偏心率和转速对迷宫密封力和动力学参数影响分析研究

通过数值方法和商用CFD(计算流体动力学)软件对密封-转子系统进行建模和求解,研究了5种偏心率和5种转速下的计算机求解时间、流场压力分布、密封力的变化情况,并对泄漏量影响分析和迷宫密封动力学参数影响进行分析研究。研究结果表明:该方法能较好地模拟计算迷宫密封泄漏量和动力学参数,得到腔室压力随着偏心率增大而增大,密封切向力随着偏心率、转速的增大而增大,密封径向力随着偏心率、转速的增大而负向增大;通过密封长度、密封间隙、密封压差对泄漏量影响计算,三者变化率分别为6.62%,65.21%和69.97%,表明密封间隙和压差变化是影响泄漏量变化的重要影响因素;通过密封压差和密封长度对动力学参数影响分析,得出增大密封压差和密封长度不利于系统稳定、增大密封间隙会使得系统趋于稳定。     

无油涡旋压缩机涡旋齿齿顶密封结构的研究

本文对无油涡旋压缩机涡旋齿齿顶密封结构进行优化,提出一种新型径向组合密封结构,利用几何和工程流体力学的方法,推导出基圆渐开线无油涡旋压缩机齿顶光滑间隙密封、齿顶迷宫密封、齿顶组合密封泄漏量的算法,建立了无油涡旋压缩机相邻压缩腔实验台,分别测量了3种密封结构在相同压差条件下的气体泄漏量,并研究了无油涡旋压缩机动涡旋盘转速对泄漏量的影响。对比实验与理论计算结果可得：理论计算结果与实验结果基本相近,光滑密封与迷宫密封泄漏量随压差的增大而增大,而组合密封泄漏量与压差成反比,但密封条磨损量增加。迷宫密封泄漏量实测值约为光滑密封实测值的80%,组合密封泄漏量实测值约为光滑密封实测值的63%,且3种密封结构的径向泄漏量随动涡旋盘转速的提高而降低,当动涡旋盘转速超过4 000 m/s时趋于平稳。     

锅炉给水泵转子临界转速的实验研究

本文用级联图法对锅炉给水泵转子的临界转速进行了分析,得到了临界转速随密封间隙及流量变化的规律,说明减小密封间隙是提高转子临界转速的一个途径。     

环形密封对离心泵转子系统稳定性影响的数值研究

环形密封中流体产生的激振力是导致离心泵转子-密封系统失稳的重要因素。文章采用非线性密封Muszynska模型建立了离心泵转子-密封系统动力学模型,利用四阶Runge-Kutta法将二阶微分方程转化成了一阶微分方程,同时将打靶法和Floquet理论相结合,对离心泵转子-环形密封系统不同密封参数情况下的非线性稳定性及其分岔问题进行了研究。结果表明,在转速较低时,系统是稳定的周期涡动,随着转速的提高,系统将产生Hopf分岔进入准周期运动而不再稳定,进一步研究发现系统稳定性与密封参数有着重要关系,适当增大密封压差,减小密封间隙和减小密封长度可以提高离心泵转子-密封系统稳定性,计算结果为离心泵转子-密封系统的设计以及定性控制系统的稳定性提供了理论依据。     

锅炉给水泵转子临界转速的实验研究

本文用级联图法对锅炉给水泵转子的临界转速进行了分析,得到了临界转速随密封间隙及流量变化的规律,说明减小密封间隙是提高转子临界转速的一个途径。     

转子-轴承-密封系统非线性动力学特性研究

采用数值方法研究转速对转子-轴承-密封系统非线性动力学特性的影响,采用Muszynska非线性密封力模型和Capone圆轴承油膜力模型,建立超超临界汽轮发电机组高压端转子-轴承-密封系统的非线性动力模型。通过数值方法,研究转速对转子-轴承-密封动力学特性的影响,计算不同转速下的转子时间历程图、轴心轨迹图、Poincare图和频谱图,揭示了转速变化对转子非线性振动的影响规律。     

燃料电池车用超高速空压机临界转速分析与提高措施

针对空压机进气增压可提高大功率燃料电池发动机性能和功率密度,但空压机超高速电机转子-轴承系统存在共振失稳乃至断轴的实际工程问题.本文采用有限元法建立空压机高速电机轴承-转子系统动力学模型,基于ANSYS软件对某超高速永磁电机转子进行动力学仿真,分析某燃料电池空压机高速电机转子-轴承系统的临界转速,揭示轴承刚度、轴承位置以及转轴质量等因素对临界转速的影响规律,并提出改善措施.结果显示,增大轴承刚度、适当减小轴承跨距以及减轻转轴的质量可以有效地增加转子轴承系统的临界转速.     

大型非线性转子-密封-轴承系统的不平衡响应与稳定性

对实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统建立了具有超大规模维数的非线性动力学模型,该模型考虑了密封的非线性激振力、可倾瓦轴承的弹性支承力、转子的阻尼力、不平衡质量力和重力.采用Newmark方法对其进行数值求解,模拟出转子升速过程中汽流激振现象的典型特征和发生汽流激振的失稳转速,并且得到系统参数对转子不平衡响应和稳定性的影响规律.结果表明:适当的增大转子的阻尼、密封的半径间隙和密封流体轴向流速可提高转子发生汽流激振的失稳转速,这为在设计和运行中提高实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统的稳定性提供了参考依据.     

