逆滞流迷宫密封气流激振特性研究

密封是透平机械减小泄漏的关键部件,其气流激振特性对转子系统稳定性具有重要影响。该研究基于计算流体力学与多频涡动密封动力特性系数识别方法研究逆滞流迷宫密封气流激振特性,计算分析逆滞流喷嘴结构参数及位置对迷宫密封动静特性的影响,揭示其抗气流激振机理。结果表明:逆滞流喷嘴能有效抑制周向流动,改善密封腔压力分布,提高系统稳定性;与传统迷宫密封相比,逆滞流迷宫密封具有更小交叉刚度k、更大直接阻尼C与有效阻尼C_(eff),特别在低涡动频率下,效果更显著;相同结构参数逆滞流喷嘴的径向位置存在最佳值,当型心高度h_c=1.65 mm(径向中心)时密封有效阻尼C_(eff)最大;增大喷嘴进口高度h_(in)、减小进出口高度比例h_(out)/h_(in)均有利于提高系统稳定性;喷嘴进口高度h_(in)=1.00 mm、进出口比例h_(out)/h_(in)=0.25、型心高度h_c=1.65 mm为计算工况下最优结构,但泄漏量略有上升。     

多跨转子系统流体引发自激振动稳定性分析

以实际压缩机组多跨转子系统为研究对象,针对由间隙气流激振力引起的失稳问题,进行Alford力作用下多跨转子系统的动力学及稳定性分析。针对该类模型自由度多的特点,采用固定界面模态综合法降维措施与Newmark-β法相结合,提高了求解效率。研究交叉刚度、工作转速等对转子涡动的影响,以及多跨转子系统中Alford力的传递作用;通过以时间历程曲线为稳定性判据,进行不同交叉刚度、阻尼、刚度系数下的稳定性分析。结果表明,交叉刚度的增大会加重转子涡动,降低系统的稳定性;系统阻尼和刚度的增大可提高稳定性;失稳交叉刚度与支承的交叉刚度存在一定关系,当其大于支承最小交叉刚度且接近支承最大交叉刚度时,系统容易失稳。     

密封进口涡动系数对转子系统动力学性能的影响

利用数值方法,通过求解基于Bulk-flow 模型的液体环状动压密封控制方程,得到了不同密封进口涡动系数下液体环状动压密封的动力特性系数。结合液体动压环状密封的流体动反力模型,建立了考虑液体动压环状密封动力学特性的系统运动方程,通过理论分析导出了表征系统动力学性能的模态阻尼与频率、振幅对数衰减率以及动力放大系数等的解析表达式。最后通过图形分析了密封进口涡动系数对转子系统动力学性能的影响,给出了一些可用于指导具有液体动压环状密封的转子系统动力学设计和故障诊断的结论。     

梳齿密封静态稳定性理论与实验研究

梳齿密封静态稳定性直接影响转子系统安全与稳定运行。以梳齿密封为对象,提出了密封气流力与静态刚度系数实验识别方法,建立了密封三维流体力学分析模型,研究了不同偏心率、不同进口压力下梳齿密封静特性变化。研究表明:理论和实验结果相吻合,不同偏心状态下梳齿密封会产生一个使转子偏离静子几何中心的气流力和负的直接刚度,且两者都随偏心率和进口压力的增大而不断增加。实验密封出现的静态不稳定现象主要是由于密封小间隙速度沿密封泄漏方向增加较快,质量惯性力显著增大,压力能降低,从而导致大间隙压力大于小间隙,产生使转子偏离中心的气流力及负刚度,最终导致了静态不稳定。     

