周向发散式袋型阻尼密封泄漏特性与动力特性数值研究

提出一种周向发散式袋型阻尼密封结构,建立了袋型阻尼密封多频椭圆涡动求解模型,在实验验证求解模型准确性的基础上,研究了进出口压比、偏心率对袋型阻尼密封泄漏特性与动力特性的影响,分析了两种袋型阻尼密封的转子稳定性.结果表明:两种袋型阻尼密封的泄漏量平均相差0.89％,两者泄漏特性相当.传统袋型阻尼密封在转子偏心状态时各腔室...     

高参数贯通式袋型阻尼密封动力特性

采用计算流体力学方法建立贯通式袋型阻尼密封（FPDS）三维数值计算模型,基于多频椭圆涡动轨迹的密封动力特性求解方法研究了高进口压力、转速及预旋比对FPDS动力特性的影响。结果表明：保持进口压力为7 MPa不变,随压比的增加,有效阻尼增加,穿越频率逐渐减小;压比为7时,有效阻尼随进口压力增加而急剧增大,进口压力为7 MPa时有效阻尼约为进口压力为0.69 MPa的10.26倍,系统稳定性增强显著。当转子转速为25 000 r/min时,较转速为5 000 r/min,穿越频率可增加约62.2 Hz,有效阻尼约降低28.5%,交叉刚度增长约6.94倍,高转速严重影响系统稳定,但转速增大有利于在腔室内形成旋涡,降低密封泄漏。当预旋比为0时,系统最稳定,当增加到预旋比为0.8,交叉刚度约增长4.84倍,穿越频率约增加24.9 Hz,有效阻尼下降,导致系统稳定性降低。     

高转速袋型阻尼密封泄漏的特性

采用有限元分析和计算流体动力学耦合数值分析方法(FEA/CFD),研究了考虑转子系统由于高速旋转造成转子径向伸长效应时袋型阻尼密封的泄漏特性和流场形态.计算了密封间隙为0.13mm时,袋型阻尼密封试验件在3种压比、3种转速下的泄漏量,并与试验值和不考虑转子伸长效应的CFD数值模拟结果进行了比较,验证了所采用的FEA/CFD数值方法的可靠性(误差小于1.3%)和高转速下考虑转子伸长的必要性.研究了6种压比、6种转速下密封间隙为0.25mm的袋型阻尼密封的流场和泄漏量,分析了压比和转速对袋型阻尼密封泄漏特性的影响规律.结果表明:当压比大于0.26时,随压比的减小,袋型阻尼密封泄漏量逐渐增大;当压比减小到一定值时(π<0.26),泄漏流体的马赫数在最后一个密封齿间隙处达到1.0,即发生了堵塞,此时泄漏量达到与密封进口总压相对应的最大值;在高转速下,考虑和不考虑转子半径的伸长,密封泄漏量均随转速的增大而减小;在转子面周向马赫数大于0.35时,需要考虑转子半径伸长对泄漏量的影响.      

预旋对阻旋栅密封泄漏特性与动力特性影响机理

应用非定常动网格技术,建立了阻旋栅密封多频椭圆涡动泄漏特性与动力特性求解模型,研究了周向含20、40个阻旋栅和40个加长型阻旋栅密封在不同预旋比下的泄漏特性与动力特性,并在实验验证数值模型准确性基础上,分析了预旋对密封进口流场,密封腔室旋流强度,周向压差及气流激振力影响,揭示了预旋对阻旋栅密封泄漏特性与动力特性影响机理...     

基于反正切函数曲线渐变式孔型阻尼密封泄漏特性与动力特性

为改善孔型阻尼密封泄漏特性,提高转子的稳定性,建立了基于反正切函数曲线渐变式孔型阻尼密封泄漏与动力特性求解模型,通过非定常数值方法研究了不同密封间隙、压比、转速和涡动频率对各间隙形式孔型密封泄漏特性与动力特性的影响,分析了不同间隙形式的泄漏特性与动力特性。结果表明：随着压比逐渐增加,不同形式孔型阻尼密封的泄漏量增加,其中,等间隙的泄漏量增幅最大,反正切函数曲线间隙的泄漏量次之。收敛曲线间隙的泄漏量最小,且较发散曲线间隙的泄漏量小2.31%。随着转速逐渐增加,不同形式孔型阻尼密封的泄漏量增加,其中,曲线间隙的泄漏量较锥形间隙的小,收敛曲线间隙的泄漏量最小,比锥形间隙的泄漏量小15.85%。在压比较大,涡动频率大于120 Hz时,收敛曲线间隙有较小的交叉刚度和较大的直接阻尼,转子系统具有较高的稳定性。在转速增加的情况下,收敛曲线间隙的有效刚度和有效阻尼最大,转子系统的稳定性较其他间隙形状的孔型阻尼密封的稳定性更强。     

