發(fā)布時(shí)間：2020-10-22 13:26

　　 透平膨脹機(jī)作為大型低溫系統(tǒng)的其核心的部件,其安全穩(wěn)定高效率的運(yùn)行是整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效運(yùn)行的必要條件。透平膨脹機(jī)的支撐部分主要為氣體軸承,氣體軸承可以采用與低溫系統(tǒng)相同的氣體工質(zhì),避免系統(tǒng)產(chǎn)生交叉污染。并且,由于氣體的粘度相對比較低,軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱極少,可以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的需要。但是,由于粘性低導(dǎo)致氣體軸承的剛度、阻尼較小,在高轉(zhuǎn)速下容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)失穩(wěn)。本文分析氣體槽型動(dòng)壓軸承結(jié)構(gòu)的靜特性與幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,提出了以承載剛度為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)壓軸承槽型優(yōu)化的目標(biāo)與方法;并建立耦合彈性支撐的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型,提出了阻尼調(diào)節(jié)對彈性支撐軸系系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)軌跡的分析思路,結(jié)果為設(shè)計(jì)與工程實(shí)施優(yōu)化高穩(wěn)定性調(diào)節(jié)提供理論支撐;并基于加工實(shí)際,建立表面波動(dòng)模型,深化分析了表面波形對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,為高速氣體軸承的加工與質(zhì)量控制提供了理論支持�；谏鲜鲅芯績�(nèi)容,本文主要得到的結(jié)論如下:(1)動(dòng)壓槽能夠有效的改善氣膜內(nèi)流體的分布,能夠提升軸承的靜動(dòng)態(tài)性能。由于π槽的直槽段具有保壓作用,使得π槽的動(dòng)壓效果優(yōu)于螺旋槽軸承。通過設(shè)計(jì)變螺旋角槽型結(jié)構(gòu)使得動(dòng)壓效果進(jìn)一步提升。(2)基于攝動(dòng)假設(shè)條件,推導(dǎo)氣體潤滑的擾動(dòng)方程,并采用偏導(dǎo)數(shù)方法求得氣體軸承的8個(gè)動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)。分析動(dòng)壓、靜壓氣體軸承的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行參數(shù)對其動(dòng)力學(xué)性能的影響規(guī)律。并基于線性穩(wěn)定性分析方法,以系統(tǒng)阻尼作為考察因素,分析參數(shù)對穩(wěn)定性的影響。(3)通過將彈性支撐的作用耦合到轉(zhuǎn)子的振動(dòng)中,分析彈性支撐的剛度特性以阻尼特性對系統(tǒng)振動(dòng)行為的影響規(guī)律,低剛度的支撐以及小阻尼指數(shù)的阻尼力模型能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,分析結(jié)果為選擇合適的支撐材料提供理論基礎(chǔ)。(4)考慮到轉(zhuǎn)子的加工表面波形對系統(tǒng)振動(dòng)的影響,周向波紋能夠提高系統(tǒng)的動(dòng)壓效應(yīng),顯著的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而軸向的波紋減小系統(tǒng)最小氣膜間隙,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有害,在加工時(shí)應(yīng)避免。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB653
【部分圖文】：

氣體軸承的數(shù)值計(jì)算方法主要有有限元法，有限差分法以及有限元體積要通過假設(shè)忽略氣膜厚度方向，將三維流動(dòng)，模型簡化為二維雷諾方程元或者有限差分算法求解在氣膜間隙中的壓力分布，從而獲得其承載以體積法就是直接建立三維模型，通過 CFD 軟件（Ansys Fluent 或者 CFX的流動(dòng)特征。兩種算法互有優(yōu)缺點(diǎn)：有限元和有限差分算法適用于簡單建模困難，但是計(jì)算迅速，一勞永逸。有限元體積算法需要對每個(gè)模型繪，耗時(shí)長，但是能夠得出間隙內(nèi)的流動(dòng)特性，對復(fù)雜模型適用性高。的這一章節(jié)主要采用有限差分算法求解靜壓、動(dòng)壓氣體軸承的靜態(tài)特征、工質(zhì)種類、運(yùn)行工況對其性能的影響規(guī)律；采用 CFD 軟件計(jì)算帶槽的采用大縱橫比的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，以承載為準(zhǔn)則優(yōu)化軸承的動(dòng)壓槽動(dòng)將槽型進(jìn)行改進(jìn)，使得承載更佳。體軸承的工作原理

22 266 12xxa azza ap h x z VV RP H X Z tp Cr R R R Cr pV R VRCr p Cr p ， ， ， ， ， ，，eynolds 方程為：3 3) ( ) ( ) ( ) ( )x zP P P H P PH PH PHX Z Z X Z x z ， 為軸承數(shù)， 為擠壓數(shù)。體軸承 Reynolds 方程軸承與動(dòng)壓氣體軸承的主要區(qū)別是存在外部供氣，因此對于非動(dòng)壓氣體軸承一致，因此本節(jié)主要針對靜壓氣體軸承的節(jié)流孔

假設(shè)其流通截面面積為 A ，流速為V ，密度為 ，則從mQ VA與式（2-12）帶入到上式，可以得到從小孔流出的氣流質(zhì)12 1 22( ) ( )1kd k dkm s ss skp pQ A pk p p 進(jìn)行分析，對于 0d sp p 或者 1 兩種極限情況，mQ 都為 口的壓力一致，故而流量為 0；當(dāng) 0d sp p 時(shí)，表示小孔 0，顯然很不合理。事實(shí)上，針對00sp p 這一情況，式氣體擾動(dòng)傳播速度為音速，當(dāng)小孔出口流速已達(dá)到音速后力，則出口壓力就不再對氣流流量產(chǎn)生影響。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2851657