彈性箔片氣體動壓推力軸承的靜動態(tài)特性和熱特性研究.pdf

1、彈性箔片氣體動壓軸承是一種以柔性表面為支承的自作用式氣體動壓軸承。箔片氣體軸承在無油渦輪機械和空氣循環(huán)機中得到了廣泛的應(yīng)用。彈性箔片氣體動壓推力軸承為現(xiàn)代無油渦輪機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)提供軸向支承，降低了維護成本和整個系統(tǒng)的質(zhì)量。為了將箔片氣體推力軸承應(yīng)用到高速、重載的旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)中，在設(shè)計時需要考慮由渦輪端和壓縮機兩端的壓力差產(chǎn)生的軸向力。轉(zhuǎn)子上的推力盤一般用來承載軸系所受的軸向力以及保持轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)中的姿態(tài)。
　　目前，與箔片氣

2、體動壓徑向軸承相比，箔片氣體動壓推力軸承的流體動力潤滑研究相對滯后。因此，本文通過建立理論模型，對箔片氣體動壓推力軸承的流體潤滑特性和熱特性進行了研究。在分析彈性箔片氣體動壓軸承潤滑性能的理論模型中，需要考慮流體動壓效應(yīng)和軸承表面變形的流固耦合效應(yīng)。本文采用link-spring模型計算波箔片的等效垂直剛度。該模型詳盡考慮了波箔片的彈性、相鄰波形突起的相互作用力以及各接觸表面之間的摩擦力。同時，由于頂箔的變形會引起氣膜厚度的變化，本文采

3、用有限元法中的殼單元模擬頂箔的受力變形。采用有限差分法求解穩(wěn)態(tài)Reynolds方程和通過擾動法處理非定常狀態(tài)下的Reynolds方程獲得的兩個動態(tài)系數(shù)擾動方程，求得軸承的靜態(tài)特性和動態(tài)特性參數(shù)。在求解過程中，在氣膜厚度方程中考慮了箔片結(jié)構(gòu)的受力變形。將理論計算的軸承承載能力與已公開文獻的相關(guān)實驗數(shù)據(jù)進行對比，二者吻合得很好，從而驗證了本文所建立模型的正確性。另外，本文還研究了轉(zhuǎn)速、初始最小氣膜厚度、氣體入口區(qū)和出口區(qū)的膜厚比等工作參數(shù)，

4、波箔片的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及轉(zhuǎn)子不對中對軸承性能的影響，為軸承的設(shè)計提供了一定的理論依據(jù)。
　　在正常工作時，轉(zhuǎn)子和軸承表面間的潤滑氣膜中存在粘性剪切作用以及潤滑氣體受壓縮做功，會導(dǎo)致氣膜的溫度升高。軸承的溫升對軸承的性能有非常大的影響。因此，本文通過考慮轉(zhuǎn)子—推力軸承系統(tǒng)的流體動力潤滑、熱效應(yīng)和熱膨脹的影響，建立了由廣義的雷諾方程、膜厚方程、能量方程、粘度方程、固體熱傳導(dǎo)方程和固體熱膨脹方程聯(lián)立得到的轉(zhuǎn)子—推力軸承系統(tǒng)的三維熱流體動力潤