基于透平膨胀机的径向气体轴承流场数值分析及结构优化设计

摘要

轴承-转子系统是透平膨胀机中的核心部件，其性能直接影响设备的运转和安全可靠。对于小型透平膨胀机，为了提高工作效率，希望具有高转速，这就对轴承提出了更高的要求。而高转速恰恰是气体轴承的优点之一。
　　 本文以气体润滑理论为基础，采用有限体积法对静压径向气体轴承的静态流场特性进行了数值模拟，并进行了试验研究，具体主要工作如下：
　　 (1)垂直供气方式气体轴承：对不同结构参数(如孔边距、供气孔直径)的气体轴承进行不同工况(转轴静止与高速旋转)及偏心率下的数值模拟，分析轴承结构参数对轴承能力(以承载能力、刚度、耗气量为具体指标)的影响，并从仿真结果中选取该供气方式下具有较优结构参数的气体轴承结构形式；(2)切向供气方式气体轴承：对不同供气孔直径的气体轴承进行不同工况及偏心率下的数值模拟，分析轴承结构参数对轴承能力的影响，并从仿真结果中选取该供气方式下具有较优结构参数的气体轴承结构形式；(3)对以上选取的两种较优结构参数的气体轴承进行轴承能力的数值模拟对比分析，比较不同供气方式对轴承能力的影响；(4)搭建试验台，对气体轴承进行试验研究。
　　 本文从数值模拟和试验研究两个方面对静压径向气体轴承的轴承能力进行了分析，结果表明，本文对基于透平膨胀机的静压径向气体轴承做的数值模拟是可信的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外研究现状概述

1.2.1气体轴承发展概述

1.2.2透平膨胀机现状概述

1.2.3 CFD软件Fluent概述

1.3本课题的主要研究内容

第2章静压径向气体轴承的数值分析模型

2.1静压径向气体轴承的工作原理

2.1.1静压径向气体轴承的基本结构

2.1.2润滑机理

2.2数值分析模型的建立

2.2.1控制方程的建立

2.2.2边界条件设定

2.2.3计算模型的选择

2.3 CFD仿真模型建立及网格划分

2.3.1网格划分方法

2.3.2网格划分过程示例

2.4迭代计算过程的设置

2.5本章小结

第3章静压径向气体轴承特性分析及不同结构参数的优化选取

3.1垂直供气静压径向气体轴承结构参数的优化选取

3.1.1孔边距对轴承能力的影响

3.1.2供气孔直径对轴承能力的影响

3.2切向供气静压径向气体轴承结构参数的优化选取

3.2.1供气孔直径对轴承承载能力的影响

3.2.2供气孔直径对轴承刚度的影响

3.2.3供气孔直径对轴承耗气量的影响

3.3两种具有优化结构参数的气体轴承的轴承能力对比

3.3.1轴承承载能力对比

3.3.2轴承刚度对比

3.3.3轴承耗气量对比

3.4本章小结

第4章静压径向气体轴承的试验研究

4.1试验原理与步骤

4.2试验设备

4.3试验方法与数据分析

4.4本章小结

结 论

参考文献

致 谢

研究生履历