大间隙环流中偏心转子动特性系数的计算

基于大间隙环流中同心平行涡动转子动特性系数,用数值方法求解了偏心平行涡动转子动特性系数。与已有数值计算结果和实验结果比较表明该方法具有较好的精度。实例计算表明偏心率对大间隙环流中偏心转子动特性系数有较大影响。     

有限长大间隙环流中偏心转子动特性系数的简化分析方法

给出一种分析有限长大间隙环流中偏心转子动特性系数的简化数值分析方法。该方法基于有限长大间隙环流中同心转子的动特性系数计算了三维有限长大间隙环流中偏心转子的动特性系数。数值计算结果表明该方法行之有效。与已有的环压密封的其它数值计算结果和实验结果比较,该方法简单且具有较好的精度。     

大间隙环流中转子系统稳定性研究

采用数值方法研究了转子周围大间隙环流动力学特性及其作用的Jeffcott转子动力学系统的稳定性。结果表明,大间隙环流对转子动力学系统的稳定性有很大的影响,同心转子也将产生半速涡动,最终以正向涡动模式失稳,偏心转子失稳转速有较大的降低,失稳模式取决于系统条件。     

汽轮机叶顶汽封间隙泄漏涡动特性研究

采用三维非定常数值模拟的方法,研究叶顶汽封间隙泄漏涡的结构和涡动频谱特性,并分析汽封各腔室内涡核中心点的径向高度随间隙的变化规律。结果表明:汽轮机叶顶汽封腔室内存在腔室涡和围带壁面涡2种稳定耗散的涡;随着叶顶间隙高度的增加,围带壁面涡涡核的径向高度降低,而腔室涡涡核的径向高度升高;从汽封的入口到出口,腔室涡的涡动随流动变得剧烈,频率增加,波动的幅度变大;围带壁面涡的涡动会在不同腔室内交替变换,齿前的围带壁面涡产生的压力波动最为剧烈,是汽封腔室内最不稳定的一类涡动。     

大间隙环流中轴承支承的单质量转子系统特征值分析

建立了大间隙环流中动压滑动轴承支承的单质量转子系统运动方程和特征方程，分析了系统参数对特征值的影响。结果表明，动压滑动轴承特性系数（如刚度和阻尼系数）、大间隙环流特性参数（如流体动力质量、壁面摩擦因数和无量纲间隙比）以及单质量转子系统参数（如系统固有频率）对系统特征值有不同程度的影响。结果表明：随着表征轴承刚度特性的ω1的增大，失稳转速增加，最终γ趋近于2，即相当于Jeffcott转子系统，同时临界转速也随之提高；随着表征轴承阻尼特性ζ的增大，失稳转速不变，临界转速提高；随着表征大间隙环流特性的流体动力质量α的增大，失稳转速不变，临界转速下降；随着表征大间隙环流特性的壁面摩擦因数和无量纲间隙比值β的增大，失稳转速和临界转速均不发生变化：随着表征单质量转子特性的固有频率ω0的增大．失稳转速下降．临界转速降低．     

大间隙环流的三维动力学模型

建立了大间隙环流的三维动力学模型。该模型采用了Hirs整体流动理论和Moody壁面摩擦系数方程，考虑了壁面摩擦的影响，更为合理。该模型为进一步开展大间隙环流动力学特性研究，特别是研究壁面摩擦对大间隙环流动力学特性的影响提供了可能。     

结构参数对贯通挡板袋型阻尼密封动力特性的影响

与迷宫密封不同，由于有轴向挡板的存在，贯通挡板袋型阻尼密封能提供较大的阻尼，成为抑制旋转机械系统振动的潜在的有效元件。为探究结构参数对该种密封动特性的影响，对扰动下的贯通挡板袋型阻尼密封-转子系统进行受力分析；选定若干组腔室深度、密封间隙、基本腔室宽度，建立数值仿真模型；利用CFD方法计算给定轴颈涡动下密封间隙和腔室中的流动情况，获得扰动作用下轴颈受到间隙气流的径向作用力，求得密封-转子系统8个动特性系数；分析该型阻尼密封的腔室深度、密封间隙、基本腔室宽度3种结构参数对其动特性系数的影响规律。结果表明：刚度系数中直接刚度为主导因素，且随腔室加宽加深单调增加；直接阻尼和交叉阻尼量级相仿，且较大的腔室深度和较小的密封间隙有利于取得较好的阻尼特性；通过选择尽可能深的腔室深度和尽可能小的密封间隙，以及恰当的密封宽度和齿数，可获得更好的密封动力特性。     

空化对低温浮动环密封流场和密封特性的影响

为探究典型工况下单相和两相空化流动的流场及密封特性,对考虑过渡段的低温浮动环密封进行数值仿真,对比分析转子面、密封间隙轴向及周向的压力分布特点,并探究单相和两相流动条件下进口压力、进口温度、转子偏心率以及转子转速对泄漏量、进口损失系数、密封力和偏位角的影响.研究结果表明:同心状态下,单相流和两相流的流场均具有对称性;偏...     

