宇航级气体轴承斯特林制冷机研发 被引量：2

1

作者 张银 王波 +11 位作者 倪竹青 罗高乔 姚晓蕾 吴维薇 刘婷 侯光泽 刘昊 杨玉玲 张永清 田兴华 王珂 王帅 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期50-60,共11页

通过Sage建立-80℃温区气体轴承斯特林制冷机热力学模型,成功开发了宇航级气体轴承斯特林制冷机并进行试验测试。环境温度23℃,供液温度30.5℃时(流量70 L/h),方波驱动输入功率为279.6 W,制冷量为68.5 W@-87℃;正弦波驱动输入功率179.5... 通过Sage建立-80℃温区气体轴承斯特林制冷机热力学模型,成功开发了宇航级气体轴承斯特林制冷机并进行试验测试。环境温度23℃,供液温度30.5℃时(流量70 L/h),方波驱动输入功率为279.6 W,制冷量为68.5 W@-87℃;正弦波驱动输入功率179.5 W,制冷量为43.96 W@-87℃;正弦波驱动输入功率99.1 W,制冷量为22.5 W@-87℃。制冷机组件最大稳态噪声为45.4 dBA,满足舱内稳态噪声不超过50 dBA的要求。通过了宇航级力学和热环境适应性并开展了可靠性及寿命试验,采用线性外推法计算得出寿命在172800 h以上,满足空间站的可靠性及寿命(6.67年)的要求。2022年7月24日随问天实验舱成功发射进入空间站,实现了中国气体轴承制冷机首次在轨验证,填补空白。目前制冷机正常开机运行,已在轨累计运行2730 h,已经冷冻了包括植物样品、细胞样品及相变单元等15批样品,样品随神舟14号飞船下行。 展开更多

关键词 -80℃温区 宇航级 气体轴承斯特林制冷机 空间站 填补空白

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气体轴承斯特林制冷机双级被动减振系统研究 被引量：3

2

作者 周吉 韩彦伟 +3 位作者 张子建 王波 张银 刘志敏 《航天返回与遥感》 CSCD 2020年第4期74-82,共9页

气体轴承斯特林制冷机具有质量小、效率高、寿命长的特点,在空间低温冰箱、锗探测器冷却方面有广泛应用。为了减弱制冷机微振动对空间载荷工作的影响,设计了8个斜弹簧支撑下的气体轴承斯特林制冷机的双级被动减振结构,并基于该结构建立... 气体轴承斯特林制冷机具有质量小、效率高、寿命长的特点,在空间低温冰箱、锗探测器冷却方面有广泛应用。为了减弱制冷机微振动对空间载荷工作的影响,设计了8个斜弹簧支撑下的气体轴承斯特林制冷机的双级被动减振结构,并基于该结构建立了三自由度非线性动力学模型,进行了数值仿真分析,测试结果验证了仿真方法的正确性。基于该模型讨论了不同减振器阻尼、不同弹簧刚度、不同重力加速度及不同外在激励作用对系统减振的影响,研究结果表明:振幅响应随着减振器阻尼(或斜弹簧刚度)增大而减小;重力影响主要体现在施加方向,对其他方向影响不大;制冷机电磁激励增大时,振动幅值也相应增大,且峰值有向高频方向移动的趋势。文中研究结果可为气体轴承制冷系统的设计与优化提供有效的参考。 展开更多

关键词 气体轴承制冷机 斜支撑弹簧 几何非线性 非线性隔振

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自由活塞斯特林制冷机中静压气体轴承的探讨 被引量：9

3

作者 王建中 陈曦 张华 《流体机械》 CSCD 北大核心 2011年第11期62-66,49,共6页

现代长寿命特林制冷机几乎都采用间隙密封、直线电机驱动和柔性板弹簧支撑技术,特别是还采用静压气体轴承以弥补柔性板弹簧刚度不足的缺点,消除摩擦,提高其寿命。本文分析了长寿命自由活塞斯特林制冷机中静压气体轴承的结构和性能影响... 现代长寿命特林制冷机几乎都采用间隙密封、直线电机驱动和柔性板弹簧支撑技术,特别是还采用静压气体轴承以弥补柔性板弹簧刚度不足的缺点,消除摩擦,提高其寿命。本文分析了长寿命自由活塞斯特林制冷机中静压气体轴承的结构和性能影响因素以及其对制冷机性能的影响,为以后的研究提供帮助。最后,提出了以后的研究方向和重点。 展开更多

