氢气循环泵人字槽气体润滑轴承设计与分析

摘要

为提升氢气在燃料电池系统中的利用效率，设计了一种新型叶片式氢气循环泵，并重点研究其关键部件——人字槽气体润滑轴承的静动态性能.通过构建气体润滑Reynolds方程，采用有限差分法与牛顿迭代法，对矩形槽底人字槽轴承的气膜压力分布进行了系统分析，研究了槽深比、槽长比和螺旋角对承载力的影响规律.进一步引入小扰动法，研究了转速与半径间隙等关键参数对轴承刚度与阻尼的影响规律.研究结果表明，槽深比、槽长比的增大会降低承载力，螺旋角在50°～60°范围内可获得最优承载力.动态特性分析显示，刚度系数随转速增大而增大，阻尼系数则随转速增大而减小，所有刚度系数和阻尼系数都随着半径间隙的增大而减小.为验证模型的有效性，搭建了氢气循环泵实验台，发现50 000 r/min以上转速会导致系统出现非线性振动与不稳定行为.研究成果可为高效、稳定的氢气循环泵设计提供理论依据与工程参考.

关键词

氢气循环泵 / 人字槽气体润滑轴承 / 静动态特性 / 转子系统稳定性