高速气动涡轮气体多孔质径向轴承结构设计和性能分析

由于涡轮转子和涡轮喷杯的悬臂作用,高速气动涡轮在工作中易发生转轴倾斜现象。为探讨轴径倾斜对多孔质气体径向轴承性能的影响,设计双槽型和单槽型2种多孔质气体径向轴承结构,并分析多孔材料的变厚度分布、偏心率和倾斜角大小等结构误差和系统运动误差对轴承性能的影响。结果表明:在偏心率一定的情况下,双沟槽结构的刚度和承载能力高于相同条件下的单沟槽结构,并且在高速运转状态下,随着倾角的增加双沟槽结构具有更高的垂直力矩和水平力矩;当偏心率增大时,双沟槽的刚度高于单沟槽,所以双沟槽具有更好的抗倾斜能力;当气膜厚度增加时,2种结构的垂直力矩和水平力矩都下降,说明气膜厚度对轴承抗倾斜能力具有一定影响。

多孔质气体静压径向轴承的可压流动建模及数值求解

为研究可压流动下多孔质静压径向轴承的静特性,基于雷诺润滑方程、多孔质达西方程、气体压力-密度方程,建立了多孔质径向轴承的流动模型.提出了一种处理多孔质轴向端面压力边界条件的Laplace-Neumann虚拟节点法,结合有限差分法、松弛迭代法、压力-密度耦合迭代法对流动模型进行数值求解.分析了可压流动下轴承半径间隙和供给压力对静压特性的影响,并与不可压流动计算结果进行对比.结果表明:在同一最小膜厚下,随着半径间隙和供给压力的增大,可压流动与不可压流动的承载能力、质量流量和功耗均增大.可压流动下的承载能力在半径间隙0.01 mm和0.03 mm下小于不可压流动,在半径间隙0.05 mm下大于不可压.可压流动下的质量流量和功耗均大于不可压流动.本研究可为多孔质静压径向轴承的设计及快速计算提供参考.

多孔质气体静压径向轴承的Fluent仿真与实验研究

多孔质气体静压轴承相比传统的小孔节流轴承具有更高的承载能力,更好的稳定性及便于加工等优点。应用基于有限体积法的软件Fluent分析偏心率、多孔质材料渗透率、轴承长径比和平均气膜厚度等关键因素对多孔质径向轴承静态性能的影响,分析结果显示,在给定轴承平均气膜厚度的情况下,存在最佳的渗透率区间使得承载能力最大,增加轴承长径比和减小平均气膜厚度均可以提高多孔质径向轴承的承载能力及刚度,但需要根据加工装配工艺要求及实际工况选择合适的参数。设计制造中心供气新形式的多孔质径向轴承,通过仿真得到气膜间隙的压力分布及承载能力,并通过实验验证仿真结果的正确性。仿真和实验结果表明,该结构形式的多孔质径向轴承承载性能优良。

多孔质气体静压径向轴承倾斜状态特性研究

为研究倾斜状态对多孔质气体静压轴承性能的影响,基于一维流动模型应用有限元方法对多孔质气体静压轴承进行数值分析,研究渗透率、初始偏心距、倾斜角度等重要因素对多孔质径向轴承承载能力和弯矩的影响。结果显示:轴承初始偏心距对轴承承载能力影响很大;在相同初始偏心距时,倾斜状态下的径向轴承承载能力随着轴承倾角的增大而增大;在相同倾斜角度时,径向轴承承载能力分别随着轴承初始偏心距和轴承渗透率的增大而增大,并且初始偏心距越大,渗透率对承载能力的影响越大。

多孔质静压径向轴承的理论建模与数值计算

为计算多孔质静压径向轴承静特性,基于雷诺润滑方程、多孔质达西方程和连续方程,建立了考虑多孔质-气膜交界面速度滑移的多孔质轴承流动模型。采用有限差分法、变步长差分格式、逐次超松弛法,提出Laplace-Neumann虚拟节点法,建立了流动控制方程组同时迭代的数值方法,编写了快速稳定的求解器PBS(porous bearing solver)。PBS承载能力、压力场、速度场等与ANSYS Fluent相近,但PBS实现了即时仿真。利用PBS分析了供给压差和润滑剂黏度对静特性的影响,结果表明:随着供给压差增大,承载能力和供给流量线性增大,供给功耗平方增大。随着黏度增大,承载能力略微增大,流量和功耗线性减小。随着偏心率增大,承载能力、流量及功耗增大。该自主求解器和结论可为多孔质轴承设计提供参考。