迷宫密封气流激振及其动力系数的研究

本文从流体力学基本方程出发,建立起一组描述在迷宫密封腔中气流流动情况的偏微分方程组,并应用特征线方法求得了其解.同时还按不同工作条件下密封腔内的压力分布,进行了迷宫装置刚度的计算.为了从实验方面也能对迷宫气流激振形成的迷宫装置的动力特性进行研究,设计并制造了一台可以在多种条件下进行试验的试验台.通过试验,测得了在不同工作条件下各密封腔内的压力分布,从而得到了以实测为基础的迷宫装置的刚度系数.实验还结合振动频谱分析,研究了各种参数对转子系统稳定性的影响.文中将实验结果与理论分析进行了比较,两者间的相符情况是令人满意的.     

迷宫密封激振力作用下转子系统非线性动力学分析

由双控体模型确定迷宫密封轴向平均流速,结合Muszynska气流激振力建立了转子-密封系统非线性动力学模型,并采用Runge-Kutta-Fehlbrg方法求解系统非线性动力学方程。分析了迷宫密封间隙、密封半径、齿数、齿腔宽度、进口气压等参数对泄漏量及轴向平均流速的影响;绘制了分岔图、轴心轨迹、Poincare图和频谱图等,研究了转速、进口气压、偏心距及密封有效总长度对系统动力学特性的影响。数值结果表明,转速、密封结构及介质参数的改变能够诱导系统发生单周期运动、概周期运动等复杂的非线性动力学行为。     

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。     

汽轮机间隙气流激振力分析

基于流体动力学,应用动量定理研究汽轮机直叶片、短扭叶片、长扭叶片以及汽轮机调节级由于间隙引起的气流激振力问题,综合考虑了叶片的各项设计参数并应用理论分析方法导出普遍适用的计算公式,解决了Alford公式中需人为选取效率系数的困难。数值实验的结果表明,所导出的计算公式是可靠的。     

引信小型气流激振压电发电机试验研究

针对引信小型物理电源体积与功率矛盾问题,课题组提出了小型气流激振压电发电机结构方案。建立了测量小型气流激振压电发电机输出特性的试验系统,对原理样机进行了吹风试验研究,测量了发电机的激振力、输出电压,并分析了其振动频率、输出功率以及能量转换效率;试验数据表明,在所研究的气流速度范围内,激振力曲线呈正弦波形,幅值随入流速度的增大而线性增大,频率较高且稳定,约6 k Hz,频率变化在9%以内;压电换能器工作在线性段,输出电压值与激振力幅值成正比,频率一致,符合振动压电发电机的能量转换原理;在负载匹配的情况下(R=3 kΩ),最高能输出85.3 m W的电能,且发电机的转换效率为1.2‰。其输出特性可满足在小口径及低功耗引信的应用;具有结构简单、体积小、振动频率高且无活动部件等特点,有作进一步研究的价值。     

气流激振对球轴承涡轮增压器转子动力学特性的影响

车用球轴承涡轮增压器气流激振力包括密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,分别应用Black模型和Alford模型,计算得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。将计算结果代入模型进行仿真计算,得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力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。分别与临界转速实验结果、与未添加叶顶间隙气流激振力模型计算结果、未添加密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力的计算结果进行对比分析,结果表明:密封流体激振力增加系统阻尼,降低球轴承涡轮增压器转子系统的振幅,提升系统的稳定性;气流激振增加系统交叉刚度,降低系统稳态响应振幅。     

基于气流激振的离心式压缩机管道破坏机理研究

大型石化压缩机组中,管道易产生气流激振作用下的疲劳破坏。本文从气流激振的产生与作用机理进行分析,研究管道疲劳破坏的主要来源-声共振。采用实验室的管道声腔进行仿真分析,应用LMS仿真软件有限元法对管道内部的声模态进行计算,获取其特征频率,并进行实验测试分析,当叶片的通过频率与管道声模态频率一致时将产生声共振,振动将明显增加,揭示了声共振造成的管道疲劳破坏机理。在此基础上,结合实际大型离心式压缩机组管道振动控制的实例,证明了此方法的有效性,为大型离心式压缩机组管道的高周疲劳破坏抑制提供依据。     

汽轮机非线性间隙气流激振力作用下含裂纹转子的振动特性研究

建立了在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下裂纹转子-轴承系统的动力学分析模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子系统的分岔与混沌特性。利用Poincare截面和分岔图的变化分析汽轮机非线性间隙气流激振力和裂纹深度对系统振动响应特性的影响。分析结果表明：汽轮机非线性间隙气流激振力会使得系统的周期性运动状态提前,且混沌区域发生明显的减小;在浅裂纹时,汽轮机非线性间隙气流激振力对系统的响应起主导作用,且在超临界转速区域出现周期8运动;随着裂纹深度的增加,系统运动的混沌区域逐渐减小几乎消失,在超临界转速区域的逆周期运动演变为较长的周期3运动。研究结果可以作为含裂纹转子在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下耦合故障发生的典型特征,也可作为此类耦合故障诊断的依据。     

转子密封系统流体激振及其减振技术研究简评

密封流体激振已成为许多转子强烈振动的根源。本文回顾了转子密封系统流体激振研究的历史和现状，重点讨论了密封动力特性系数计算、阻尼密封的研究和应用。密封流体激振减振技术的关键是降低密封腔中流体的平均周向速度，提高转子的固有频率。高参数叶轮机械的发展，使转子密封系统流体激振问题的研究面临新的挑战，需要对现行的理论和方法进行改进和发展。     

