无油润滑高速离心泵的变转速性能研究

转速调节是调整泵工况的重要手段,为了揭示变转速对高速离心泵的水力性能影响,本文以一台采用无油动压液体轴承支撑的高速离心泵为研究对象,采用试验方法与数值模拟,进行了不同转速下相似工况下的水力性能研究。论文通过所搭建闭式实验台上的水力测试得到了不同转速下的水力性能曲线,验证了该泵在变转速下良好的水力性能,最高效率可达35.52%。并结合ANSYS CFX软件对该泵水力部件进行了数值模拟研究,与试验结果的对比表明数值模拟能够有效对该泵的水力部件性能进行预测。论文还对该泵水力部件以设计工况为基准的不同转速下的比例相似工况进行了研究。     

氦透平膨胀机相似模化方法分析与实验验证

由于氦透平膨胀机在设计工况下进行低温性能测试的实验平台和配套设施很难满足要求，且低温工况较难达到，因此通常用膨胀机在空气中的实验来检验其性能，并通过相似模化方法得到膨胀机低温下的性能。通过分析工质在透平膨胀机中的流动及能量转化过程，发现特性比U₁/C_S、膨胀比P₁/P₂、马赫数Ma、雷诺数Re是影响膨胀机性能的关键参数。结合相似理论，以透平膨胀机变工况性能预测程序计算结果为依据，筛选出了以U₁/C_S为第一相似准则，以Ma、k^-1·Ma^-2、Ma·k^-1、k·Ma²作为第二相似准则的四组相似准则数。以流体动力学计算结果为依据，从四组相似准则中选择出了模化误差最小的相似准则，即U₁/C_S与Ma·k^-1组合。结果表明：相似模化前后氦气与空气透平膨胀机间等熵效率的最大误差在±1.4%以内，且在内部流场预测(马赫数...     

箔片动压轴承的研制及在机载环控涡轮的应用

针对某型吊舱环控涡轮油润滑轴承存在的油污染、可靠性低等问题,基于吊舱涡轮的实际使用条件研制一种机载涡轮动压箔片轴承,并进行箔片动压轴承机载环控涡轮的性能试验、功能振动试验、高低温贮存试验、启停可靠性等试验验证。试验结果表明:采用动压气体箔片轴承的高速环控涡轮制冷性能、起浮压力、起浮转速均满足使用要求,功能振动试验、-55和70℃高低温启动试验优于指标要求,百次启停和超速运转后涂层无脱落,启停次数可达10 000次以上。     

热真空低温环境实验台研制

为满足低温实验的环境要求,建设了液氮温度级别(80 K)的热真空冷阱低温环境实验台,可进行低温实验中压力与压差、温度与温差、流量与热负荷的测量.该实验台采用附加液氮冷阱的真空多层绝热结构,冷阱温度最低可达80 K,无负载时冷箱真空度可达0.000 03 Pa;在采用外循环工质时,测试压力范围为0-1 MPa、压差范围为...     

非均匀供气静压气体径向轴承的静特性分析

非均匀供气可以实现静压气体轴承的刚度调节,增强轴承的承载能力。为了探究非均匀供气条件对静压气体轴承内压力分布和静态特性的影响,以双排供气径向气体轴承为研究对象,采用数值计算对不同供气方式（变压供气孔位置、区域范围）和供气压力下轴承的静态特性进行了研究。数值计算结果表明：变压供气孔的位置对轴承的静特性有较大影响;当在主要承载区内增大供气压力时,可显著增强轴承的动静压效应;增加压力可变的区域范围有助于提升轴承承载力,但耗气量也相应有所增加;增加承载侧供气压力和减小非承载侧供气压力都可以有效提升轴承承载力,后者还可以减小气体总流量;承载侧与非承载侧的供气压差越大,越有利于轴承承载力的提升。     

转子型式对高速透平膨胀机临界转速的影响

基于低温透平膨胀机临界转速的计算,对转子系统结构型式对高速透平膨胀机临界转速的影响进行了分析.用有限元QZ(FEQZ)法求解广义复特征值矩阵,对具有各项异性支承并且支承气膜阻尼不能忽略的高速透平转子临界转速特性进行了研究,并利用求得的复特征向量矩阵推导出了转子分段轴心瞬态振动轨迹方程.讨论了稳态情况下适用于同一透平膨胀机转子4种常用结构振动特性的优缺点.结果表明止推盘双置转子结构在该透平膨胀机设计工况具有较大的转速安全范围和较好的稳定性,此结论与工程应用吻合较好.     

采用箔片轴承的高速透平转子动力学分析

为研究采用箔片轴承的转子轴承系统的动力学特性,以高速透平膨胀机的轴承转子系统作为研究对象,建立有限元转子动力学模型,得到转子系统对应的临界转速大小,并计算轴承支撑刚度对转子系统临界转速的影响,揭示高速透平膨胀机转子涡动频率随转速的变化规律,获得轴承刚度、阻尼特性对轴承稳定性的影响。同时,为了更加准确地描述转子的运动状态,对转子系统进行时域分析,得到转子轴心轨迹和相应的频谱分析,并将时域分析结果与实验测试结果相对比,发现两者吻合良好。数值计算结果表明:箔片轴承的良好的刚度、阻尼特性使高速透平转子系统具有较宽的工作转速和更好的稳定性;对于转子系统的时域分析可以更加直观准确地描述转子的运动状态。     

Calculation of the Critical Speed and Stability Analysis of Cryogenic Turboexpanders with Different Structures

A modularized code based on the Finite Element QZ (FEQZ) method is developed,for a better estimate of the critical speed and a more convenient method of rotor-dynamic stability analysis for a gas bearing high speed turboexpander rotor system with actual structure and appli-cation of a cryogenic turboexpander.This code is then validated by the experimental data of a gas bearing turboexpander,with a rotor diameter of 25 mm and a rated speed of 106,400 rpm.With this code,four rotors with different structures,available to the turboexpander,are parametrically analyzed by the available speed range,vibration modes and logarithmic attenuation rate.The results suggest that the rotor with a structure of two thrust collars on the system exhibits a better performance in the designed conditions.     

空间闭式布雷顿太阳能热动力系统(火用)分析

建立了闭式布雷顿太阳能热动力(SDCBC)系统及各个主要部件的(火用)分析模型,对SDCBC系统及其主要部件进行了(火用)分析,讨论了系统的部分丰要参数对整个系统删效率的影响.结果表明,能昔转换单元中膨胀机、压缩机的效率、回热换热器的回热度对系统炯效率影响最为明显,因此在选择能量转换单元时不仅需要尽可能地提高转换效率,还要考虑各个部分互相匹配的问题.此外,在综合考虑阻力损失和重量的情况下要尽可能选择更加高效的回热换热器.     

箔片动压气体轴承在低温透平膨胀机中的应用

箔片动压气体轴承(CFB)采用弹性支承和顶层平箔组成的弹性箔片结构,具有极端环境下良好的抗转子不对中和高速下的抗涡动性能,对于实现低温透平膨胀机高效稳定运行具有重要意义。回顾了国内箔片动压气体径向轴承在低温透平膨胀机中的应用,阐述了分段弹性支承、粘弹性支承、波箔箔片、鼓泡箔片等几种典型箔片轴承在高速透平膨胀机上的研究进展及其支承特性。进一步分析对比了上述轴承对高速低温透平膨胀机转子动力学和气动特性的影响规律,结果显示CFB具有优异的静动态特性,能够实现高速低温透平膨胀机的稳定运转,与此同时保证了低温透平高速转子较小的同步涡动和稳定的轴心位置,在高速透平机械的应用领域具有重要价值。