考虑密封结构的球轴承涡轮增压器转子动力学特性研究

【摘要】：针对某型号车用球轴承涡轮增压器,利用密封力与油膜力动力学相似原理,将增压器转子系统中的密封结构视为一种油膜轴承,应用短轴承理论计算得到其刚度和阻尼矩阵并代入模型进行仿真计算,并与临界转速实验结果和未添加密封结构模型的计算结果进行对比,得到了密封结构对增压器转子系统临界转速、稳定性、不平衡响应的影响规律。结果表明：研究分析球轴承涡轮增压器转子动力学特性必须考虑密封结构,且可以应用短轴承理论分析密封结构动力学特性。     

连锁迷宫密封-转子轴承系统动态特性系数的影响因素研究

基于振荡流体力学原理进行数值计算分析.本文对进出口压比、密封间隙和密封齿数(密封长度)对连锁迷宫密封-转子轴承系统动态特性系数的影响进行了详细的分析.结果表明,连锁迷宫密封-转子轴承系统动态特性系数的影响因素是多方面的.     

轴承/密封耦合作用下流体激振特性研究

以转子—轴承—密封系统为对象,建立轴承/密封耦合作用对系统动力特性影响的有限元模型。分别应用有限差分和CFD方法对轴承、密封动力特性系数进行求解。理论研究表明密封对转子不平衡响应的影响主要集中在共振区域。通过在密封入口引入负预旋可以提高系统的稳定性,密封气流力对系统稳定性影响随转速的升高也越来越大。通过选择合适的轴承型式可以补偿密封气流力对系统稳定性带来的不利影响。试验发现随着转速增加,试验转子在5 000 r/min附近时开始出现比较明显的半频分量,而且随着转速继续增加,半频分量的幅值变大。密封流体激振力的存在促进轴承内油膜失稳故障发生,影响系统稳定性。     

汽轮机叶顶汽封泄漏涡诱导下的压力脉动研究

以某汽轮机级为研究对象,采用三维非定常数值模拟的方法,研究了动叶顶部汽封泄漏涡的涡动特性和泄漏涡影响下汽封腔室内的压力脉动规律。结果表明:叶顶汽封腔室内存在周向螺旋状涡与壁角涡组成的多尺度涡系,涡系的位置和影响范围会随时间经历复杂的变化。叶顶汽封腔室内的压力脉动频率中兼具叶轮旋转的周期性频率和溃散为小尺度涡结构后的高频率。间隙内的多尺度涡结构和动静叶间交替变化的压力场在汽封间隙内的传播是引起汽封腔室内周向压力不均的主要原因。     

小间隙直通迷宫密封流场与泄漏特性数值模拟

采用RNGκ—ε模型对小间隙(<0.1 mm)直通迷宫密封可压缩定常湍流场进行数值模拟,得到通道内的速度、温度等流场典型分布。通过改变密封间隙、齿深等,得出通道内最大马赫数及泄漏曲线趋势图。结果表明小间隙时直通迷宫密封内存在齿尖节流、空腔膨胀及射流偏转、复热等主要特征,而小间隙下增加齿深会降低泄漏量。     

迷宫密封-转子系统非线性动力学模型及求解

摘 要：迷宫密封广泛应用于各种旋转机械,研究密封内流体与转子的相互作用,对系统稳定性分析有重要意义。本文利用双控制体模型给出迷宫密封内不可压缩流场的控制方程,并用Jeffcot模型对转子-密封系统建模,求解此非线性动力模型得到系统转子位移与密封腔内压强的数值解。以不平衡转子-密封系统为例,计算分析系统非线性动力特性,并用Hopf分岔图与Poincare截面图进行直观表示。结果表明减小转子质量偏心对提高系统稳定性有较大影响。     

复杂转子-轴承-汽封耦合系统的非线性振动分析

基于非线性动力学和转子动力学理论,综合考虑Muszynska非线性汽封力、非线性油膜力和转子不平衡量的耦合作用,建立了双叶轮-轴承交错布置的复杂转子-轴承-汽封系统动力学模型。采用有限元法（FEM）推导系统运动微分方程,编程计算了系统转速、圆盘偏心量、汽封长度和汽封间隙等参数对系统动力特性的影响,并利用分岔图、频谱图、相轨迹和Poincare映射图表征了系统的运动性态。研究表明：耦合系统具有高度非线性,随着参数的变化系统呈现出周期运动、倍周期运动、准周期运动和混沌运动等复杂动力学行为。通过减小圆盘偏心,增加系统汽封长度,选取合适的汽封间隙有利于提高转子-轴承-汽封系统的稳定性,改善系统的运动特性。     

航空发动机直通型篦齿封严鼓筒气动力分析

鼓筒篦齿是航空发动机风扇部分的重要封严结构,其密封性能极大地影响着航空发动机的整机性能。为了充分认识鼓式篦齿封严结构中齿腔内的压力分布,了解篦齿封严机理,该文采用数值方法对鼓筒篦齿封严流场进行了仿真分析,重点讨论了旋转速度和篦齿封严出口静压对鼓筒表面气动力的影响。仿真结果表明:1)沿着流动方向鼓筒表面静压总体上呈现先减小后增大的变化趋势;2)与旋转速度的变化相比,篦齿封严出口静压的变化对鼓筒表面静压的影响更为显著;3)旋转速度一定时,鼓筒表面静压随着篦齿封严出口静压的增大线性增大。     

Air flow in cavities of labyrinth seals

The leakage flow rate through a sequence of labyrinth seal cavities, and the associated pressure and the circumferential velocity distributions are calculated for seals used in turbomachinery. Computational Fluid Dynamics is used to justify the use of bulk cavity variables, and to analyze the details of the flow in a single cavity under steady state, axisymmetric conditions. Periodic, analytic solutions of the continuity and circumferential momentum equations are obtained for the case of time dependent flow generated by a non-axisymmetric rotation of the shaft. The dynamic stiffness and damping coefficients necessary for the lateral stability analysis of the rotor are then calculated. The results compare reasonably well to experimentally obtained values.