关键词 静压气体轴承 刚度 长寿命 斯特林制冷机

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空间自由活塞斯特林发电机气体轴承研究

4

作者 杨明卓 牟健 +1 位作者 林明嫱 洪国同 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第3期500-505,共6页

自由活塞斯特林发电机具有可靠性高,使用寿命长,可适应多种形式的热源等优点,在深空探测和探月工程领域具有广泛的应用前景。气体轴承技术作为发电机的关键技术之一,可使活塞实现无接触的支撑,并做高频往复运动,从而提高发电机的可靠性... 自由活塞斯特林发电机具有可靠性高,使用寿命长,可适应多种形式的热源等优点,在深空探测和探月工程领域具有广泛的应用前景。气体轴承技术作为发电机的关键技术之一,可使活塞实现无接触的支撑,并做高频往复运动,从而提高发电机的可靠性。为了研究发电机在实际运行过程中气体轴承的特性,建立了气体轴承耦合间隙密封的三维计算模型,通过CFD数值模拟对流场进行了求解,分析了在交变流动下气体轴承承载力以及耗气量的变化规律,发现随着压缩腔的压力变化,气体轴承提供的承载力呈周期性变化趋势,承载力与供气压力及偏心率呈正相关关系。增大气体轴承节流孔孔径,可使承载力变大,但一个周期下的耗气量将增多。对于所研究的千瓦级发电机,动力活塞采用直径为0.1 mm的节流孔,在交变流动下,气体轴承最小可以产生1200 N/mm的径向支撑刚度,符合设计需求。 展开更多

关键词 自由活塞斯特林发电机 气体轴承 承载特性 CFD模拟

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单侧式斯特林制冷机柱簧减振器研究 被引量：4

5

作者 寇翠翠 王波 +4 位作者 张银 罗高乔 朱严 徐德军 何世安 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期74-79,共6页

为了解决单侧式斯特林制冷机在运行时振动较大的问题,在研究的被动减振器的基础上,提出一种结构的柱簧减振器,并对该柱簧减振器进行设计和试验研究。通过对设计出的柱簧减振器进行试验验证和优化,柱簧减振器减振效果较板簧减振器有明显... 为了解决单侧式斯特林制冷机在运行时振动较大的问题,在研究的被动减振器的基础上,提出一种结构的柱簧减振器,并对该柱簧减振器进行设计和试验研究。通过对设计出的柱簧减振器进行试验验证和优化,柱簧减振器减振效果较板簧减振器有明显的提升;同时,在制冷机输入功率240 W左右时,将制冷机冷指时域加速度由板簧减振器的2.2 g优化至0.85 g,制冷机冷指最大频域加速度优化至0.275 g,大幅降低了制冷机的振动,有效拓宽了制冷机的应用范围。 展开更多

关键词 气体轴承斯特林制冷机 柱簧减振器 板簧减振器

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斯特林制冷机性能改进的实验研究 被引量：1

6

作者 王晓新 边绍雄 +1 位作者 郭有仪 郭方 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第5期29-33,共5页

对斯特林制冷机用于制冷温区进行了探讨，提出一种复合型的低温制冷机型式─—脉管型斯特林制冷机，并从理论上分析了其制冷机理和性能，同时展开了实验研究，与单一的斯特林制冷机进行了性能对比，得出了有益的结果，脉管型斯特林制冷... 对斯特林制冷机用于制冷温区进行了探讨，提出一种复合型的低温制冷机型式─—脉管型斯特林制冷机，并从理论上分析了其制冷机理和性能，同时展开了实验研究，与单一的斯特林制冷机进行了性能对比，得出了有益的结果，脉管型斯特林制冷机用于２４５Ｋ以上温区较单一的斯特林制冷机具有优势。 展开更多

