透平机械阻尼密封技术及其转子动力特性研究进展

针对透平机械的气流激振问题所发展的阻尼密封技术的研究现状进行了综述.详细介绍了三种典型阻尼密封技术袋型阻尼密封、蜂窝阻尼密封和孔型阻尼密封的结构特点、动力学特性和阻尼机理及研究和应用现状.介绍了所开发的用于预测孔型阻尼密封转子动力特性的基于两控制容积Bulk Flow理论的模型和算法,并采用具有试验教据的孔型阻尼密封进行验证.最后对阻尼密封技术的设计、研发及在透平机械行业的应用前景进行了展望,以期对我国透平机械的密封系统的研发提供理论基础和技术参考.     

孔型密封泄漏特性影响因素研究

采用计算流体力学方法研究孔型密封的泄漏特性,特别是孔形和面积比对泄漏特性的影响。结果表明:随转速增加泄漏量减小,随压比增加泄漏量增大并趋稳,最大压比的泄漏量为0.118 kg/s;相同面积比与孔数下,圆孔密封性能最好,蜂窝孔(六边形)次之,矩形孔最差;且传统蜂窝密封性能优于六棱台形式的蜂窝密封,泄漏量减小10.61%;随孔深增加泄漏量减小并趋稳,最大孔深的泄漏量为0.114 kg/s;面积比增加有利于提高密封性能;改变蜂窝孔对边距比减小壁厚对密封性能更有利。     

转子蜂窝密封封严特性的试验研究

为研究转子蜂窝密封的封严特性,设计制作了5种规格的蜂窝密封静子试验件和转子试验件,并在转子密封试验台上进行了蜂窝芯格尺寸、密封间隙、转子转速、蜂窝深度和密封压比对封严特性的影响试验以及蜂窝静子与篦齿轮盘和光滑轮盘组成密封结构时的封严特性对比试验,最后给出了试验研究结论。     

转子轴向偏移对交错齿迷宫密封动力特性的影响

为了分析汽轮机转子轴向偏移对交错齿迷宫密封动力特性的影响,建立了交错齿迷宫的三维CFD模型,并利用Fluent软件计算了在不同轴向偏移下的转子表面汽流力,得到了不同的动力特性系数.结果表明:交错齿迷宫密封的转子从中间位置逆着汽流方向发生轴向偏移后,系统的稳定性提高;反之,如其从中间位置沿着汽流方向发生轴向偏移后,则系统的稳定性降低.为此提出:在汽轮机安装时,使转子逆汽流方向有一定的热膨胀预留量,可提高系统的稳定性.     

防旋板高度对迷宫密封泄漏流动和转子动力特性的影响

采用基于转子多频椭圆涡动模型的Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS)方程求解方法,研究了防旋板高度与第1个迷宫齿前缘高度相同时,防旋板高度对迷宫密封泄漏流动和转子动力特性系数的影响.计算分析了典型中等进口预旋条件下,无防旋板结构以及防旋板高度为1.85,3.7和...     

二氧化碳迷宫密封动力特性影响因素研究

以S-CO_2(supercritical carbon dioxide)为工质,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法建立迷宫密封全三维数值分析模型,应用基于微元轨迹的密封动力特性系数理论识别方法获取密封动力特性系数,研究以S-CO_2为工质的迷宫密封在不同密封腔室、间隙及齿数下的动力特性,并对比分析以空气为工质的密封系统稳定性。研究表明:密封直接复合刚度系数及平均直接阻尼系数频率依赖性较高,交叉复合刚度系数频率依赖性较低;密封有效阻尼系数在低频下(小于100 Hz)频率依赖性较强,并随密封间隙的减小而略微增大;在高频下(100 Hz以上),各腔室有效阻尼系数沿泄漏方向逐渐降低,且随齿数、密封间隙的增加而增大;10齿密封的有效阻尼系数约为4齿密封的128%～356%,0.16 mm间隙密封的有效阻尼系数约为0.32 mm间隙密封的80%～170%,与空气相比,以二氧化碳为工质的密封泄漏量较大,有效阻尼系数约为空气的167%～202%,系统稳定性增强。     

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     

液体环形密封转子动力特性CFD数值计算分析

首先研究建立环形密封物理模型和划分计算区域网格的方法;然后选择计算模型,确定边界条件,利用有限体积法的CFD-Fluent软件,计算该密封流体激振力和泄漏量;最后依据转子动力模型和激振力方程,计算环形密封动特性系数,与Lindsey的实验结果和Childs的理论计算结果进行了比较,结果表明本文的CFD数值计算结果比基于整体流动理论的计算结果更接近实验值。     

具有弹性支承的裂纹转子的动力特性分析

推导了具有弹性支承偏置裂纹转子的运动微分方程.通过数值求解,得到了具有弹性支承偏置裂纹转子的盘心位移响应、支承处加速度响应.研究结果表明:具有弹性支承的裂纹转子系统在支承处加速度响应中也包含1X、2X、3X…频率成分,并且出现分数次共振现象;当裂纹转子以超临界转速运行时,支承处加速度响应的幅频图上2X以上各谐波分量仍明显存在.因而,转子以超临界转速或亚临界转速运行时,2倍频分量均可作为裂纹故障的重要特征.这对利用轴承座处的振动信号进行裂纹故障检测有一定的实用价值.     

