承波箔。止推盘为平面，轴成，轴承平箔表面与止推盘表面形成周向变截面，气体随着止推盘顺倾斜面流入水平区域，截面变承刚开始转动时，止推盘和轴承发生干摩擦，少干摩擦的损耗；轴承旋转后，由于气体动压效在平箔表面，平箔和波箔为了适应气膜压力而产达到稳态时，轴承内部的形变和轴承内部的压力体粘性剪切力的作用，轴承温度不断升高，变气膜与轴承和外界环境的对流交换，使轴承的温

【参考文献】