交叉刚度对转子碰摩动力学特性的影响分析

针对简化弹簧模型和非线性动态油膜力模型皆不利于交叉刚度对碰摩转子动力学影响分析的问题,建立了基于非对称直接刚度和交叉刚度的Jeffcott转子动力学模型。结合打靶法和Floquet理论研究了转子交叉耦合刚度对转子系统运动稳定性的影响规律。创新性地引入了"碰摩能"新参量对碰摩故障进行量化表征,在此基础上分析了不同交叉刚度下转静件间隙的变化对转子碰摩程度的影响。分析结果表明,在不同"碰摩能"的情况下,转子系统交叉刚度的变化可诱发周期-1运动,再经擦边分岔突变为混沌和经Neimark-Sacker分岔渐变为混沌,正向涡动经跨临界分岔演化为反向涡动;交叉刚度较大时,增大转静件间隙反而会加重转静子碰摩的程度。     

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。     

离心式压缩机密封动态特性分析及稳定性评价

稳定性问题是离心压缩机在向高端化方向发展过程中遇到的主要瓶颈,密封间隙内流体周向流动导致的压力在圆周方向不均匀分布是导致失稳的主要原因。采用数值模拟的方法预测密封的动力特性系数,有助于加强对密封机理的理解,实现密封结构的优化进而提高转子的稳定性和设计的可靠性。本文使用数值模拟的方法,首先基于ANSYS APDL语言,开发了参数化程序来构建迷宫密封、孔式阻尼密封及蜂窝密封的几何模型,采用ANSYS CFX软件,计算并比较三种密封的刚度及阻尼等动力学特性参数,研究结果表明孔式阻尼密封及蜂窝密封相对于迷宫密封可以提供更大的刚度和阻尼、且具有较好的密封特性。在此基础上,以孔式阻尼密封为对象,研究比较了不同孔间距,不同孔径的孔式阻尼密封,找到影响阻尼密封动力学参数的基本规律。最后以一台九级合成气压缩机转子为例,比较不同密封对转子稳定性的影响。CFD计算的结果预测了密封的动力特性以及密封结构参数对转子动力学特性的影响,可以指导密封的设计和压缩机改造,综合考虑性能和制造成本,实现优化设计。     

不平衡转子涡动对鼓筒振动特性影响

针对叶轮机械中鼓盘式转子,考虑转子涡动与鼓筒振动间耦合作用,建立轮盘-鼓筒-转轴系统动力学模型,分析不平衡转子涡动对鼓筒振动特性影响。结果表明,不平衡转子涡动仅与环向波数为1的鼓筒弹性振动模态耦合;转轴支撑刚度为线性时,转子稳态运动轴心轨迹为圆形,不平衡转子涡动不直接引发鼓筒稳态弹性振动;转轴为非线性支撑时,转子稳态运动轴心轨迹变复杂,不平衡转子涡动会引起鼓筒小幅稳态振动。     

拉杆转子-轴承-密封系统接触刚度矩阵建立及动力学特性分析

周向拉杆转子结构在燃气轮机中非常常见,而转子结构中普遍存在的拉杆及接触层对转子-轴承-密封系统的动力学特性具有非常重要的影响。在本研究中,建立了周向分布拉杆的力学模型和表征轮盘之间接触效应的非线性接触刚度矩阵,该接触刚度矩阵由七个刚度系数组成,这七个刚度系数可以综合表征接触层横向刚度,剪切刚度,弯曲刚度,扭转刚度,并且该矩阵能够考虑转子变形对于刚度系数的影响。结合基于短轴承理论并且经过试验验证的非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型建立了周向拉杆转子-轴承-密封系统的动力学模型。采用了Newmark-β法对动力学方程进行了求解,并采用三维频谱图分析了预紧力大小和预紧力不均对周向拉杆转子-轴承-密封系统的非线性动力学特性的影响规律。结果表明,接触刚度以及故障拉杆的相对位置对拉杆转子-轴承-密封系统的稳定性及频率成分影响明显。     

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。     

瞬态载荷作用下氦透平转子的时域响应分析

采用有限元法研究瞬态冲击下转子动力特性的时域响应,研究核聚变装置在实验过程中产生的交流损耗给氦透平膨胀机带来的冲击问题。同时研究了轴承刚度、阻尼和轴承间距等因素对转子的振动位移以及自我调节能力的影响。研究结果表明：瞬态冲击造成转子轨迹紊乱,扩大轴心运动范围,转子的最大振幅与载荷呈线性关系;增大刚度可有效减小转子的最大振幅;增大轴承的刚度、阻尼和跨距有利于提高转子自我调节能力,使其快速回到稳定状态。     

