鼓风曝气环节的能耗占目前普遍使用的活性污泥法污水处理工艺能耗的一半以上,在我国倡导建设低碳节能、绿色环保的生态文明的背景下,风机节能研究迫在眉睫。气体箔片轴承是一种具有柔性支撑结构的动压气体轴承,其使用环境气体作为润滑介质,可免去辅助润滑装置,使整机结构简化,且气体箔片轴承具有耐高温、低磨损、长寿命等优点,已被广泛应用于高速透平转机械中。采用高速直驱电机和气体箔片轴承技术的空气悬浮离心鼓风机是一种新型的单级高速离心鼓风机。它采用变频调速,风量调节范围广,且不需要润滑系统,由此简化了结构,还具备低损耗、低噪声环保、低振动和低维护费用等优点。这些特点使得空气悬浮鼓风机成为鼓风机节能环保研究的首选。但是目前,国内空气悬浮鼓风机市场基本被韩国企业垄断,国内相关研究才刚刚起步。本文在本课题组对空气轴承的理论和实验研究前期基础上,与相关企业合作开发一台120Kw的空气悬浮鼓风机。本文主要设计空气悬浮鼓风机的轴承转子系统,并对其进行测试和实验研究。具体研究工作及成果如下:根据空气悬浮鼓风机的设计性能要求设计了满足要求的轴承-转子系统。首先基于气体箔片轴承技术和鼓风机市场需求,并参照透平机械的基础结构,设计了空气悬浮鼓风机整体结构,并重点进行了气体箔片轴承与转子的匹配设计。其次对箔片轴承结构进行详细设计,对轴承的承载能力、刚度和阻尼等特性进行分析计算。最后建立电机转子的有限元模型,耦合轴承性能参数对转子系统进行转子动力学特性分析,根据其临界转速和特征值,对轴承转子系统的匹配设计结果进行了分析评估,并进一步优化了轴承和转子的结构参数,最终获得满足要求的轴承-转子系统。加工制造出鼓风机所需的气体箔片径向轴承和推力轴承,设计并搭建了面向大规模生产的径向和推力气体箔片轴承的起飞特性试验台,并对轴承进行了起飞测试。测试结果表明,轴承制作工艺能够保证轴承的质量稳定和互换性要求,设计搭建的两种起飞试验台能够满足规模化生产的需要。制造并装配出了气体箔片轴承支撑的高速感应和永磁电机测试样机,设计并搭建了转子振动监测系统,分别对感应电机和永磁电机进行了样机运行测试,深入分析了测试结果。样机测试结果表明,轴承-转子系统满足设计要求,样机能够到达热平衡,运行稳定,能够持续运行5h无故障,基本达到设计目标。对测试过程中出现的一些典型故障进行了综合分析,如不平衡,旋转失速等。