多孔质气体静压轴承研究现状及发展趋势

多孔质气体静压轴承采用多孔质节流器,依靠外部供给加压气,形成承载气膜,实现支承和定位.分析了多孔质轴承支承原理,并说明气膜压力分布特点.总结了多孔材料在轴承中的应用及碳石墨多孔材料具有的相对优势.论述了流动模型、数值求解及试验的研究现状,说明雷诺润滑方程和Darcy方程是建立多孔质轴承流动模型的主流方法.总结了轴承优化方法,智能优化方法的应用情况.今后的研究重点是考虑流动惯性,基于Darcy-Forchheimer方程和雷诺润滑方程,建立多孔质轴承三维可压流动模型及其数值求解方法;考虑转子对气膜的惯性作用,使用CFD动网格计算多孔质轴承动特性;分析温度、材料变形等对多孔质轴承静动特性的影响;设计对中系统并采用高频激光测距仪,测试多孔质轴承静动特性;建立多参数、多目标的多孔质轴承优化平台,优化承载力、供气功耗等.

多孔质石墨气体静压止推轴承静态性能分析

应用基于有限体积法的Fluent软件进行数值仿真实验,分析了多孔介质的渗透系数、厚度、直径以及气源的供气压力等因素对全多孔质气体静压轴承静态性能的影响,得出相应的关系曲线。自行设计了实验平台,实测获得了多孔质石墨气体静压止推轴承的载荷、刚度、流量等静态特性曲线。数值计算结果与实验结果具有很好的一致性,验证了该数值计算方法的可行性。结果还表明,当多孔介质渗透系数为7.95×10-15 m2,厚度为10mm,直径为45mm,且气膜间隙为3～5μm时,全多孔质石墨气体静压止推轴承静态刚度超过70N/μm。

局部多孔质气浮止推轴承的设计研究

建立了局部多孔质气浮轴承的理论模型,该模型考虑了轴承气膜交界面处的切向速度滑移。利用有限元方法对所建立的模型进行了理论仿真,轴承静态特性的仿真与试验结果取得了较好的一致性,说明经过修改后的雷诺方程可以用来作为局部多孔质气浮轴承研究的理论模型。利用该模型成功计算出不同渗透系数、不同厚度及不同直径的局部多孔质气浮轴承的流量、承载及刚度特性,并给出了相应的变化曲线。根据仿真结论,提出了局部多孔质气浮止推轴承的设计准则。另外,从理论上将该类轴承与全多孔质类型气浮轴的承特性进行了对比,表明局部多孔质气浮轴承有着优良的特性,有很好的应用前景。

一种多孔质石墨渗透系数测量方法的研究

在考虑气体的可压缩性和气体在多孔介质里的流动存在惯性损失的前提下,给出一种测量多孔质石墨渗透系数的方法。在自行设计的测试系统上进行实验,测量得出供气压力与体积流量和流速的对应关系,并计算求得多孔质石墨的渗透系数。采用该方法计算得出在渗透系数取实验值时供气压力与体积流量和流速的对应关系,与实验测量结果具有很好的一致性,证明该方法的正确性。