渦輪機械模擬實驗臺的設(shè)計與實驗研究.pdf

1、箔片式氣體動壓潤滑軸承隸屬于滑動軸承，采用單層或多層彈性結(jié)構(gòu)箔片作為支撐部分，光滑項箔片作為軸承內(nèi)表面邊界，共同支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。箔片式氣體動壓潤滑軸承在高溫、高轉(zhuǎn)速工況下具有極好的工作性能，因此被廣泛應(yīng)用到高速渦輪機械當(dāng)中。由于該軸承利用環(huán)境中的空氣（或其他氣體介質(zhì)）作為潤滑劑，便可實現(xiàn)機械系統(tǒng)的無油化，大大降低了設(shè)計、制造、維護成本，解決了因油潤滑系統(tǒng)帶來的漏油問題，同時也更為環(huán)保。目前，國內(nèi)對氣體箔片動壓軸承的研究主要集中在軸承彈性結(jié)

2、構(gòu)建模、軸承重要參數(shù)仿真以及轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析計算等理論研究方面，對該類軸承的加工制造、實驗研究相對較少，針對箔片軸承的應(yīng)用研究更是極度缺乏。因此，本文設(shè)計并搭建了高速無油渦輪機械模擬實驗臺，并利用該實驗臺對氣體箔片軸承——轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行了深入的實驗研究，為軸承的設(shè)計加工以及軸承的實際應(yīng)用提供重要的工程經(jīng)驗。本文主要的研究工作以及成果如下:
　　(1)參考目前氣體箔片軸承應(yīng)用的渦輪機械，設(shè)計并搭建了高速無油渦輪機械模擬實驗臺。根據(jù)模擬的

3、工況，對徑向箔片軸承和推力箔片軸承進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，預(yù)測了徑向箔片軸承和推力箔片軸承的承載能力及動態(tài)、靜態(tài)特性，并對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行了轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析。通過結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化，最終使軸承承載能力滿足設(shè)計要求，且轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速范圍能避開臨界轉(zhuǎn)速。
　　(2)利用搭建的轉(zhuǎn)動實驗臺，針對不同軸承間隙對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動態(tài)特性的影響進行實驗研究。利用軸承分析軟件和轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析軟件對系統(tǒng)動態(tài)特性進行分析計算。對比理論和實驗結(jié)果，得出結(jié)論:隨著徑

4、向間隙減小，氣體箔片軸承的直接動態(tài)系數(shù)和交叉耦合阻尼系數(shù)增大，從而使得系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速和次同步振動起始轉(zhuǎn)速均提高。對比同步響應(yīng)的振動特性表明較小的徑向間隙將有效降低轉(zhuǎn)子過臨界轉(zhuǎn)速時的幅值放大系數(shù)。
　　(3)利用搭建的轉(zhuǎn)動實驗臺，針對不平衡量對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響進行實驗研究。實驗結(jié)果表明，隨著不平衡量的增大，系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速降低，次同步振動的頻率變得豐富，軸承表現(xiàn)出很強的非線性特征。在研究不同加載方式對系統(tǒng)影響的實驗中，發(fā)現(xiàn)同相加載引起的次