高压输电线风雨激振特性研究及数值分析

高压输电线风雨激振严重威胁着输电线路的寿命和安全运行,其激振机理及防治措施成为电力系统急待研究的难题之一。在降雨、风载和电场作用下,在输电导线表面形成极化水线, 水线的运动诱发气动力变化导致输电线线路振动。本文建立了水线运动与输电导线振动耦合的风雨激振理论模型。采用龙格-库塔法对输电导线和水线运动方程进行数值求解,得到了输电导线和水线的响应,讨论了风速、导线结构阻尼和电场力等参数对输电导线振幅的影响     

机械设备激振特性的评价参数

以分析安装在船舶上的机械设备单机运行时产生的辐射噪声与机械设备自身的特征参数之间的关系为依据,围绕控制因振动激励船体产生的辐射噪声问题,探讨以机械设备的振动惯性力作为评估机械设备激振特性参数的合理性。并对现有的指标体系提出改进建议。     

叶顶密封周向流动及流体激振抑制方法研究

控制叶顶间隙流体进口预旋及周向流动是减小密封流体激振力的主要方法。基于计算流体力学方法,通过在汽轮机某级叶顶间隙入口的动(围带)、静(汽缸)部件上增加新型微型叶栅,研究新型结构对叶顶间隙流体周向流动及流体激振抑制效果。结果表明:在新型微型叶栅的作用下,流体在叶顶密封入口由正预旋变为负预旋,密封有效阻尼系数由负变正,有效抑制了流体激振,提高了转子稳定性;将微型叶栅安装在围带上时对流体激振的抑制效果整体优于安装在汽缸上,且每两动叶片间数量为10个(围带叶栅)与6个(汽缸叶栅)时,转子系统稳定性最好。     

迷宫密封的两控制体模型与动力特性研究

提出了迷宫密封腔两控制体模型的理论计算方法，从流体力学基本方程出发，经逐腔计算，获得各腔内的压力分布反映气流对转子激振力的动力特性系数，实验结果与理论计算具有较好的一致性，为高参数的透平压缩机械转子稳定性评价提供了重要的理论依据。     

气流激振力作用下的旋转冲压转子动力学响应

对旋转冲压发动机转子涡动时压缩进气道的内部流场进行数值仿真,建立了作用在转子上的气流激振力非线性模型,结合旋转冲压转子-动静压混合气体轴承系统的有限元模型,并通过数值仿真获得了复杂气流激振力作用下旋转冲压转子-动静混合气体轴承系统的非线性动力学响应。研究结果表明,旋转冲压转子的偏心距对复杂气流激振力作用下转子轴承系统的振动特性具有显著的影响。     

用锤击激振法测定滑动轴承油膜动力特性的研究

本文讨论了用锤击激振法如何对高速运转状态下的转子轴承系统中的支承——滑动轴承进行油膜动力特性的测定,以及如何提高测试精度的若干问题。提出了对传感器、前置放大器、磁带记录仪、滤波器以及计算机在内的整套测试系统进行综合系统标定,并在求频响函数的过程中减少测试系统误差的方法。文中提出了方便有效且可以广泛使用的两次采样互相关消除强周期干扰的方法。本文还谈到在测量油膜动力特性中和数据处理中一些应当注意的问题。     

粘滞流体阻尼器冲击缓冲特性研究

为获得粘滞流体阻尼器冲击缓冲特性,设计并制作一种非牛顿流体粘滞阻尼器样机,而后对其进行了不同高度下的冲击缓冲实验。为从流体力学角度分析阻尼力机理,建立改进幂律模型来描述硅油的粘度特性,并通过对实验数据的拟合获得其中待定参数。采用FLUENT软件并结合动网格技术,对阻尼器流场仿真后获得冲击载荷作用下阻尼力输出特性,将之与实验结果相对比,发现结果基本一致,可用于指导阻尼器初步设计。     

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。     

基于CFD的超声激振喷嘴雾化特性数值模拟研究

为了进一步提高超声激振喷嘴内部的湍流效果和提高喷嘴雾化效率,通过设置碰撞壁和振荡腔的结构对现有的超声喷嘴进行改进。利用哈特曼流体声波发生器原理,建立超声激振喷嘴雾化模型,利用CFD流体动力学仿真软件模拟喷嘴内部的流场,以喷距和碰撞壁角度两个主要参数对喷嘴出水口速度的影响。结果表明:通过分析喷嘴内部速度和压力流场云图发现喷嘴内部振荡腔和碰撞斜壁的设计会使喷嘴内部产生空化涡旋,空化涡旋内空化气泡的溃灭会增强流体的扰动,增强喷嘴内部流体的湍流的效果,增强喷嘴雾化的效果加强喷嘴内部流体的扰动效果,提高喷嘴的雾化效率;喷嘴射流速度随进口压力的增加表现出明显的增大趋势,射流速度对喷距的增加表现出明显的增加趋势,相比较之下碰撞壁角度对射流速度的影响不明显,经分析确定参数喷距L=1 mm,碰撞壁为60°时超声激振喷嘴雾化效果最好。     

离心式低温泵充气迷宫密封技术

充气迷宫密封是一种非接触式气体动力密封,其结构特点为直通形迷宫,结构简单,形状很象梳齿,密封有很大的直通效应。介绍了离心式低温泵两级充气迷宫密封的结构原理和设计依据。图1。