本文關(guān)鍵詞：透平膨脹機磁氣混合軸承特性研究　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 磁氣混合軸承 透平膨脹機 環(huán)境壓力 增壓輪 動力學(xué)特性

【摘要】：本研究主要針對透平膨脹機的工作特性,對磁氣混合軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性展開研究。文獻研究表明,電磁軸承和氣體軸承作為兩種典型的高速支承方式,都具有幾乎無摩擦、無磨損、無污染、能在高溫和低溫環(huán)境下工作的優(yōu)點。電磁軸承通過給定子交流線圈通電,使電磁鐵定子與轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生電磁力,因此,電磁軸承會產(chǎn)生功耗,線圈的發(fā)熱會對制冷膨脹機,特別是低溫膨脹機產(chǎn)生不利影響。氣體軸承運行的穩(wěn)定性差、低速階段摩擦較強、相對于油軸承其承載能力小。若將電磁軸承和氣體軸承結(jié)合起來,其性能要比單獨的電磁軸承和氣體軸承優(yōu)越。首先,在轉(zhuǎn)子啟�；虻退匐A段,由電磁軸承支承,改善了氣體軸承啟停階段的干摩擦;其次,當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速升高到一定的氣浮轉(zhuǎn)速后,由氣體軸承承擔(dān)全部載荷或大部分載荷,電磁軸承不承擔(dān)載荷或僅承擔(dān)一小部分載荷,這可降低電磁軸承的功耗,減少線圈的發(fā)熱。另外,對于小型的低溫透平膨脹機來說,由于膨脹機的輸出功率較小,沒有對這部分能量回收,使膨脹機發(fā)出的功率全部浪費掉。本文提出將膨脹機的風(fēng)機輪改為增壓機,將增壓后的氣體供給到氣體軸承,不僅可以提高動壓氣體軸承的承載能力,縮短轉(zhuǎn)子長度,而且提高了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有利于改善系統(tǒng)的動力學(xué)特性。為了更好的了解磁氣混合軸承的性能,本文首先對電磁軸承和動壓氣體軸承的承載特性進行單獨研究,為磁氣混合軸承的性能研究奠定基礎(chǔ),其主要研究工作如下:首先,針對透平膨脹機轉(zhuǎn)子系統(tǒng),研究電磁軸承的承載特性。利用ANSYS軟件對電磁軸承的磁場分析,確定電磁軸承的磁場分布。另外,軸向電磁軸承與轉(zhuǎn)軸之間存在漏磁,實際工作過程中,軸向軸承因加工精度、安裝誤差和運行狀態(tài)的改變,軸心和軸承中心會產(chǎn)生偏離,使軸向電磁軸承在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)產(chǎn)生不平衡的徑向力,研究了軸向電磁軸承漏磁對電磁軸承系統(tǒng)的影響。同時,對電磁軸承支承的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性進行研究,分析軸承支承剛度和阻尼對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速的影響。另外,對電磁軸承支承的透平膨脹機樣機實驗測試,將測試結(jié)果與理論結(jié)果對比,驗證了此轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運行的可靠性,為后續(xù)磁氣混合軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的研究奠定基礎(chǔ)。其次,針對透平膨脹機轉(zhuǎn)子系統(tǒng),研究環(huán)境壓力對動壓氣體軸承承載特性的影響。動壓氣體軸承的潤滑介質(zhì)為可壓縮流體,可壓縮潤滑膜的流動壓力與環(huán)境壓力有關(guān)。本文提出將小型低溫透平膨脹機風(fēng)機輪改為增壓輪,將增壓后的氣體供給到氣體軸承,以提高氣體軸承端部的環(huán)境壓力。本文研究了軸承端部環(huán)境壓力對動壓氣體軸承靜動態(tài)特性的影響。研究表明,增加氣體軸承的環(huán)境壓力,可提高氣體軸承的承載能力。提高環(huán)境壓力能夠提高動壓氣體軸承性能的這一優(yōu)點,可擴大動壓氣體軸承的應(yīng)用范圍,使動壓氣體軸承不僅僅局限于高速輕載的場合。另外,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在小偏心率下容易失穩(wěn),環(huán)境壓力增加可提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在小偏心率下的穩(wěn)定性。因此,在其他條件不變的情況下,提高軸承環(huán)境壓力,不僅可以提高軸承的承載能力,縮短轉(zhuǎn)子長度,而且提高了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有利于改善系統(tǒng)的動力學(xué)特性。再次,上述結(jié)果表明提高軸承的環(huán)境壓力可提高動壓氣體軸承的承載特性。本文研究作為增壓機的風(fēng)機葉輪,通過消耗透平膨脹機的機械功壓縮氣體,提高出口管氣體壓力。在透平膨脹機功率耦合匹配的前提下,設(shè)計高壓比增壓葉輪,并對其流場進行分析,驗證了通過增壓輪提高動壓氣體軸承環(huán)境壓力的可行性。最后,磁氣軸承相結(jié)合,改變了原有的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性。在電磁軸承和氣體軸承性能研究的基礎(chǔ)上,分析磁氣混合軸承支承的透平膨脹機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)特性,對磁氣混合軸承支承的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行模態(tài)分析、臨界轉(zhuǎn)速分析、不平衡響應(yīng)分析和瞬態(tài)動力學(xué)分析。分析結(jié)果表明,在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),可通過改變磁氣混合軸承的位置調(diào)整轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在勻加速狀態(tài)和沖擊載荷作用下,都不會產(chǎn)生較大響應(yīng)和碰撞,系統(tǒng)安全可靠,為后續(xù)磁氣混合軸承的研究奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH133.3;TB653

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐磊;焦映厚;陳照波;沈那偉;;波箔型徑向氣體軸承靜態(tài)特性分析[J];潤滑與密封;2012年08期

2 趙廣;于賀春;馬文琦;崔穎;;轉(zhuǎn)子-氣體軸承-彈性支承系統(tǒng)研究綜述[J];潤滑與密封;2010年11期

3 趙三星;黃海;孟光;李友榮;;普通圓柱氣體動壓軸承性能計算[J];武漢科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年01期

4 孫曉穎;高錦宏;徐小力;;基于DSP的磁懸浮軸承控制系統(tǒng)[J];北京機械工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2006年04期

5 楊利花;石建華;劉恒;虞烈;;彈性箔片動壓徑向氣體軸承動特性的實驗研究[J];摩擦學(xué)學(xué)報;2006年04期

6 戚社苗;耿海鵬;虞烈;;動壓氣體軸承性能計算方法研究[J];機械強度;2006年03期

7 馬蘭蘭;李樹森;蘇健民;;氣磁軸承混合軸系的一種誤差補償方法[J];林業(yè)機械與木工設(shè)備;2006年06期

8 劉文洲,楚軍,趙雷;電磁軸承磁場分析和優(yōu)化設(shè)計[J];儀器儀表學(xué)報;2004年S1期

9 劉慶國,李樹森;淺談兩種新型軸承的工作性能和特點[J];林業(yè)機械與木工設(shè)備;2004年06期

10 孫首群,虞烈;磁軸承柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力特性建模與優(yōu)化仿真[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報;2003年03期

，

本文編號：1328227