New Way Air Bearings® 始终致力于尽我们所能测试我们的气浮轴承产品。而且，我们很乐意支持我们的行业合作伙伴，因为他们研究和评估我们的产品在新行业和应用中的适用性。
本技术报告涵盖 由 Luis San Andres、Sung Hwa Jeung 和 Drew Devitt 撰写并提交给摩擦学家和润滑工程师协会 (STLE) 2015 年会议的论文
Experimental Assessment of Drag and Rotordynamic Response For a Porous Type Gas Bearing 。本文将气浮轴承作为支持轻型旋转设备的理想解决方案，同时消除了繁琐的润滑设备。
正如我们在技术报告 6中所讨论的，并由本文作者进一步证实，用于旋转应用的气浮轴承的主要优点在于可用于基于气浮轴承的支撑的高刚度和阻尼系数，并且能够精确控制转子由动力引起的位移。
该测试的重点是了解气浮轴承在高速转子系统中的物理实现，并帮助建立有关旋转设备使用非接触式支撑的知识库。为了进行这项测试，两个相同的气浮轴承支撑着一个刚性转子电机，由一个刚性电枢固定。
两个带有柔性止推销的端盖控制转子的轴向位移。并且，转子通过三相电机以 55 krpm 的速度旋转。通过使用两对涡流传感器测量转子位移，该传感器正交定位在支撑结构中并面向转子端。这些靴子通过示波器显示，同时高速红外测速仪测量轴速并提供键相信号。该测试设置如下图 1 所示。
图 1：测试台设置
转子本身由三个符合要求的气浮轴承垫支撑，类似于我们的
径向气浮轴承，并安装在球枢轴上，以允许调整和径向预紧。作为所有 New Way 产品的标准配置，气源包含流量阀、气浮过滤器、压力调节器和流量计，以监控和调节进入轴承的气源。下面的图 2 展示了可倾瓦气浮轴承支撑系统。
图 2：气浮轴承支撑配置
使用该实验装置进行的第一个主要测试是确定转子相对于气浮轴承移动的阻力系数。由于气浮轴承是一种非接触式运动源，因此了解其精确的阻力系数对于计算机械和能源效率增益至关重要，这可以通过切换到基于 Porous Media™ 的系统来获得。
高频驱动器为电机提供动力，使其旋转至最大径向速度 55 krpm，或转子表面的 82 m/s。接下来，转换器关闭，转子允许其从最大速度滑行至静止。
转子角速度的控制方程如下所示：
这里，主要兴趣点是将 I P设置为转子极质量惯性矩。我们假设阻力扭矩考虑了来自两个轴承的剪切阻力扭矩以及来自转子风阻损失的扭矩 (T windage )。
对于风阻引起的阻力，我们这样评估：
并且，将风阻损失系数写为：
这里最值得注意的是，我们的阻力系数是旋转雷诺数的函数，在 55 krpm 的旋转速度下，Re=5400，使我们很好地进入湍流状态。
下面的图 3 和图 4 显示了该测试的结果。图 3 是滑行时间与速度的关系图，对于 Psi 的三个不同值，而在图 4 中，我们有速度与峰值幅度的关系，对于不同的压力值也是如此。
图 3：滑行时间与转子速度
图 4：峰峰值幅度与速度
图 3 展示了 y 轴以对数刻度显示的滑行时间，还显示速度分数线性衰减至 0.1 以上。这表明转子速度的降低呈指数变化，并且对于由粘性流体力主导的系统来说是预期的。此外，它揭示了一个简单而有力的事实，即更高的供应压力将使转子旋转更长的时间。
图 4 向我们展示了一个测试，用于评估系统在通过第一个刚体临界速度时的行为。这种响应是由于转子系统固有的不平衡造成的，我们的测试表明，改变供气压力对振幅和系统阻尼比有显着影响。
在 7.9 和 5.1 bar 之间改变气浮供应使我们能够有效地调节系统，将峰值幅度从 50 降低到 25 微米。此外，图 4 下表列出了这些结果，并显示阻尼比显着降低，从 16% 降至 10.6%。此外，随着供气压力从 5.1 bar 增加到 7.9 bar，这也影响了系统的无阻尼固有频率，使其从 170 Hz 降至 151 Hz。这是非常重要的，因为之前在静压气体轴承领域的工作表明固有频率是积极的，而不是负相关，与轴承刚度和供应压力相关。
下面的图 5 显示了在加速到 55 krpm 和从减速到 55 krpm 期间转子运动幅度的瀑布图和级联图。
图 5：上升和下降过程中幅度的瀑布图和级联图
瀑布图是一种三维图的风格。对于顶部的瀑布图，x 轴是频率，y 轴是时间，z 轴是位移幅度。对于级联图，x 仍然是频率，y 是转子速度，z 是位移幅度。瀑布图和级联图上的圆圈区域包围了一个次同步旋转运动区域，该区域随速度和幅度而变化，但仅限于第一自然频率。
正如从图 3 和图 4 中获得的结果一样，这些图表明涡流频率比随着供应压力的降低而降低。因此，随着供应压力下降，次同步涡动运动发生在较低的轴速度和较高的振幅
该测试证明了气浮轴承在用于支撑旋转轴时的几个基本关系和特性。测量结果表明，气浮轴承形成了一个性能良好的系统，大部分同步运动，在粘性阻力下运行；表明已建立的薄膜层与轴承加压相关。此外，测试表明，较高的供应压力会降低阻力，并允许长时间的近无摩擦运行。增加供应压力还导致临界速度下的阻尼比降低，并且虽然观察到次同步涡动运动增长到第一临界速度以上，但幅度足够低以使其成为良性，并且不表示转子动态不稳定。
虽然本报告涵盖了一个非常基本的场景，但它建立的基本面验证了我们对基于气浮轴承的未来涡轮机械行业的看法。由于多孔介质在刚度和阻尼之间存在独特的正相关关系，并且如上面的测试所示，多孔介质具有无与伦比的抑制共振行为和提高旋转速度、减少系统疲劳并延长其使用寿命的能力。
有关气浮轴承及其对涡轮机械的适用性的更多信息，我们鼓励您阅读
技术报告六：用于大功率涡轮机械的气浮轴承，并浏览bentlybearings.com ，我们将继续我们的使命，以纪念 Don Bently 的遗产。