考虑密封影响的涡轮泵转子动力特性分析

结构复杂的涡轮泵转子上存在多处密封,考虑密封对转子动力特性的影响是必要的.利用D.W.Childs等提出的动力系数计算方法,计算了环形密封引起的附加刚度和阻尼;采用整体传递矩阵法,计算分析了某涡轮泵转子在不考虑密封、考虑密封主刚度和稳定性分析三种情况下的临界转速.本文计算得到的一阶临界转速与实际转子的情况相一致,计算方法适用于工程应用.     

黏性剪切阻尼器性能频率依存性对斜拉索多模态阻尼影响研究EI北大核心CSCD

斜拉索振动是危害缆索桥梁安全性和适用性的一个工程难题,实际中常采用附加阻尼器的方法实现减振。在拉索-阻尼器系统分析中,多将阻尼器系数考虑为常数;现有理论和试验表明,阻尼器动力特性包括刚度和阻尼系数存在明显的频率依存性,相关研究尚缺乏。并且,拉索随着长度的增大,基频降低,分析和设计中更需要考虑索的多模态(多频率)阻尼。因此,研究索阻尼器性能的频率依存性对索多模态阻尼效果的影响。研究选取工程中广泛应用的黏性剪切阻尼器(viscous shear damper,VSD)。首先,开展阻尼器单体试验研究,结果表明在固定位移幅值情况下,随着振动频率的增大,阻尼器的阻尼系数变小而刚度系数增大,系数与频率之间近似呈现指数函数的关系;进一步,采用小垂度拉索附加带刚度阻尼器模型,分析索-阻尼器系统的动力特性,讨论阻尼器性能频率依存性对索多模态阻尼效果的影响;最后,通过实索动力测试得到阻尼器对索多阶模态阻尼效果,与理论分析结果吻合。试验结果表明,实际阻尼器的设计需要考虑阻尼器性能的频率依存性,结合阻尼器单体试验和索-阻尼器系统理论分析是一种精确和实用的方法。     

考虑接触刚度的燃气轮机拉杆转子动力特性研究

基于弹塑性理论对具有粗糙表面的长方微元体进行有限元接触分析,根据受力和变形关系得到了不同载荷作用下的法向和切向界面接触刚度。将微元体界面接触刚度与宏观结构应力分析结果相结合,给出了考虑接触刚度的组合结构动力特性研究方法,分析了压气段轮盘接触刚度对某重型燃气轮机拉杆转子固有振动频率的影响。结果表明,界面接触刚度导致转子固有频率降低,随着接触刚度的增加,其对固有频率的影响逐渐减小。接触刚度对转子各阶固有频率的影响不同,法向刚度对第一阶弯曲频率影响较大,切向刚度对第二阶弯曲频率影响较大。     

轮轨接触弹性约束下动力轮对转子系统振动特性分析

轮对柔性、旋转陀螺效应及其约束弹性是准确评估高速运行环境下动力轮对转子系统振动特性的关键。为此，系统开展了轮轨接触弹性约束下典型高速列车动力轮对转子系统的弯曲-扭转-轴向振动特性研究。首先，采用铁木辛柯柔性梁转子有限元理论建立了高速列车动力轮对转子系统的弯扭轴动力学方程，并分别采用刚度影响系数法和能量法推导了一种可以反映等效圆锥车轮踏面与钢轨接触特性的线性化轮轨接触单元；然后，编制了相应的MATLAB计算程序，并与建立的等效ANSYS模型作对比，验证了自编程序的正确性；其次，基于自编程序设计了四种模态模型，即弯曲模型、弯扭模型、弯轴模型和弯扭轴模型，详细对比分析了四种模型振动特性的异同和参数影响规律；最后，讨论了几种典型外部激励下动力轮对转子系统的共振稳定性。结果表明：弯扭轴模型的模态结果能够涵盖其他三种模型的所有模态信息，且模态数据保持一致；由轮轨接触刚度导致的轮对约束弹性(即支承刚度)在纵向和垂向差异显著，使轮对转子系统的1阶和2阶正涡动弯曲模态推迟出现在更高阶固有频率段，且相应的涡动轨迹呈现明显的扁平状；所讨论的典型外部激励中存在较多的能够诱发动力轮对转子系统发生共振的激励频率，...     