圆柱轴承推力边动特性的偏斜效应

在轴承转子系统中,为了抵消轴向载荷、减小轴向振动,常常在轴上安装推力盘。安装误差以及转轴受载变形等因素会使推力盘发生偏斜从而使推力边动特性发生变化。针对圆柱轴承推力边动特性的偏斜效应问题进行了理论计算与分析:首先利用有限差分法和超松弛迭代法求解Reynolds方程得到推力边的压力分布,然后利用小扰动法求得推力边不同位置处的刚度和阻尼系数,最后探讨了推力盘偏斜条件下偏斜角度、安装间隙以及轴向载荷频率对推力边动特性的影响规律。研究结果表明,推力盘偏斜对不同位置处的刚度和阻尼系数有重要影响,为推力边的设计与安装奠定了基础。     

离心压缩机蜂窝阻尼密封动力特性及转子稳定性*

新一代蜂窝阻尼密封在提升透平机械转子稳定性方面有优越的表现,其动力特性是评价转子稳定性的重要参数。应用非定常动网格技术和多频涡动模型,研究蜂窝密封动特性系数随转子涡动频率的变化规律,并与迷宫密封进行对比。结果表明：蜂窝密封动特性受转子涡动频率影响较大,直接刚度系数和交叉阻尼系数随涡动频率增大而增大,交叉刚度和直接阻尼系数随涡动频率增大而减小;迷宫密封动特性系数随涡动频率变化特征不明显;在低频率区蜂窝密封的有效阻尼远高于迷宫密封。在实际压缩机转子上的应用结果表明,蜂窝密封能显著提升转子稳定性。     

大间隙环流中刚支转子系统振动特性研究

基于Myklestad传递矩阵法．建立了大间隙环流中转子系统的运动方程，采用数值方法分析转子系统的振动特性。数值计算结果表明，由于大间隙环流的流固耦合作用，使转子系统的固有频率、阻尼临界转速、稳定性和不平衡响应均发生了不同程度的变化。数值计算结果与已有的解析分析和实验结果有较好的一致性。     

A new transient CFD method for determining the dynamic coefficients of liquid annular seals

Currently, the dynamic characteristics of annular seals are numerically investigated mainly by solving the bulk flow equations using perturbation method, or by simulating the perturbed flow field of annular seal using CFD method. The adopted disturbance way is generally the circular whirling motion of rotor around seal centre with constant speed. Relative to the transient CFD simulation, the quasisteady CFD simulation introducing Moving reference frame (MRF) has been widely used by researchers. Both the dynamic mesh problem and the time-consuming problem suppress the use of transient CFD simulation in annular seal research. In the paper, a new transient CFD method based on rotor’s variable-speed whirl is presented to improve the time-consuming problem and all the (total 20) dynamic coefficients of concentric liquid seal can be obtained by only two transient CFD simulations, one for the variable-speed cylindrical whirl and the other for the variable-speed conical whirl. The results are compared with those from the experiment, the quasi-steady CFD method and the traditional transient CFD method based on constant-speed whirl. The comparisons show that the new transient method can keep the good accuracy of traditional transient method and meantime largely save the computational time.     

屏蔽套形变对环形间隙轴向流阻的影响研究

针对核主泵屏蔽电机中内冷回路上下支路流量分配的预测问题,研究了屏蔽电机定子屏蔽套变形规律及其对间隙环流轴向流阻的影响规律。采用有限元方法计算了内冷介质高压作用下定子屏蔽套轮廓的圆角沟槽状变形特征,并进行了实验验证。采用计算流体动力学方法研究了界面非圆轮廓形变对间隙流场的影响,通过变参数分析与数学拟合,建立了核主泵屏蔽电机定子屏蔽套形变后的间隙环流轴向流动阻力系数修正模型。该模型的计算结果表明,在屏蔽式核主泵的额定工作状态,驱动电机定子界面轮廓相较于理想状态存在11%的变形,这种变形会导致电机定转子间隙流动轴向沿程压降值下降到无形变间隙的83%左右。     

Fluid-structure interaction analysis of annular seals and rotor systems in multi-stage pumps

Annular seals play an important role in determining the vibrational behavior of rotors in multi-stage pumps. To determine the critical speeds and unbalanced responses of rotor systems which consider annular seals, a fluid-structure interaction (FSI) method was developed, and the numerical method was verified by experiments conducted on a model rotor. In a typical FSI process, rotor systems are modeled based on a node-element method, and the motion equations are expressed in a type of matrix. To consider the influence of annular seals, dynamic coefficients of annular seals were introduced into the motion equations through matrix transformation. The test results of the model rotor showed good agreement with the calculated results. Based on the FSI method proposed here, the governing equations of annular seals were solved in two different ways. The results showed that the Childs method is more accurate in predicting a rotor’s critical speed. The critical speeds of the model rotor were calculated at different clearance sizes and length/diameter ratios. Tilting coefficients of long seals were added to the dynamic coefficients to consider the influence of tilting. The critical speeds reached their maximum value when the L/D ratio was around 1.25, and tilting enhanced the rotor’s stability when long annular seals were located in either end of the shaft.     

主动混合滑动轴承的可控性分析

针对动静压混合滑动轴承,分析了主动节流轴承的可控性,并提出以可控性系数来加以衡量。通过有限差分法迭代求解Reynolds方程,根据油腔内的流量平衡关系修正油腔压力,继而得到轴承间隙内的油膜压力分布和油膜合力;采用小扰动法求解得到轴承的8个动力特性系数和可控性系数。结果表明:增大油腔面积,将能有效提高轴承的可控性;油腔轴向宽度对轴承可控性系数的影响较大,而周向包角的影响相对较小;轴承的同心节流比对轴承的可控性有较大影响,提高节流比将能得到较好的可控性;油腔轴向宽度和轴承的同心节流比对轴承流量影响甚大,需要综合考虑轴承可控性和流量的关系,以达到最优性能。