迷宫密封转子动力学特性的数值模拟

采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,研究了具有16个齿的迷宫密封转子动力学特性,分析了在两种转速条件下进口预旋对迷宫密封转子动力特性系数的影响,计算了无进口预旋时,在两种压比条件下,迷宫密封系统的交叉刚度和直接阻尼系数随转速的变化关系,并将计算结果与实验值和两控制容积BF(Bulk Flow)方法计算值进行了比较.研究结果表明:所采用的数值方法能较好地预测迷宫密封的转子动力特性,且计算结果优于两控制容积BF方法.对于迷宫密封,交叉刚度与进口预旋近似成正比关系,且随着转速的增大而增大;直接阻尼对转速和进口预旋均不敏感,但随压比的增大而显著增大.过大的进口预旋和转速均会使转子的稳定性降低;工作在较大转速下的迷宫密封系统可以通过施加合理的进口预旋来增强转子的稳定性.     

非对称转子_轴承系统的稳定性分析

建立了非对称转子－非对称轴承系统的数学模型,分析了外阻尼、转子刚度各向异性系数、支撑刚度各向异性系数及相对柔性系数对转子系统稳定性的影响。通过分析及数值仿真发现,转子刚度的各向异性及系统阻尼是系统失稳的主要因素。为了解决工程中的非对称转子系统的失稳问题,提出了转子轴承系统支撑刚度对称性的方法,通过实践证明是有效的。     

实际气体参数对迷宫密封静力与动力特性影响机理研究

理论分析了考虑实际气体参数的迷宫密封泄漏量计算公式与流动控制方程,基于转子多频椭圆涡动方法研究了不同气体介质对迷宫密封静力与动力特性的影响,揭示了实际气体参数对迷宫密封静力与动力特性影响的机理。结果表明:气体摩尔质量对迷宫密封的泄漏量呈正相关影响;在相同转子涡动频率下,随着气体摩尔质量的增大,主刚度系数、主阻尼系数和交叉阻尼系数的绝对值逐渐增大;密封气流力随着气体摩尔质量的增大而增大,CO2介质密封气流力是CH4介质密封气流力的1.63倍;随着转子涡动频率的增大,气体摩尔质量对有效阻尼系数的影响从惯性效应转移到摩阻效应,有效阻尼系数随着气体摩尔质量的增大在低频时增大、在高频时减小。     

孔型气体密封转子的动力特性研究

采用基于两控制客积Bulk Flow理论和可压缩理想气体模型开发的计算程序对孔型密封转子的动力特性进行了分析,计算了在不同进口预旋、密封间隙和孔深时孔型密封转子的动力特性系数,并将其与已有的实验数据进行了比较.结果表明:增大进口预旋会使有效刚度和有效阻尼减小,交叉刚度增大,对转子稳定性不利;过大或过小的密封间隙尺寸均对孔型密封的总体性能不利;孔型密封的有效刚度和穿越频率对孔深的变化不敏感,但有效阻尼随孔深的减小而显著增大.计算结果与实验值吻合良好.     

超超临界汽轮机转子涡动对密封动力特性的影响

超超临界机组密封动力特性受转子运动影响显著，极易诱发转子失稳。以某1000MW汽轮机超高压缸迷宫密封为例建立密封转子三维模型，采用改进的涡动方程和动网格技术实现微间隙转子多频涡动，分析了不同涡动半径对密封动力特性的影响。结果表明：随着涡动半径增加，直接刚度增大，有效阻尼增大。直接阻尼随频率增加先减小至不变。低频范围内，较大涡动半径下的有效阻尼较显著低，转子容易发生失稳。     

迷宫密封转子动特性三维CFD数值的研究

1引言旋转机械转子系统中的非接触密封在阻止流体泄漏的同时,还会产生重要的流体激振力,影响转子振动稳定性。与动压滑动轴承的油膜类似,密封中流体膜(汽膜、水膜或油膜)动力特性中的交叉刚度k是促使转子做非同步低频涡动的激振力来源,直接阻尼C可以生成对这种低频涡动的抑制力     

