Новый метод позволяет точно рассчитать производительность газового фольгового упорного подшипника при высоких скоростях вращения
Исследователи из Китая разработали точную вычислительную модель, которая учитывает тепловую деформацию волнистой фольги, что позволяет лучше прогнозировать критические скорости и несущую способность высокоскоростных подшипников
Короткое резюме
Команда исследователей под руководством профессора Ань Ци из Восточно-Китайского университета науки и технологий разработала и представила новый точный метод расчёта для газовых фольговых упорных подшипников. Этот метод преодолевает ограничения традиционных моделей, которые игнорируют тепловую деформацию волнистой фольги, и позволяет более точно рассчитывать критические скорости, несущую способность, температурные поля, тепловые деформации и закономерности рассеивания тепла при высоких скоростях вращения.
В современных высокоскоростных турбомашинах, стремящихся к высокой плотности мощности и безмасляной работе, газовые фольговые подшипники являются ключевыми опорными компонентами. Их работа связана со сложным взаимодействием давления газовой плёнки, структурной деформации и температурного поля. Предыдущие исследования часто упрощали структуру волнистой фольги до модели пружины или игнорировали влияние температуры, что затрудняло точное прогнозирование деформации фольги при нагреве и её влияния на несущую способность подшипника. Новая модель, основанная на теории контактного термического сопротивления и вязкостно-проскальзывающего трения, позволяет совместно рассчитывать механическую деформацию и процесс теплопроводности волнистой фольги, повышая точность и эффективность вычислений.
Исследование выявило, что под действием термических напряжений арочная структура волнистой фольги возле фиксированного конца подвергается значительному осевому короблению. Это приводит к резкому уменьшению толщины газовой плёнки в этой области, образованию зоны локального высокого давления и, как следствие, снижению критической скорости вращения и несущей способности подшипника. Для подавления тепловой деформации команда предложила два метода: введение охлаждающего потока газа и оптимизация радиальных размеров полос волнистой фольги. Эти результаты могут повысить надёжность подшипников в практических применениях.
Прорыв в моделировании
Разработан новый метод расчёта, преодолевающий ключевое ограничение традиционных моделей — игнорирование тепловой деформации волнистой фольги
Механизм снижения производительности
Обнаружено, что тепловая деформация вызывает осевое коробление арок фольги, что сужает газовую плёнку, создаёт локальные зоны высокого давления и ухудшает рабочие характеристики подшипника
Два метода оптимизации
Для борьбы с тепловой деформацией предложены внедрение охлаждающего газового потока и оптимизация радиальной геометрии полос волнистой фольги
Верификация модели
Новая модель, сочетающая расчёт механической деформации и теплопроводности, была проверена экспериментально, подтвердив свою надёжность и эффективность
Текст сгенерирован с использованием ИИ
