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箔片型动压气体止推轴承静特性及气动热研究

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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=1×104r/min~5×104r/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/hout=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(P1=0.1MPa~1.2MPa)、进/出口温度(T1=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。

著录项

  • 作者

    罗轶欣;

  • 作者单位

    南京航空航天大学;

  • 授予单位 南京航空航天大学;
  • 学科 人机与环境工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 张镜洋;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TH1;TQ5;
  • 关键词

    箔片; 动压; 气体止推轴承; 静特性;

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