箔片动压气体轴承转子系统动态特性试验研究

在箔片动压气体轴承的润滑分析模型和动态特性数学模型基础上,结合牛顿力学方程,建立箔片动压气体轴承-转子系统动力学方程,并研究其刚度和阻尼系数的计算方法;试验测量箔片动压气体轴承-转子系统的振动及速度,计算其刚度和阻尼系数;结合图谱法分析箔片动压气体轴承-转子系统在升速过程中的线性失稳和非线性失稳现象,研究转速对其刚度和阻尼系数的影响规律。结果表明:箔片动压气体轴承-转子系统主刚度系数整体随着转速的升高而增大,而交叉刚度整体随着转速的增加而减小且变化趋势相对较为平缓;阻尼系数整体随转速的提高而减小;系统自身阻尼抑制了扰动和低频能量的聚集,避免了箔片振动发生,从而有效地提高了系统运行的稳定性。提出的动态特性系数计算方法结合气体润滑理论与动力学模型,并结合试验测试,可以有效地获得轴承-转子系统的动态特性。

轴承供气压力对静压气体轴承-转子系统动力学特性影响的实验

为了研究轴承供气压力对气体轴承-转子系统动力学特性的影响,在静压气体轴承支承的压气机与透平同轴结构的涡轮膨胀制冷机试验台上,开展了相应的试验研究。采用分岔图、轴心轨迹、频谱分析等振动测试分析方法,分析了供气压力对临界转速和低频特性的影响。实验结果表明:轴承供气压力为0.80MPa,转子在26000r/min时未出现半速涡动;轴承供气压力为0.75MPa,转子在50000r/min时的低频振动幅值仅为工频振动幅值的5%,远小于相同转速时0.80MPa下的相对值(低频振动幅值与工频振动幅值的比值为34.89%)。因此,供气压力的增大带来气膜直接刚度的增加,能够消除气膜的半速涡动;供气压力的降低带来气膜阻尼比的增加,能够抑制气膜振荡的幅值。

气体轴承-转子系统典型振动特性分析

给出了单跨、气体轴承支承的转子系统中出现的共振、气膜半速涡动(包含临界半速涡动)、双低频特性、气膜振荡、工频碰磨、低频碰磨等典型振动现象,采用轴心轨迹,分岔图,以及频谱图等振动测试分析方法,呈现了以上典型振动现象的动力学特征,为识别气体轴承中的典型振动现象提供试验数据支持;同时,针对以上典型振动特征,采用轴承-转子系统的载荷运动平衡方程,给出了定性的理论分析以及相应的控制方法,为气体轴承-转子系统的振动控制与稳定性研究提供可借鉴的数据和方法。

Numerical simulation of 3D viscous flow field of air cooled turbine blades with coolant mixing

To improve thrust and reduce oil consumption of aero-engines, the temperature at turbine inlet is becoming higher and higher, which leads to heavy thermal load of vanes. To efficiently cool the vanes, the mass of coolant with its maximum gas mass flow exceeding to 20% of main stream, has to be increased. In the pres- ent paper, a two-stage turbine with and without coolant mixing was simulated by CFX-TASCflow. Simulation resuits indicate that the flow field structure with coolant is obviously different from that without coolant, and the former has characteristics of lower-speed main flow, reduced mach number, weaker shock intensity and decreased stage efficiency.