锥形间隙孔型阻尼密封动力特性分析及抑振机理

应用非定常动网格技术建立了锥形间隙孔型阻尼密封动力特性多频椭圆涡动求解模型,研究了锥形度和涡动频率对孔型阻尼密封泄漏特性与动力特性的影响,分析了锥形间隙孔型阻尼密封的抑振机理。结果表明:锥形间隙增强了孔型阻尼密封的泄漏直通效应,增加了密封泄漏量。在平均间隙相等的情况下,收敛间隙孔型阻尼密封泄漏量小于发散间隙孔型阻尼密封;在同一涡动频率下,刚度系数随着锥形度的增加而增大,阻尼系数随着锥形度的增加而减小;收敛间隙孔型阻尼密封具有较大的正直接刚度,增加了转子系统的固有频率,发散间隙孔型阻尼密封产生较大的负直接刚度;收敛间隙孔型阻尼密封具有较大的有效刚度和穿越频率,较小的有效阻尼,发散间隙孔型阻尼密封具有较大的有效阻尼,较小的有效刚度和穿越频率;在锥形间隙孔型阻尼密封结构设计时,需要同时考虑转子系统固有频率和同心度的影响。      

齿形结构对迷宫密封泄漏与动力特性影响

建立齿在静子上迷宫密封（TOS LS）、齿在转子上迷宫密封（TOR LS）与交错式迷宫密封（ILS）三维数值分析模型,并采用多频椭圆涡动轨迹模型与计算流体力学方法阐明4种齿形角（θ=0°, 15°, 30°, 45°）对3种迷宫密封泄漏与动力特性的影响。结果表明:在转子转速15000 r/min与进口压力6.9×105 Pa的运行工况下,ILS具有最小的泄漏量,但是若采用过小的齿形角（θ=0°, 15°）易引发转子失稳;TOR LS具有最差的封严性能;TOS LS具有最好的系统稳定性。在齿形角从0°增加至45°时:TOS LS、TOR LS与ILS的泄漏量分别降低5.6%、5.1%与16.8%;中间腔室负气流切向力的绝对值分别增加60.2%、133.9%与470.3%;整个密封段的有效阻尼分别增加44.9%～61.9%、30.7%～53.6%与90.4%～445.3%,系统稳定性均得到显著加强。      

新型浮动式收敛袋型密封动力特性与自适应同心性能数值研究

提出新型浮动式收敛袋型密封结构,建立新型收敛袋型密封与传统迷宫密封多频椭圆涡动动力特性求解模型,研究转速、进出口压比及偏心率对新型收敛袋型密封与传统迷宫密封浮动同心力的影响,对比分析涡动频率对新型收敛袋型密封与传统迷宫密封动力特性系数的影响,基于有效刚度系数定量分析浮动密封的自适应同心性能.研究结果表明:随着转速、进出...     

螺旋槽对柱面气膜密封静力与动力特性影响机理研究

螺旋槽对柱面气膜密封静力和动力特性有较大影响。应用非定常动网格技术建立了柱面气膜密封多频椭圆涡动静力与动力特性求解模型,分析了不同工况及结构参数下螺旋槽对柱面气膜密封静力与动力特性的影响,研究了螺旋槽对封严气体泵吸效应与流体动压效应影响,揭示了螺旋槽对柱面气膜密封静力和动力特性的影响机理。研究结果表明：随着进出口压比与偏心率的增大,气膜内流体动压效应增强,封严气体压力分布不均匀,使得密封泄漏量增加。随着螺旋角的增大,气体经过螺旋槽泵吸效应与挤压作用聚集在螺旋槽根部,形成了较为明显的动压效应,使得泄漏量增加。当螺旋角为30°～50°时,密封的径向气流力指向转子涡动中心,切向气流力与转子涡动速度方向相反,有效地抑制了转子涡动,转子系统稳定性较好。     

超临界二氧化碳多槽型干气密封泄漏流动与动力特性研究

针对超临界二氧化碳（SCO₂）旋转机械面临的严重泄漏、气流激振引发转子失稳等问题,以美国通用电气公司10MWe SCO₂循环中高压涡轮的轴端密封为研究对象,设计了螺旋角15°和30°的螺旋槽、T型槽和ST型槽的四种槽型结构的干气密封。采用基于动网格技术和非定常CFD数值方法的微尺度摄动模型,研究了在实验边界条件下干气密封的稳态性能及在轴向简谐微扰动下SCO₂涡轮轴端干气密封的非稳态动力学特性。对比分析了3种动压槽深度、2种动压槽角度下的干气密封泄漏量、静态气膜刚度、动态气膜刚度和阻尼系数。研究表明：四种槽型均满足泄漏流量的设计要求。随着动压槽深度的增加,干气密封开启力与泄漏流量均增大。ST型槽干气密封有着较大的气膜刚度和刚漏比,同时其在面对轴向微尺度摄动时最为稳定,是综合性能最优秀的干气密封结构。     