关键词 气体循环制冷 制冷机 实验 斯特林制冷机

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牛津型斯特林制冷机的动力特性分析 被引量：1

7

作者 郑朴 陈曦 黄小兰 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期52-56,共5页

为了提高牛津型斯特林制冷机的制冷效率,提出了一种应用数值软件进行动力特性研究的方法。总结分析了压缩机、膨胀机的板弹簧刚度和活塞质量,充气压力,膨胀机位移相位角,膨胀机活塞行程以及制冷温度对制冷机动力特性的影响规律。优化了... 为了提高牛津型斯特林制冷机的制冷效率,提出了一种应用数值软件进行动力特性研究的方法。总结分析了压缩机、膨胀机的板弹簧刚度和活塞质量,充气压力,膨胀机位移相位角,膨胀机活塞行程以及制冷温度对制冷机动力特性的影响规律。优化了制冷机的动力系统,实验验证了该方法的可行性。研究结果表明,优化后制冷机的压缩机电机效率和整机效率均有所提高。 展开更多

关键词 牛津型斯特林制冷机动力特性 共振频率 气体弹簧刚度

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15W@80K全气体轴承室温活塞脉管制冷机研发

8

作者 张银 倪竹青 +3 位作者 罗高乔 王波 刘婷 方露露 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期47-56,共10页

为了满足超大规格线列、面阵红外探测器及红外光学系统对大冷量、长寿命、低振动、紧凑化、高效率及轻型低温制冷机的需求,开展了15 W@80 K全气体轴承室温活塞脉管制冷机研发,采用Sage热力学软件进行了仿真分析,设计了首款基于全气体轴... 为了满足超大规格线列、面阵红外探测器及红外光学系统对大冷量、长寿命、低振动、紧凑化、高效率及轻型低温制冷机的需求,开展了15 W@80 K全气体轴承室温活塞脉管制冷机研发,采用Sage热力学软件进行了仿真分析,设计了首款基于全气体轴承支撑和室温活塞功回收技术的斯特林脉管制冷机,成功完成了工程样机研制并进行了性能测试。测试结果表明,散热流体温度20℃,制冷温度为80 K,制冷机在交流输入功率为320 W时,制冷量达到22 W,制冷效率达到6.875%;输入电功为397.9 W时,制冷量达到26.16 W,制冷效率为6.56%,冷量质量比(制冷量/质量)为3.1W/kg。散热流体温度20℃,制冷温度为60 K,制冷机在交流输入功率为360 W时,制冷量达到14 W,制冷效率为3.91%;制冷机在交流输入功率为400 W时,制冷量达到15.46 W,制冷效率为3.86%。验证了室温活塞调相技术的先进性,样机性能参数满足项目技术指标要求。 展开更多

关键词 15W@80K 全气体轴承支撑 室温活塞功回收 脉管制冷机 冷量质量比

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整体式斯特林制冷机机械噪声分析与控制对策 被引量：3

9

作者 刘湘德 饶启超 +3 位作者 刘京生 耿利红 卢旭辰 迟国春 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期895-899,共5页

应用于军事侦查领域的红外焦平面探测器制冷组件要求低机械噪声。为降低整体式斯特林制冷机的机械噪声,需要针对噪声产生的原因进行分析。在定位压缩弹簧设计不合理和轴承装配工艺不当导致制冷机机械噪声偏大后,通过优化设计和装配工艺... 应用于军事侦查领域的红外焦平面探测器制冷组件要求低机械噪声。为降低整体式斯特林制冷机的机械噪声,需要针对噪声产生的原因进行分析。在定位压缩弹簧设计不合理和轴承装配工艺不当导致制冷机机械噪声偏大后,通过优化设计和装配工艺,减少了制冷机在实际应用中的不利影响,制冷机机械噪声这一性能指标满足了用户的应用需求。 展开更多

关键词 整体式斯特林制冷机 机械噪声 压缩弹簧 轴承 优化设计 装配工艺

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2 W@40 K单级斯特林制冷机性能优化试验研究 被引量：1

10

作者 寇翠翠 姜昆 +3 位作者 方露露 罗高乔 王波 吴维薇 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期26-30,共5页

