气浮直驱高速离心风机关键技术研究

发布时间：2017-05-21 19:02

  本文关键词：气浮直驱高速离心风机关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心风机是工业生产中提供气流动力的一种重要通用设备,通常可划分为罗茨风机、低速多级离心风机、单级高速离心风机三种类型,而以设置联轴器、齿轮增速装置的单级高速离心风机效率最高。气浮单级高速离心风机采取高速电机直驱叶轮技术,无需联轴器和增速传动装置,传动损失仅由气体粘性摩擦引起。相比传统单级风机,气浮直驱单级风机无疑更符合我国目前低碳节能、绿色环保的发展潮流。鉴于气浮直驱高速离心风机存在重大的经济价值,本文针对该类型风机所拥有的关键技术予以了一定研究,而叶轮、气体轴承、永磁转子构成的系统无疑是研究的重点。首先,根据风机性能指标要求完成了电机的选型,并在充分考虑电机有效空冷散热的条件下完成了风机的总体结构设计,确定了轴承类型及其气浮转子的支承形式。其次,利用离心风机一维热力设计理论及其CFturbo建立了满足特定指标要求的离心风机模型,并采用Fluent对其做了三维流场分析,基于数值分析结果校核了相关设计指标并确定了迷宫密封的参数。再次,基于牛顿迭代与中心差分离散相结合的方法建立了研究箔片轴颈轴承及其刚性表面推力轴承静态特性的数学模型,以Matlab编程研究了轴承结构参数对静态性能的影响,并针对本文系统特定的负荷要求完成了轴承的参数化设计;基于小扰动法的基本思想建立了计算箔片轴颈轴承动力系数的数学模型,结合工程实际情况以Matlab编程求解了轴承在特定负荷情况下同频涡动的支承刚度、阻尼。最后,采用有限元思想结合Timoshenko梁理论建立了叶轮-轴承-转子系统的运动方程,并通过Matlab编程研究了系统在各个状态的临界转速及其模态振型,以Newmark-β法分析了系统的不平衡响应。
【关键词】：离心风机 气浮直驱 流场分析 气体轴承 Timoshenko梁
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH432
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-16
• 1.2.1 国内研究现状11-13
• 1.2.2 国外研究现状13-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 第2章 直驱风机总体结构设计17-23
• 2.1 引言17
• 2.2 气浮直驱离心风机设计的基本要求17
• 2.3 高速电机选型17-19
• 2.4 气浮转子支承形式19-20
• 2.5 气体轴承类型选择20-21
• 2.6 离心风机总体结构设计21-22
• 2.7 本章小结22-23
• 第3章 离心式叶轮气动设计与流场分析23-38
• 3.1 引言23
• 3.2 离心式叶轮的气动设计23-27
• 3.2.1 离心风机的设计方案23-24
• 3.2.2 叶轮的一维热力设计24-27
• 3.3 风机三维模型的设计27-29
• 3.3.1 离心叶轮的三维设计27-28
• 3.3.2 无叶扩压器和蜗壳的造型设计28-29
• 3.4 数值模拟及其流场分析29-34
• 3.4.1 模型网格划分29-30
• 3.4.2 流域边界类型设置30
• 3.4.3 仿真设置过程30-31
• 3.4.4 流场仿真结果分析31-34
• 3.5 叶轮轴向力分析34-35
• 3.6 风机的多变效率及其功率35-36
• 3.7 风机的密封设置36-37
• 3.8 本章小结37-38
• 第4章 气体动压轴承的特性研究与设计38-64
• 4.1 引言38
• 4.2 气体动压润滑基本原理38
• 4.3 箔片轴颈轴承静特性数学模型的建立38-43
• 4.3.1 轴颈轴承压力控制Reynolds方程38-39
• 4.3.2 气膜厚度方程的建立39-40
• 4.3.3 网格划分及其边界条件40-41
• 4.3.4 压力控制Reynolds方程的离散求解41-43
• 4.3.5 数值计算收敛条件43
• 4.3.6 径向承载力与偏位角43
• 4.4 箔片轴颈轴承动态特性推导43-48
• 4.4.1 Reynolds方程小扰动法处理43-44
• 4.4.2 扰动下气膜压力与气膜厚度的关系44-45
• 4.4.3 中心差分离散求解45-47
• 4.4.4 箔片轴承刚度阻尼求解47-48
• 4.4.5 轴承动特性求解边界条件48
• 4.5 程序编制及其验证48-50
• 4.5.1 程序流程图48-49
• 4.5.2 程序验证49-50
• 4.6 径向箔片轴承设计50-56
• 4.6.1 箔片结构参数对轴承静态性能的影响50-51
• 4.6.2 轴承静态负荷分配51-52
• 4.6.3 箔片轴承参数的确定52-56
• 4.7 径向箔片轴承的动力系数56-57
• 4.8 推力气体轴承设计57-63
• 4.8.1 推力轴承压力控制Reynolds方程57-58
• 4.8.2 推力轴承气膜厚度方程58
• 4.8.3 网格划分及边界条件58
• 4.8.4 推力轴承压力控制方程的离散求解58-60
• 4.8.5 轴向承载力与摩擦力矩60
• 4.8.6 推力气体轴承设计60-63
• 4.9 本章小结63-64
• 第5章 轴承-转子系统动力学特性分析64-77
• 5.1 引言64
• 5.2 转子系统运动方程64-69
• 5.2.1 刚性圆盘运动方程64
• 5.2.2 弹性轴段的运动方程64-67
• 5.2.3 轴承支承模型简化67
• 5.2.4 轴承-转子系统运动方程67-68
• 5.2.5 轴承-转子系统临界转速及其不平衡响应求解68-69
• 5.3 转子系统的有限元离散69
• 5.4 系统临界转速计算69-72
• 5.5 转子系统不平衡响应分析72-76
• 5.6 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王辉;赵竞全;;高压比离心压缩机叶轮的优化设计[J];风机技术;2010年05期

2 郝一舒;王德斌;杨玮玮;;基于NURBS的整体叶轮建模技术[J];CAD/CAM与制造业信息化;2009年Z1期

3 谢长焕;王鹏;孟玉;邵自江;;空气悬浮离心鼓风机及其在污水处理厂的应用[J];中国资源综合利用;2008年09期

4 韩东江;杨金福;赵晨;张占一;;气浮轴承-转子系统振动特性实验研究[J];振动工程学报;2012年06期

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本文编号：384521