波箔式气体轴承气膜流场分析.pdf

011年9月
润滑与密封
Sep.2011
第36卷第9期
LUBRICATION ENGINEERING
Vol 36 No 9
DOI:10.3969/.issn0254-0150.201.09.018
波箔式气体轴承气膜流场分析
夏新沛2刘文琰陈巍'何平…2郭宝
(1.中国科学院工程热物理研究所北京100190;2.中国科学院研究生院北京100190)
摘要:模拟在压力远场条件下,考虑气体可压缩性、平箔变形和端泄效应的箔片轴承三维气膜流场,得到轴承气
膜压力和速度分布。刚性气体轴承的压力分布结果与文献结果吻合很好。研究考虑平箔变形情况下的承载力、端部泄漏
流量等随转速和偏心率的变化关系,结果发现:在轴承端部存在出气的正压区和进气的负压区,与之前的文献端部为大
气压的模拟结果不同;轴承两端的进气、出气是独立的,中心截面的流量为0;平箔变形使箔片轴承端部泄漏质量流量
变大,承载力变小。
关键词:气体轴承;端泄效应;端部泄漏质量流量;承载力
中图分类号:TH133.37文献标识码:A文章编号:0254-0150(2011)9-077-5
Analysis of Air Flow Field of Bump-foil Type Gas Bearings
Xia Xinpei" Liu Wenyan"Chen Wei He Ping"Guo Baoting
(1. Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
2. Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)
Abstract: A three-dimensional bearing model, considering compressibility of air, top foil deformation and real ending
leakage effect, was developed to obtain distribution of pressure, velocity of gas film by using pressure far-field boundary
condition. The result of pressure distibution of rigid bearing was compared with reference result and reasonable agreement
was attained. The influences of rotor speed and eccentricity on load capacity, ending leakage mass flow rate were investiga-
ted considering top foil deformation. The results show that there are exhausting positive pressure air zone and air-suction
negative pressure air zone at the end of bearing; the exhausting process and air-suction process of the two ends are inde
pendent, that is, the air mass flow of central cross-profile is zero; top foil deformation increases ending leakage mass flow
rate, but decreases load capacity
Keywords: gas bearing; ending leakage effect; ending leakage mass flow rate; load capacity
波箔式气体轴承由于采用空气润滑,具有高转
从三代波箔式气体轴承的发展历程可以看出:研
速、低功耗的特点;同时由于弹性箔片的自适应性,究人员通过优化波箔结构提升了承载力,与此同时
设计合理的气体轴承具有很好的稳定性;此外气体轴轴承端部泄漏流量也得以减小,但目前的研究还不清
承还具有耐高低温等特点,但承载力有限仍然是限楚端泄效应(轴承端部泄漏效应)对箔片轴承承载
制其应用的重要原因。
力的影响。研究端泄效应需要了解箔片轴承的气膜流
为了提升波箔式气体轴承的承载力,研究人员对场。现有的文献主要通过气弹耦合解来模拟气膜压力
轴承内部结构进行了改进。现有的波箔式气体轴承大分布,文献[3-5]通过求解二维 Reynolds方程和
致可划分为三代:在第一代2波箔式气体轴承的基础气膜厚度方程,给出了考虑气体可压缩性和箔片变形
上,第二代波箔式气体轴承通过采用轴向分条、周向时的气膜压力分布及承载力。由于假定将轴承端部气
变节距的波箔结构,减小了轴承端部的泄漏流量,提膜压力设为大气压,得到的端部结果与真实压力情况
升了承载力;第三代波箔式气体轴承在第二代的基础相违背;而在处理箔片变形时,假定平箔只随波箔刚
上,通过采用周向错开、波高和节距周向变化的波箔性运动,没有自身局部变形。文献[6]认为在评估
结构,进一步优化箔片刚度、阻尼沿周向和轴向的分箔片轴承的性能时,需要考虑平箔变形带来的影响
布,减小了轴承端部的气体泄漏,提升了承载力。
文献[7]研究了平箔和波箔厚度对箔片轴承静态特
性的影响,指出平箔太薄会造成承载力的显著下降。
收稿日期
文献[8]研究了考虑平箔变形下的箔片轴承的静态
作者简介:夏新沛(1985-),男,硕士研究生,主要从事气动
热力学、转子动力学方面的研究,E-mail:Xlaxinpel@gmail.com
特性,文献[9}研究了考虑平箔变形下的箔片气体