動壓箔片軸承氣體－彈性動力學研究

《動壓箔片軸承氣體－彈性動力學研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉占生擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：動壓箔片軸承氣體－彈性動力學研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：劉占生

項目摘要

隨著離心機對功率密度要求的提高，需要轉子工作在更高轉速下，動壓箔片氣體軸承具備高轉速、高穩定性和低摩擦損失等特點而成為提高轉速的關鍵。箔片軸承中轉子與潤滑氣體間、潤滑氣體與平箔間存在流固耦合作用，平箔與波箔間、波箔與定子間存在接觸摩擦作用，表現出複雜的非線性特性；如何設計箔片的幾何結構並在製造過程中保證所設計的幾何形狀，是箔片軸承套用中亟待解決的問題。本課題針對低轉速時轉子與平箔間存在接觸摩擦、氣體流動存在間斷的問題，研究非全膜氣體潤滑的建模及數值算法以更準確獲得起飛轉速；針對氣體瞬態雷諾方程、轉子運動方程、箔片變形方程在流固耦合求解過程中時間上無法同步的問題，研究基於軌跡法的時間序列預測-校正流固耦合數值算法； 研究動壓箔片軸承理論分析與設計的實驗驗證方法。

結題摘要

本項目以動壓氣體箔片軸承為研究對象，研究了該類型軸承的氣體-彈性動力學特性，給出了空氣動壓箔片軸承幾何建模方法及轉子－空氣－平箔－波箔－定子耦合作用建模方法，在研究空氣動壓箔片軸承氣彈流固耦合算法的基礎上，開展了動壓箔片軸承理論分析及實驗驗證。本項目按照課題申請書的研究計畫開展相應的研究工作，完成了研究計畫規定的研究內容。 課題取得如下研究成果：針對典型的波箔型氣體徑向箔片軸承，給出了軸承氣膜間隙厚度函式，完成了軸承幾何建模；完成了箔片結構彈性力學建模、轉子動力學建模、氣體潤滑動力學建模，給出了轉子-氣體-平箔-波箔-定子氣彈流固耦合模型，獲得了摩擦效應對波紋箔片剛度特性的影響，結果表明箔片結構的庫倫摩擦效應在一定程度上增大了波紋箔片的剛度。研究了空氣動壓箔片軸承氣彈流固耦合算法，通過數值仿真獲得了軸承的承載能力、動力學特性係數等特性，進而獲得了箔片軸承—轉子系統的動力學特性，給出了研究了平箔片剪下剛度以及箔片結構庫倫摩擦效應對軸承靜態及動態特性的影響。設計並建立了波箔型徑向氣體箔片軸承特性測試試驗台，通過改變軸承殼圓柱孔內表面粗糙度，提出了一種研究箔片結構摩擦效應對波箔型徑向氣體箔片軸承特性影響的試驗方法，並對箔片軸承靜剛度、起飛轉速、極限承載力和軸承動力學特性係數進行了測試，結果表明降低軸承殼圓柱孔內表面粗糙度能夠減小軸承靜剛度，使得箔片軸承的懸浮轉速降低，減少了軸承啟停時表面磨損，延長了軸承壽命，同時還能夠有效提高軸承極限承載力。設計並搭建了波箔型徑向氣體箔片軸承-轉子系統試驗台，基於振動頻率和平箔片溫度測量準確判斷了轉子起飛轉速，重點分析了波紋箔片和軸承殼之間摩擦效應對轉子系統動力學特性的影響。通過降低軸承殼內表面粗糙度有效消除了轉子高頻振動，提高了轉子系統運行穩定性，為提高箔片軸承-轉子系統運行穩定性提供了新的方法。