磁悬浮分子泵转子振动抑制研究

磁悬浮分子泵具有工作转速高、转子极转动惯量大等特点,针对磁悬浮分子泵转子在升速过程中出现的弯曲模态振动以及涡动模态振动,提出了一种基于滤波交叉反馈与陷波器的大转动惯量磁悬浮转子控制方法。建立磁悬浮轴承-大转动惯量刚性转子系统数学模型,求解得出转子涡动模态频率,根据该模型分析了滤波交叉反馈控制器对涡动模态振动的抑制效果,并且设计了陷波器用于抑制不同转速下的转子弯曲模态振动。试验结果表明,磁悬浮分子泵稳定升速至工作转速18 000 r/min,转子振动位移为35μm,弯曲模态振动以及涡动模态振动得到了有效抑制。     

轴瓦惯性对核主泵水润滑轴承动特性的影响

可倾瓦轴承由于其固有稳定性获得广泛运用，而得出该结论有赖于忽略轴瓦惯性。以屏蔽式核主泵轴承为例，由于其采用水作为润滑介质，密度和黏度较低，所提供的刚度、阻尼较小，加之所受激励频率成分复杂，在轴瓦运动中惯性作用因素具主导性。因而对无惯性轴瓦轴承的稳定性讨论结论对其不适用，有必要进一步讨论轴瓦惯性的影响。以某型核主泵径向四瓦可倾瓦轴承为例，给出一种考虑轴瓦惯性的轴承动特性计算方法，计算不同轴颈涡动频率下该泵的动特性系数，并分析轴承稳定性。结果表明，考虑轴瓦惯性条件下，瓦间承载时四瓦可倾瓦轴承产生显著的负交叉刚度和负交叉阻尼；对稳定性的分析表明，该交叉刚度对总体稳定性影响较小，交叉阻尼则会削弱整体稳定性。     

非线性动态特性系数对汽轮机转子-轴承-密封系统运动特性的影响

为准确地反应汽流激振下汽轮机转子-轴承-密封系统的运动特性,推导了包含非线性动态特性(非线性刚度、阻尼)的转子运动微分方程,将数值模拟获得的非线性汽流激振力拟合成方程耦合到运动方程中,采用龙格-库塔法求解对应的运动方程,基于试验对比验证了考察非线性因素的必要性与运动微分方程的准确性。在此基础上,分析汽流激振力作用下不同非线性动态特性系数对转子运动特性与稳定性的影响。结果表明：系统中的非线性动态特性会改变转子不同类型的混沌运动区域与位移,使1/2、1/3、2/3工频的出现范围及幅值改变,密频现象增加;耦合热、动载荷后高负荷区域转子位移减小。对比Lyapunov指数,考虑非线性动态特性后其均值有所上升;合理的非线性刚度能够改善系统的稳定性,高非线性阻尼值能提高系统稳定性;耦合热、动载荷后的系统高负荷运行时更稳定。     

光滑环形气体密封动态特性研究

光滑环形气体密封动态特性对透平机械转子系统稳定性有直接影响.建立三维数值分析模型,应用基于微元理论的密封动力特性系数识别方法计算光滑环形气体密封在2种出口状态(非阻塞/阻塞)、5种偏心率(ε=10％,30％,50％,70％,80％)以及3种长径比(L/D=0.5,1.0,1.5)工况下密封动态流动特性.结果 表明:在不...     

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。