【摘要】：小型渦輪透平機(jī)械轉(zhuǎn)速和性能要求的不斷提高,對動壓氣體止推軸承承載能力要求日益嚴(yán)苛,進(jìn)一步對其關(guān)鍵參數(shù)影響規(guī)律進(jìn)行探索,有利于增強(qiáng)該型軸承的工程設(shè)計能力。同時,高速旋轉(zhuǎn)軸承產(chǎn)生的氣動熱會導(dǎo)致軸承的燒蝕而失效,因而掌握箔片型動壓氣體軸承氣動熱特性規(guī)律對其可靠性設(shè)計尤為重要。本文通過數(shù)值仿真和試驗研究了動壓氣體止推軸承靜特性和氣動熱特性,主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:首先,以箔片型動壓氣體止推軸承為研究對象,建立其變截面氣膜間隙模型,采用SST k-ω流動模型,通過數(shù)值仿真研究了轉(zhuǎn)速(ω=1×10~4r/min~5×10~4r/min)、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)(順斜面旋轉(zhuǎn)、逆斜面旋轉(zhuǎn);止推盤旋轉(zhuǎn)、軸承旋轉(zhuǎn))、軸承間隙比(h/h_(out)=5~25)、變截面節(jié)距比(b=0.2~0.8)等參數(shù)對軸承氣膜壓力分布和承載力的影響規(guī)律,結(jié)果表明:軸承的承載力隨著轉(zhuǎn)速的升高而變大,最大增長了4倍;順斜面旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的承載力遠(yuǎn)大于逆斜面旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的承載力,最大相差76.5N,說明該型軸承不適合有轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的應(yīng)用環(huán)境;止推盤旋轉(zhuǎn)和軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的承載力大小大致相同,最大差異不超過5%;軸承的承載力隨氣膜間隙比的增大而減小,不同轉(zhuǎn)速下承載力下降了50%~80%,該規(guī)律使得動壓氣體止推軸承可根據(jù)負(fù)載力變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)承載力;隨節(jié)距比的增加,軸承的承載力先變大后減小,在b=0.5時承載力最大,最大承載力比最小承載力大15%~30%。然后,在其變截面氣膜流動計算基礎(chǔ)上,引入粘性耗散項,計算不同工作條件下氣膜間隙的無量綱溫度分布,并對軸承轉(zhuǎn)速、進(jìn)/出口壓力(P_1=0.1MPa~1.2MPa)、進(jìn)/出口溫度(T_1=300K~375K)、軸承間隙比、變截面節(jié)距比等參數(shù)對氣膜溫比的影響進(jìn)行數(shù)值分析,結(jié)果表明:在單端進(jìn)氣工作條件下,氣膜溫比隨進(jìn)/出口壓比(1~12)增大而大幅下降,最多降低了2.04;隨轉(zhuǎn)速的增加而升高;隨進(jìn)氣溫度的升高而降低;軸承間隙比和節(jié)距比變化對其影響較小。在進(jìn)/出口壓力同比變化工作條件下,氣膜溫比隨進(jìn)/出口壓力增大而下降,最多降低了1.68;隨轉(zhuǎn)速的增大而升高;隨進(jìn)/處口溫度的升高而降低;隨軸承間隙比的增加而降低;溫比最高點位置隨著節(jié)距比的變化而變化。最后,建立箔片型動壓氣體止推軸承氣動熱特性試驗臺,測試了軸承轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度等參數(shù)對氣膜無量綱溫度場的影響,結(jié)果表明:數(shù)值計算與試驗結(jié)果相比規(guī)律一致,計算結(jié)果比試驗結(jié)果溫比最多大16%;溫比隨著軸承轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣溫度的增加而上升;由于冷卻和潤滑共進(jìn)口,因而溫比隨進(jìn)氣壓力的增大先下降后上升,存在最優(yōu)進(jìn)氣壓力。本文研究成果可為該型軸承性能及冷卻優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)參考。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.3
【圖文】：

體箔片軸承的一個優(yōu)點，但是氣動加熱使推軸承的氣動熱特性進(jìn)行系統(tǒng)的研究對提箔片型動壓氣體軸承氣動熱的冷卻設(shè)計方軸承主要結(jié)構(gòu)類型承被提出后，為了提高其工作性能，學(xué)者軸承在結(jié)構(gòu)上去取得了較大的突破，大幅，其主要結(jié)構(gòu)有：多葉型、雙層箔片型、片型等[11]。與徑向軸承相比，箔片型動壓楔形氣膜，極大程度地制約了其發(fā)展。氣體止推軸承表了懸臂型箔片軸承的專利，圖 1.1 為懸性支承元件，一端安裝在止推盤上，另一形的方式相疊加，增加軸承的剛性，同時導(dǎo)致該軸承在高速旋轉(zhuǎn)下發(fā)生失效。

圖 1.2 徑向彈簧分布的箔片動壓氣體止推軸承動壓氣體止推軸承t[14]提出了一種新型波箔支承結(jié)構(gòu)來替代徑向彈，其軸承設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖 1.3 所示。極薄的柔性平呈條形波紋狀為軸承提供彈性支承，箔片的前固定頂層平箔和支承波箔。止推盤為平面，軸成，軸承平箔表面與止推盤表面形成周向變截面，氣體隨著止推盤順傾斜面流入水平區(qū)域，截面變承剛開始轉(zhuǎn)動時，止推盤和軸承發(fā)生干摩擦，少干摩擦的損耗；軸承旋轉(zhuǎn)后，由于氣體動壓效在平箔表面，平箔和波箔為了適應(yīng)氣膜壓力而產(chǎn)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，軸承內(nèi)部的形變和軸承內(nèi)部的壓力體粘性剪切力的作用，軸承溫度不斷升高，變氣膜與軸承和外界環(huán)境的對流交換，使軸承的溫

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本文編號：2724042