单向特斯拉环形密封泄漏控制方法研究

针对透平机械动静间隙工质泄漏问题,提出新型单向特斯拉环形密封,建立特斯拉环形密封三维模型,采用计算流体力学方法研究特斯拉喷嘴几何结构(轴向数量、分流角、回转直径、喷嘴直径)与运行参数(压比、转速)对密封泄漏特性的影响。结果表明：特斯拉环形密封可以有效降低密封出口流速,抑制密封泄漏,最高可使泄漏量降低15.7%;高压比、高转速下特斯拉环形密封抑制泄漏效果更佳;轴向数目和喷嘴直径都存在一个最佳值,使特斯拉环形密封出口流速最小,泄漏量最低;随分流角减小,特斯拉环形密封出口流速与泄漏量减小;回转直径较小时,对特斯拉环形密封出口流速与泄漏量影响小,但超过喷嘴直径2倍后会使出口流速与泄漏量小幅回升。     

动力涡轮转子低速动平衡的特点

动力涡轮转子结构有其特殊性,在无高速动平衡条件下做动平衡时需采取诸多措施,才能达到高速动平衡的效果。根据转子的结构特点,转了了在纵向各段产生不同挠度,对转子纵向各段分别进行低速动平衡,从而达到高速动平衡的结果,保证转子安全平衡运行。     

重型燃气轮机转子结构及动力学特性研究综述

分析了典型的重型燃机轮机转子的结构特点和各种拉杆式转子的结构优缺点,重点阐述了拉杆式转子中的轮盘平面接触界面和端面齿接触界面的刚度模型及其对转子动力学特性的影响,以及阻尼环对中心拉杆动力学特性的影响及其与转子本体的耦合动力学特性.最后,介绍了拉杆式转子发生故障时的转子动力学特性,并提出了需要进一步研究的问题.     

挠性转子动平衡参数识别法研究

探讨了运用模态参数识别技术进行挠性转子动平衡的方法。不必加试重只需一次升速,将动不平衡量视作转子系统的模态参数,根据转子的振动响应运用模态参数识别技术确定转子系统的各阶模态不平衡量。     

1000MW汽轮机转子的动平衡研究

1000 MW汽轮机组是我公司近年来的重要标志性产品之一。由于该汽轮机属公司首台产品,而且低压转子质量大、跨距长、平衡要求精度高,所以高速动平衡试验成为一个重点也是难点。文中就1 000 MW汽轮机低压转子平衡数据进行分析,并研究结果及计算方法供同行借鉴、参考。     

密封系统对某压缩机转子振动影响的研究

利用数值分析的方法,研究了密封系统对某压缩机转子振动的影响效果。分析结果表明,密封对转子的振动有非常明显的影响,密封是否会引起转子失稳,主要取决于转子的转速、密封的交叉刚度系数和主阻尼系数,只有转速达到特定值,同时交叉刚度的影响大于阻尼的影响时,转子才会失稳;转子各级叶轮处的密封对转子振动的影响程度不同,以中间一级叶轮的影响最为显著。     

考虑陀螺效应的增压器转子动力特性分析

借鉴对称矩阵的子空间迭代法思想,将辛子空间迭代法应用于增压器系统,以某增压器转子为例,充分考虑涡轮增压器的特殊性,建立了涡轮增压器转子的有限元模型,并在计算模型中综合考虑了轮盘的陀螺力矩,转动惯量、支承和轴套等因素,分别计算了增压器转子在不同支承刚度下临界转速、振型的变化趋势,分析了支承刚度对增压器转子动力学特性的影响.计算结果表明:改变支承刚度可以有效地调整该增压器转子的临界转速,但对转子各阶临界转速振型影响不大.     

预旋对迷宫密封动静特性影响研究

建立迷宫密封实验装置与数值分析模型,研究进口预旋对密封系统静力与动力稳定性的影响,并以密封腔为单元对密封段转子受力进行分解,分析各密封腔在不同预旋情况下切向气流力变化影响。研究表明:各密封腔压力高点沿泄漏方向发生偏移是引起各密封腔切向气流力幅值及方向变化的原因;进口预旋可导致原压力高点发生偏移,其偏移方向与进口预旋方向一致,且越靠近进口偏移量越大;首个密封腔与其余腔室压力高点位置存在差异,导致其切向气流力随进口预旋比的变化趋势与其他密封腔相反;转子涡动将引起切向气流力整体偏移,但不改变进口预旋对各密封腔切向气流力作用效果;对于具有较多齿数的迷宫密封,正预旋将降低系统稳定性,而对于具有较少齿数的迷宫密封,正预旋有可能增加系统稳定性。