为了解决未来空间高精度成像任务中迫切需要更加高效、功耗低、寿命长、振动低、重量轻及体积小的制冷机的问题,提出一款2 W@40 K单级斯特林制冷机,并对该机型进行理论设计和试验研究。通过优化气浮轴承单级斯特林制冷机充气压力、网片... 为了解决未来空间高精度成像任务中迫切需要更加高效、功耗低、寿命长、振动低、重量轻及体积小的制冷机的问题,提出一款2 W@40 K单级斯特林制冷机,并对该机型进行理论设计和试验研究。通过优化气浮轴承单级斯特林制冷机充气压力、网片填充孔隙率和回热器长度等关键参数,实现了单级斯特林制冷机在充气压力为2.2 MPa、网片填充孔隙率为0.875、回热器长度为62 mm时达到最佳性能,性能为2.15 W@40 K,输入功率179.6 W,制冷系数COP为1.2%。 展开更多

关键词 气浮轴承单级斯特林制冷机 2 W@40 K COP

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低温透平制冷机的静压气体润滑轴承研究 被引量：7

11

作者 陈汝刚 侯予 +1 位作者 袁秀玲 陈纯正 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期792-796,共5页

对西安交通大学在研发低温装置的关键产冷机械——透平膨胀机的静压气体轴承时所取得的经验,进行了简要的回顾及总结.特别是对所研制的几种型式小孔供气静压气体轴承(双排径向、双排切向、多排切向等)进行了讨论,得出了小孔供气轴承间... 对西安交通大学在研发低温装置的关键产冷机械——透平膨胀机的静压气体轴承时所取得的经验,进行了简要的回顾及总结.特别是对所研制的几种型式小孔供气静压气体轴承(双排径向、双排切向、多排切向等)进行了讨论,得出了小孔供气轴承间隙与失稳转速之间的关系以及最佳轴承间隙规律.研究发现:由普通的径向小孔供气轴承改为切向小孔供气轴承后,最佳轴承间隙增大75%,相应地失稳转速可提高30%. 展开更多

关键词 气体润滑 静压气体轴承 透平膨胀机 制冷机 多排切向

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气体轴承透平膨胀制冷机的低频振动特性 被引量：5

12

作者 赵晨 杨金福 +2 位作者 韩东江 齐伟军 陈昌婷 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第S2期181-186,共6页

针对气体轴承结构的某航空用空气透平膨胀机出现的低频振动现象,进行了不同轴承供气压力与升速率下的转子低频振动特性试验研究。通过分析不同参数下转子的气膜涡动和气膜振荡特性,证实了低频振动对转子运动行为及失稳的影响,在合适的... 针对气体轴承结构的某航空用空气透平膨胀机出现的低频振动现象,进行了不同轴承供气压力与升速率下的转子低频振动特性试验研究。通过分析不同参数下转子的气膜涡动和气膜振荡特性,证实了低频振动对转子运动行为及失稳的影响,在合适的供气压力和升速率下低频振动可以得到有效的抑制和消除。揭示了转子低频振动与系统机械效率之间的关系,并提出了一种计算低频振动耗能的方法。 展开更多

关键词 气体轴承 透平膨胀制冷机 低频振动

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30 W小型气体轴承斯特林发电机设计与实验 被引量：4

13

作者 王波 孔中科 +4 位作者 杨玉玲 侯光泽 刘昊 朱魁章 郭良珠 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期47-51,共5页

为满足未来中国空间探测对高效率、小型电源的需求,对小型线性整体式气体轴承斯特林发电机进行了设计和实验研究,发电机采用气体轴承支承活塞、采用动磁式直线电机和高效回热器等技术,使其具有效率高、寿命长、体积小和重量轻的优点。... 为满足未来中国空间探测对高效率、小型电源的需求,对小型线性整体式气体轴承斯特林发电机进行了设计和实验研究,发电机采用气体轴承支承活塞、采用动磁式直线电机和高效回热器等技术,使其具有效率高、寿命长、体积小和重量轻的优点。实验样机验证了仿真设计的准确性,实验样机质量仅1.3 kg,在热端温度625℃、20℃水冷散热时,得到33.27 W的电功率,净效率为18.22%。 展开更多

