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气体润滑轴承是一种以气体在作为润滑剂的滑动轴承,它具有摩擦小、精度高、摩擦生热小,低污染等优点,已经在许多领域有着广阔的应用。随着气体轴承应用范围的扩大,对轴承承载力的要求越来越高,特别是止推轴承在高速透平机械中的应用中,轴承系统可靠性的关键集中在承载力是否满足要求,如何提高气体止推轴承的承载力是气体轴承的研究方向之一。本文对静压环形供气止推轴承以及改进复合润滑形式进行了建模,从理论计算和数值分析两个方面进行了研究,主要研究内容和结论为:
(1)使用FLUENT的前处理软件GAMBIT建立了静压气体止推轴承的几何模型,采用分块法对模型划分网格,成功解决了划分网格过程中因气膜厚度与止推盘半径相比极小而易造成负网格和网格扭曲的问题。
(2)选择合适的物理模型,用FLUENT导入网格进行迭代求解计算,计算结果经后处理,得到气体在轴承间隙内的压力分布云图;还得到轴承承载力数值和气体质量流量,数值模拟得到的承载力和质量流量与理论计算值的误差小于5%,证明了数值模拟的正确性。
(3)对原静压环形供气止推轴承进行改进,在其上加工扇形槽形成布袋式止推轴承,建立动静压复合气体轴承的解析模型和数值模拟模型,从理论上以及数值模拟计算证明这种方式能提高轴承承载力。
(4)使用FLUENT软件计算了不同条件下气体在轴承间隙内的流动特性,分别计算分析了开槽长度、气膜厚度、槽台间隙比、槽数、供气压力等因素对改进后的气体止推轴承特性的影响规律。结果表明:承载力和气体质量流量随供气压力的增大而增大;气膜厚度对轴承承载力的影响较大,存在最佳的气膜厚度,开槽长度,槽台间隙比Br/Bg和槽数,最佳的气膜厚度,开槽长度随供气压力升高而升高,最佳的槽台间隙比Br/Bg为1,最佳槽数为24。
本文的研究结果为透平膨胀机用气体止推轴承设计和工程应用提供了参考依据和理论支持。