渦輪機械模擬實驗臺的設計與實驗研究.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構箔片作為支撐部分，光滑項箔片作為軸承內表面邊界，共同支撐轉子轉動。箔片式氣體動壓潤滑軸承在高溫、高轉速工況下具有極好的工作性能，因此被廣泛應用到高速渦輪機械當中。由于該軸承利用環(huán)境中的空氣（或其他氣體介質）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，國內對氣體箔片動壓軸承的研究主要集中在軸承彈性結

2、構建模、軸承重要參數(shù)仿真以及轉子動力學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，針對箔片軸承的應用研究更是極度缺乏。因此，本文設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——轉子系統(tǒng)進行了深入的實驗研究，為軸承的設計加工以及軸承的實際應用提供重要的工程經驗。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用的渦輪機械，設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構參數(shù)設計，預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，并對轉子系統(tǒng)進行了轉子動力學分析。通過結構的調整和優(yōu)化，最終使軸承承載能力滿足設計要求，且轉子系統(tǒng)在穩(wěn)定工作轉速范圍能避開臨界轉速。
　　(2)利用搭建的轉動實驗臺，針對不同軸承間隙對轉子系統(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子動力學分析軟件對系統(tǒng)動態(tài)特性進行分析計算。對比理論和實驗結果，得出結論: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)臨界轉速和次同步振動起始轉速均提高。對比同步響應的振動特性表明較小的徑向間隙將有效降低轉子過臨界轉速時的幅值放大系數(shù)。
　　(3)利用搭建的轉動實驗臺，針對不平衡量對轉子系統(tǒng)的影響進行實驗研究。實驗結果表明，隨著不平衡量的增大，系統(tǒng)的臨界轉速降低，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