航空发动机转子挤压油膜阻尼器设计方法

将挤压油膜阻尼器设计与转子动力学设计相结合,建立了航空发动机转子挤压油膜阻尼器设计方法和设计流程.转子参数为转子阻尼、临界转速配置、最大不平衡量、转子振动峰值,以及支承外传力等,挤压油膜阻尼器设计参数为轴颈偏心率、油膜半径间隙、油膜长度和鼠笼刚度.设计目标是控制转子临界峰值和支承外传力.其中转子阻尼与最大不平衡量为挤压油膜阻尼器设计的关键参数.利用一实验器,对该设计方法进行了数值仿真和实验验证,结果表明:转子振动响应临界峰值减振比例可达60%以上,说明所建立的设计方法是正确有效的,可为挤压油膜阻尼器设计提供指导.      

指尖封严的转子轴心轨迹与泄漏特性的试验

对间隙、过渡、过盈3种配合状态的指尖封严组件的转子轴心轨迹和泄漏特性进行了试验.转子的轴心轨迹采用电涡流传感器进行测量,其测量结果表明:转速越大,转子轴心的偏移越小;在不考虑磨损的情况下轴心偏移对配合状态基本没有影响.由此确保了封严试验台的安全性和有效性.在此基础上,试验研究了转子转速、上下游压差以及封严间隙对泄漏特性的影响.结果表明:泄漏系数随转速增加略有减小;过渡和间隙配合时,在压差小于0.3MPa时泄漏系数随压差增加而增大,压差达到0.3MPa后,泄漏系数趋于平缓;过盈配合时压差对泄漏系数没有明显的影响;泄漏系数随封严间隙的减小而减小,随过盈量的增大而减小.      

某超高速转子系统减振结构研究

为解决某超高速转子系统的失稳碰摩问题,以干摩擦阻尼耗散转子涡动能量理论为依据,采用一种自由安装式干摩擦片减振结构(干摩擦阻尼器).该结构在转轴上安装波形弹性垫片及干摩擦片,通过螺母预紧力矩向波形弹性垫片及各干摩擦片提供轴向正压力.干摩擦片随转子振动并产生相对运动,从而耗散转子涡动能量,达到减振、增强转子稳定性的目的.通...     

座舱两种气密性检验方法的转换

建立了座航两种气密性检验方法的内在联系,可从压降法测试中算出泄漏量,也可从流量法测试中算出压降法的降压时间。为了实际使用方便,还建立了有关图表,供直接查阅。     

不同粘弹减摆器连接形式下的旋翼系统气动弹性稳定性分析

建立了粘弹减摆器不同连接形式时的旋翼系统气动弹性稳定性分析模型。旋翼动力学模型考虑了非定常空气动力和桨叶挥舞/摆振运动的耦合。采用基于复模量的非线性VKS改进模型,建立叶间粘弹减摆器和普通连接粘弹减摆器的力矩方程。分别采用特征分析法及时域分析法计算了普通连接形式和叶间连接形式的直升机旋翼系统的动稳定性。通过对工程实例的分析计算,得出了一些有意义的结论。     

前缘缺口型损伤风扇转子叶栅流动特性分析

为了研究风扇转子叶片在遭遇外物损伤后所造成的叶片型面形变对压气机性能的影响,针对前缘遭遇缺口损伤型的压气机叶型开展数值仿真,分析了其整体气动特性及内部流场细节的变化规律。以某小型大涵道比涡扇发动机风扇转子叶片50%截面叶型为研究对象建立了叶栅模型,假定叶栅中间截面遭遇了球体正向撞击,并在其前缘形成了深度为1.2%相对弦长、宽度为2.5%相对叶高的表面缺陷。借助NUMECA Fine/Open软件包对前缘缺口型损伤风扇转子叶片50%截面叶型平面叶栅进行全通道数值模拟,研究区域共计包含6个叶栅通道,定量分析了损伤前后叶栅的气动特性变化及内部流场结构。结果表明：在来流马赫数为0.6下,前缘缺口型损伤在全攻角范围内增大了叶型总压损失系数,最大相对增大3.11%;扩散因子在前缘损伤后变大,最多增大13.5%。