大型核电汽轮机推力轴承油膜失稳振动研究

针对某些机型核电汽轮机出现轴向振动与径向振动耦合的现象,采用大型核电汽轮发电机组推力轴承可倾瓦块模型,对运行中油膜失稳引起的自激振动进行了机理分析。通过建立转子轴向运动方程,对某650 MW核电机组启机过程中推力轴承载荷进行了测量,计算得出不同轴向载荷和推力轴承间隙比条件下的油膜刚度和阻尼,并分析了推力轴承油膜失稳引起的转子轴向自激振动的频率特点。结果表明:轴向载荷、转速和油膜阻尼是引起推力轴承可倾瓦块轴向自激振动的主要因素;减小推力轴承间隙和增大润滑油压可以抑制转子轴向自激振动。     

超临界二氧化碳扇贝阻尼密封动力稳定性研究

为研究超临界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide, SCO₂)扇贝阻尼密封在不同工况下动力稳定性,建立SCO₂扇贝阻尼密封数值计算模型,分析进口压力、温度及转速对SCO₂扇贝阻尼密封动力特性及泄漏特性的影响。结果表明：直接复合刚度随涡动频率增加由正变负;交叉复合刚度随进口温度、压力增加而减小,随转速增加而增大;SCO₂扇贝阻尼密封的有效阻尼随进口温度、转速增加而减小,随进口压力增加而增大,进口压力为8.1 MPa时有效阻尼约为7.7 MPa时的1.7～2.9倍;扇贝阻尼密封直接复合刚度、有效阻尼整体上大于迷宫密封,稳定性高于迷宫密封,但泄漏量略高于迷宫密封。     

梳齿密封直接刚度系数实验识别

设计并搭建梳齿密封直接刚度系数识别实验装置,研究了不同转速下激振频率和进口压力对密封直接刚度系数的影响,并与DyRoBeS中的Bulk Flow模型理论计算结果进行对比。结果表明：在任意工况下,所测的梳齿密封直接刚度系数均为负值,易出现转子不稳定现象;直接刚度系数随着转速、进口压力和激振频率增大而减小,转速对直接刚度系数的影响较小,且直接刚度系数与高频激振频率相关性较强;DyRoBeS理论计算与实验结果吻合较好。     

密封间隙内气体流动对气缸动力特性影响的试验研究

在密封试验台上进行了密封泄漏率与密封间隙内气体流动对气缸动力特性影响的试验,并开发了气缸频响函数测试系统.通过测试气缸脉冲激励下的振动响应,求出了不同转速、不同进气压力下的气缸传递函数,分析了充气前后气缸共振频率的变化,并应用对数衰减率法评估了系统阻尼特性.结果表明:充气前后气缸的共振频率变化很小,但会对系统阻尼造成较大影响;随着进气压力的提高,系统阻尼系数增大;随着转速的加快,系统阻尼系数减小.     

联轴器不对中状态对船舶轴系动力学特性影响的试验

针对某船舶高速轴系不对中状态对轴系振动的影响,建立涡轮转子-传动轴-太阳轮转子试验模型,通过调整轴承支座的标高来模拟平行不对中和转角不对中量,进行多次升降速试验获得靠近轴承处的转子的振动位移。研究表明:不同的联轴器不对中状态对轴系的临界转速没有影响;在工作转速4 200 r/min时,不同联轴器对中状态下轴系各测点基频振动幅值变化很小,靠近套齿联轴器的太阳轮右侧轴承处转子2倍频振动明显大于左侧轴承处的振动;整体抬高太阳轮轴系标高对2倍频振动的影响较小;太阳轮左侧轴承支座标高降低时各轴承处2倍频振动幅值均有一定程度的增大;降低涡轮驱动端轴承支座的标高,轴系2倍频振动幅值整体增大;各对中状态下所有测点振动幅值的计算值与试验测量值的平均偏差小于20%,不同的对中状态对涡轮机转子的振动影响均小于对太阳轮转子的影响。     

