气体箔片轴承支承柔性转子非线性系统动力学研究

In the area of national defense, petroleum, power, aerospace, the rotating machinery plays an important role and demands more technologies to become more compact and efficiently. Because of the advantages of high rotational speed, high or low temperature tolerance, low maintenance cost, and environmental green, gas foil bearings are the only choice to high-energy-consuming facilities. Due to its elastic foil structure and hydrodynamic gas film, gas foil bearings also bring new problem in the rotordynamic design of flexible rotors. The purpose of this project is to develop theoretical tools derived from finite elements methods and the testing system based on joint-time-frequency methods to help the design of flexible rotors supported on gas foil bearings. The positive results of this project can provide guidance for the rotating system such as micro-gas-turbine, blower, fuel cell compressor. It does not only produce corresponding economic and environmental value, but also the basis for the pre-research of military products such as UAV jet engine.

旋转机械在国防、石化、电力和航空航天等国家核心工业领域具有重要地位，对小型化高效轴承-转子系统需求越来越大。箔片轴承因气体动压润滑具有转速高、高低温均适、免维护成本低、无油环保等优点，故很多高耗能动力设备转向使用气体箔片轴承改造升级。气体箔片轴承特殊的弹性支承结构、动压润机制和其支承柔性转子复杂的动力学行为给该类型旋转机械设计带来许多新难题。本项目旨在通过基于有限元的非线性动力学分析方法和基于联合时频分析的旋转机械振动诊断方法，从理论和实验两个角度，开发气体箔片轴承支承柔性转子系统动力学理论分析工具与对应信号分析的软/硬件系统。本项目的顺利展开可为如微型燃气轮机、曝气鼓风机、燃料电池压缩机等透平设备的技术升级提供指导，并产生相应相应经济和环保价值，同时相关成果是微型无人机喷气发动机等相关军事产品预研基础。

气体箔片轴承支承的转子系统具有耐高温、高转速、高效率、清洁无污染、长寿命、使用成本低等优秀特性。但气体箔片轴承的非线性几何和结构参数导致气体箔片轴承提供给转子系统的是一种非线性支承力。同时，转子系统受到陀螺效应、静载荷和不平衡载荷作用。这导致了气体箔片轴承支承转子系统具有复杂的非线性振动特性，这限制了气体箔片轴承在各技术应用领域的推广。.本项目通过建立了较为全面的箔片式气体轴承的理论设计、制造工艺、测试技术、轴系设计与样机调试等工作流程，在这个过程中开发了多种设计工具软件，有效的降低了箔片轴承在新产品核心机预研过程的应用门槛，在格力、美的和华涧动力等公司的新品开发中起到了重要作用。但项目负责人也认识到还有微型燃气轮机微型超临界二氧化碳发电核心机等柔性转子产品还需要持续投入，是未来高效利用天然气和太阳能最前沿的方向。