关键词 斯特林发电机 气体轴承 高效率 高比功率

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基于定子隔离技术的旋转集成式斯特林制冷机的优化研究

14

作者 刘湘德 徐长彬 +1 位作者 辛光磊 迟国春 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1360-1364,共5页

以一款制冷量为0.4 W/77 K的小型化旋转集成式斯特林制冷机为研究对象,优化其结构,将定子隔离技术应用于该款制冷机中。优化后的制冷机避免了定子外壳玻璃-金属封接处气体泄漏的风险,同时也降低了制冷工质气体污染导致制冷机失效的可能... 以一款制冷量为0.4 W/77 K的小型化旋转集成式斯特林制冷机为研究对象,优化其结构,将定子隔离技术应用于该款制冷机中。优化后的制冷机避免了定子外壳玻璃-金属封接处气体泄漏的风险,同时也降低了制冷工质气体污染导致制冷机失效的可能性。通过制冷机与探测器联试数据,表明该样机性能可满足红外探测器组件应用需求,达到了预期优化研究目的。 展开更多

关键词 斯特林制冷机 定子隔离技术 玻璃-金属封接 气体污染失效 气体泄漏

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斯特林发电机中气体轴承设计与实验研究 被引量：2

15

作者 刘贤贤 陈燕燕 +2 位作者 张丽敏 胡剑英 罗二仓 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期1084-1094,共11页

提出一种适用于大功率斯特林发电系统中动力活塞的稳定气体轴承支撑方案,所提方案采用独立气泵、间隙密封与气体轴承耦合的供排气气路、间隙密封隔绝两侧腔体压力。采用计算流体动力学数值模拟分析不同节流孔直径、不同气膜厚度对气体... 提出一种适用于大功率斯特林发电系统中动力活塞的稳定气体轴承支撑方案,所提方案采用独立气泵、间隙密封与气体轴承耦合的供排气气路、间隙密封隔绝两侧腔体压力。采用计算流体动力学数值模拟分析不同节流孔直径、不同气膜厚度对气体轴承耗气量和承载力的影响,并验证间隙密封耦合气体轴承的新型气路的可行性。通过节流器、气膜厚度、活塞摩擦力等实验测试分析,以及对气体轴承中结构参数的高精度测量,结合激光测距仪与推拉力测试,实现对动力活塞气体轴承性能的高精度、完整评测。最后,建立一套完整的气体轴承设计、测试与分析平台,实现气体轴承活塞支撑的完全可控设计。 展开更多

关键词 自由活塞斯特林发电机 气体轴承 计算流体动力学仿真 实验研究

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百瓦级小型气体轴承斯特林发电机研究 被引量：2

16

作者 王波 孔中科 +3 位作者 朱严 翟文英 杨玉玲 蔡斌 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期43-48,62,共7页

为了给未来深空探测同位素电源提供高效、高比功率的热电转换方式,对100 W小型线性整体式气体轴承斯特林发电机进行了设计和实验研究。通过Sage整机热力学设计、Maxwell直线电机动力学分析、气体轴承CFD模拟,设计了输出电功率为100 W的... 为了给未来深空探测同位素电源提供高效、高比功率的热电转换方式,对100 W小型线性整体式气体轴承斯特林发电机进行了设计和实验研究。通过Sage整机热力学设计、Maxwell直线电机动力学分析、气体轴承CFD模拟,设计了输出电功率为100 W的气体轴承斯特林发电机。搭建样机并进行了测试,在充气压力2.36 MPa、热端温度625℃、水冷散热20℃时可获得最大电功输出102.9 W,净效率为25.8%。发电机的重量仅为3.5 kg,比功率达到29.4 W/kg。实验中发电机运行平稳,所支承的活塞长时间运行后无磨损迹象,验证了该气体轴承方案的可行性。 展开更多