汽轮发电机组轴系扭转振动对机械参数的敏感性分析

针对某300MW汽轮发电机组模型,分析了扭振固有频率和振型对汽轮发电机组轴系转动惯量和刚度的敏感性。计算结果表明:无论是轴系整体转动惯量或刚度、还是局部转动惯量或刚度的变化,都会对扭振特性产生明显的影响;局部转动惯量或刚度的改变对特定阶的扭振的影响虽然不及整体转动惯量和刚度变化的影响大,但也十分显著;对特定振型贡献较大的轴段对此阶轴系扭振影响较大,在振型图上表示为此阶振型在这一轴段处的斜率较大;在实际中可以通过改变轴系局部结构,使某阶扭振固有频率避开特定的值,从而达到调频的目的,而在对汽轮发电机组轴系扭振研究的建模过程中,要精确确定扭振特性敏感性较高的那些部位的机械参数。图4表2参8     

柔性支撑下汽轮机组振动响应特性分析

为解决汽轮机组低压缸轴承振动大的问题,对低压转子振动响应特性进行了研究。基于转子动力学理论建立了转子-轴承支撑系统有限元分析模型,考虑支撑刚度对转子系统振动的影响,计算了不同支撑刚度下转子轴承振动、轴振和绝对轴振响应特性。研究表明:不同支撑刚度下转子不平衡振动响应差异较大,柔性支撑下,轴承振动较大,轴振较小;转子绝对轴振能够较为真实的反映实际振动情况,3 000 r/min工作转速时,柔性支撑下轴承振动对转子不平衡力变化较为敏感;现场可通过精细动平衡降低轴承振动。     

Investigations of the conjugate heat transfer and windage effect in stepped labyrinth seals

In the current paper, conjugate heat transfer and windage heating in the stepped labyrinth seals with smooth and honeycomb lands are numerically investigated by using the commercial software ANSYS CFX11.0. Firstly, the utilized numerical approaches, such as the turbulence model and grid independence analysis, are determined to ensure a suitable numerical method for the present study. Based on the obtained measurement data, the computed heat transfer coefficients on the rotor and stator surfaces are carefully validated. To reveal the influence of the solid domain on the heat transfer computations, the comparisons between the results with and without solid domain are performed. It shows that the predicted heat transfer coefficient distributions with the presented conjugate heat transfer methods (with solid domain) agree well with the experimental data. Difference between the numerical results with and without solid domain only exists in the high temperature gradient region. Compared to the smooth labyrinth seal, the presence of honeycomb cells increases the temperature gradient in the labyrinth fin (solid domain) and significantly decreases the temperature gradient in the stator (solid domain). Secondly, in order to assess the influence of the rotating effect on the windage heating for the stepped labyrinth seal, total temperature difference between the seal inlet and outlet are computed under different effective pressure ratios for both the smooth and honeycomb configurations. Based on the energy conservation law, the windage loss for the high speed rotating seal is also obtained by taking the heat transfer between the fluid and solid into consideration. Finally, the influences of the effective pressure ratio and inlet preswirl ratio on the heat transfer coefficient distributions of rotor and stator for both the smooth and honeycomb configurations are discussed in detail.     

大型水泵滑动轴承油膜刚度对转子动力特性影响

滑动轴承作为大型水泵转子系统的重要支撑,其油膜动力特性对转子系统动力特性有着重要影响.本文从滑动轴承工作原理出发,通过对Reynolds方程进行差分求解,建立了油膜刚度系数的无量纲求解方程.通过数值模拟方法对某水泵转子系统进行研究,分析了其轴承动力特性和转子动力特性.结果表明,交叉刚度kxy和kyx对水泵转子系统稳定性...     

基于非线性理论的碰摩转子动力学特性研究

以大型汽机转子的碰摩故障为研究对象,建立了单盘转子动力学模型。应用数值方法计算转速、偏心量、阻尼系数、摩擦系数和定子刚度等参数对碰摩转子系统的影响。利用分岔图、波形图、轴心轨迹图和poincare截面图等工具分析了系统在碰摩后的非线性响应,得到了系统在进入和离开混沌、拟周期的道路及对应的参数范围。     

汽封力作用下的转子-轴承系统稳定性研究

通过分析汽封力对轴承静态平衡点的影响,表明汽封力能够改变轴承的静、动特性。计算了滑动轴承油膜力和汽封力共同作用下的系统一阶临界转速和一阶对数衰减率,并用实验进行了验证。研究表明,汽封力对系统稳定性的影响是复杂的,其影响因素包括进出口压力、进口预选速度、密封参数等。