太阳能热声发电机中气体轴承的静动态性能研究

发布时间：2020-09-09 14:19

　　静压气体轴承具有运转平滑、精度高、寿命长、无污染、温升小等优点,从而广泛应用于高速、轻载、精密和超精密加工等场合。然而常见静压气体轴承基本都需要外加体积庞大的气源,对其推广和使用有诸多不便。本文设计和研究做水平往复运动的静压气体轴承,其工作在高压密封的环境下,不需要外加气源,是一种新型的气体轴承。研究分析其稳定性和承载力与轴承质量和激励频率之间的关系,为后续研究开发和应用做前期探索。具体做以下工作: 首先推导往复运动的气体轴承气浮振荡问题的动力学模型,求出往复运动问题的运动状态方程组,作为下面雷诺方程的边界条件。以雷诺方程的稳态无因次形式为基础,应用加权余量法,把二阶偏微分方程降阶为一阶偏微分方程,放松其对插值函数连续度的要求;然后,采用有限单元法对气膜划分直角三角形单元网格,列写气膜压力插值函数,对偏微分方程进行插值变换并导出压力方程组。其次在在推导出静压气体轴承气浮振荡数学模型和雷诺方程的有限元模型基础上,对这两个数学模型进行连立,确定两者的连立求解过程,然后利用MATLAB软件对运动状态方程组和压力方程组进行编程求解计算。该计算程序能计算不同质量和激励频率下的气体轴承的运动状态和承载能力。对轴颈气体轴承的计算结果进行分析,分析质量和激励频率对气体轴承的稳定性和承载特性的影响。并根据项目需要,分别讨论不同的质量和激励频率下质量和激励频率与轴承稳定性和承载特性的关系。本课题的研究对进一步完善气体轴承理论具有一定的理论价值;对发展静压气体轴承具有重要的意义。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH133.36
【部分图文】：

热声,发电机,铁心叠片

本课题所设计的太阳能热声发电机项目装置如图 2-1 所示，气体轴承作为的动子安装在密封且充满高压气体的发电机内支撑轴上。铁心叠片固定在轴上，发电机线圈安装在电机外壳上。电机的右侧安装有热声发动机，能够产压力和频率的声波。该声波通过压缩高压气体驱动发电机动子做直线往复运子上的铁心叠片切割磁力线，从而使发电机产生电流。

气体轴承,热声发动机

图 2-2 气体轴承结构原理图Fig.2-2 Schematic diagram of gas bearing要求，我们认为有必要设计气体轴承润滑装置以保证机器的选定的结构形式知，发电机的动子（即气体轴承）没有与外一起，因此不能做旋转运动。而封闭腔内密封着高压气体，热声发动机，可以产生一定频率的正弦声波。而热声发动机压气体中传播，引起封闭腔内气体的压力分布不均而产生压线运动。由于气腔是封闭的，而且热声发动机产生的声波是性的变化，所以气腔内的气体压力的分布也是周期性变化的水平往复直线运动。由于轴承不能高速旋转，所以动压气体是其润滑模式为静压气体润滑。承的压力方程组s 方程是整个润滑力学的核心[36]，从数学观点来看，流体润滑eynolds 方程以揭示流体润滑膜中压力的分布规律。轴承的性

圆柱轴

导了气浮振荡问题的数学模型。然后对这两个数学模型进行整合，确定连立求解过程，在此基础上独立开发了静压轴颈轴承计算的有限元应用程序。轴承的结构示意图如图4-1所示。计算区域是沿轴向气体轴承的对称面aa切开，再展成平面，如图 3-1 所示。小孔节流气体静压轴颈轴承静态特性计算的流程如图4-2 所示。图 4-1 圆柱轴承Fig. 4-1 circle bearing4.3 轴承的稳定性图 4-3 所示为轴承腔内平均气体压力为 30P =MPa，频率 f=50Hz，偏心率 ε=0.3时，质量为 0.4kg 的轴承从开始运行到稳定的 40 秒内发电机左腔内压力随时间变化曲线图。为使曲线清晰可见便于观察，图 4-4 给出了稳定时从第 39.6 秒开始到第 40秒内左腔压力曲线随时间变化图。由于右腔为正弦压力波激励，所以左腔内压力曲线也应为正弦曲线

【引证文献】