关键词 深空探测 气体轴承 线性电机 斯特林发电机 比功率

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航空高速涡轮制冷机用气体轴承的研制

17

作者 金文荣 《固体润滑》 CSCD 北大核心 1990年第1期38-47,共10页

本文介绍了高参数航空涡轮制冷机用高速气体轴承研制中的部分工作。在论述工作环境条件苛刻的这类制冷机中用气体轴承替代滚动轴承的必要性、可行性和特殊性的基础上,叙述了研制这类气体轴承时在设计、选材、加工和调试等方面完成的多... 本文介绍了高参数航空涡轮制冷机用高速气体轴承研制中的部分工作。在论述工作环境条件苛刻的这类制冷机中用气体轴承替代滚动轴承的必要性、可行性和特殊性的基础上,叙述了研制这类气体轴承时在设计、选材、加工和调试等方面完成的多项特殊试验以及气体轴承改装产品的航空环境适应性试验和应用概况。 展开更多

关键词 涡轮制冷机 气体轴承 航空 制冷机

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回冷式逆布雷顿空气制冷机的试验分析 被引量：8

18

作者 赵红利 侯予 +1 位作者 习兰 刘秀芳 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期113-116,共4页

为对透平机械中的流动及传热问题进行研究,建立可靠的设计方法与修正模型,并为多目标非线性优化、人工神经网络和遗传算法等理论分析提供可靠、系统、详实的试验数据,对小型逆布雷顿循环空气制冷机系统及其关键部件-气体轴承透平膨胀机... 为对透平机械中的流动及传热问题进行研究,建立可靠的设计方法与修正模型,并为多目标非线性优化、人工神经网络和遗传算法等理论分析提供可靠、系统、详实的试验数据,对小型逆布雷顿循环空气制冷机系统及其关键部件-气体轴承透平膨胀机和高效紧凑换热器进行了热力性能试验,分析了各运行参数及几何结构的影响,考核了新型弹性支承动压气体轴承的机械性能,并进行了24.6×104r/min超速试验.试验结果表明:该空气制冷机膨胀机可在22×104r/min转速下长期稳定工作,出口温度和系统温降可达-101℃和122℃,效率达到60%,各部件运行参数匹配良好. 展开更多

关键词 空气制冷机 气体轴承透平膨胀机 高效紧凑换热器 试验分析

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空气制冷机中小流量透平膨胀机的试验研究 被引量：3

19

作者 姚海 吴荣仁 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 1998年第5期40-44,共5页

研制开发了一个小型透平—逆Ｂｒａｙｔｏｎ循环空气制冷机系统。简要介绍了制冷机系统的研制意义及组成，对研制的小型空气制冷机系统进行了试验研究，着重研究了高速气体轴承低温透平膨胀机的热力性能及机械性能。试验结果表明，在设... 研制开发了一个小型透平—逆Ｂｒａｙｔｏｎ循环空气制冷机系统。简要介绍了制冷机系统的研制意义及组成，对研制的小型空气制冷机系统进行了试验研究，着重研究了高速气体轴承低温透平膨胀机的热力性能及机械性能。试验结果表明，在设计工况下研制的低温透平膨胀机具有较高的效率，且能稳定工作于设计转速。此外降温试验表明，研制的小型空气制冷机能达到设计要求的制冷温度－７０℃。 展开更多

关键词 空气制冷机 低温透平膨胀机 气体轴承 试验

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气体轴承在高速透平机械中的应用 被引量：17

20

作者 陈汝刚 侯予 +1 位作者 袁秀玲 陈纯正 《流体机械》 CSCD 北大核心 2007年第4期28-32,15,共6页

气体轴承具有速度高、精度高、功耗低、寿命长、低振动、无污染等优点,气体润滑技术在高速透平机械中具有广泛的开发和应用前景。全面回顾了我国在低温透平膨胀机领域开发应用气体轴承的历史与发展概况,以及国外在制冷机、风机等通用高... 气体轴承具有速度高、精度高、功耗低、寿命长、低振动、无污染等优点,气体润滑技术在高速透平机械中具有广泛的开发和应用前景。全面回顾了我国在低温透平膨胀机领域开发应用气体轴承的历史与发展概况,以及国外在制冷机、风机等通用高速透平机械中动压气体轴承成功应用的实例。 展开更多

关键词 气体轴承 透平膨胀机 制冷机 压缩机

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