微型高速透平气浮轴承气膜流动及传热对稳定性影响的研究

本研究是为适应微型高速气浮轴承透平机械快速发展的需要，提出了新型弹性鼓泡箔片动压气浮轴承新构思，拟通过本研究对微型高速透平膨胀机气浮轴承气膜流动及传热对其稳定性的影响进行研究。针对其结构特点，提出如何处理柔性表面变形的方法，给出弹性鼓泡结构刚度和阻尼的物理模型，充分分析研究考虑鼓泡弹性变形及温度变化影响条件下的气膜流动情况，以热流体动力分析方法分别建立描述轴承间隙中气体流动的定常和非定常的可压缩Reynolds方程，从控制方程及相应的边界条件出发，给出考虑温度影响的箔片动压气浮轴承静、动态特性的分析方法。确立气膜压力场分布、温度场分布。详细探讨不同的结构参数如鼓泡分布、鼓泡高度、跨距、箔片厚度、支承间隙等对其稳定性的影响，优化设计参数，建立并完善设计方法及数据库。同时完善微型高速气浮轴承透平膨胀机热力及机械性能的测试手段，使微型高速透平膨胀机气浮轴承达到连续稳定运转要求。

本研究是为适应微型高速气浮轴承透平机械快速发展的需要，研制设计加工了微小型高速透平膨胀机并搭建了高速气体轴承实验台，开展了微小型气浮轴承稳定性的研究。针对新型弹性鼓泡箔片动压气浮轴承，提出处理柔性表面变形的方法，给出了弹性鼓泡结构刚度和阻尼的物理模型，充分分析研究了鼓泡弹性变形及温度变化影响条件下的气膜流动情况，以热流体动力分析方法分别建立描述轴承间隙中气体流动的Reynolds 方程，耦合求解能量方程,确立气膜压力场分布、温度场分布。探讨了弹性鼓泡箔片轴承不同的结构参数对其稳定性的影响，同时研究了微小型箔片轴承的机加工及装配工艺，完善了微型高速气浮轴承透平膨胀机热力及机械性能的测试手段，成功地应用于6mm轴径的微型高速透平膨胀机，并达到350000rpm 连续稳定运转的要求。研究结果表明了无量纲承载力、无量纲摩擦力矩等随轴承数、节距比等的变化趋势，揭示了弹性鼓泡箔片轴承稳定性机理。