ON THE AXIAL TRANSIENT RESPONSE ANALYSISOF THE SECTOR-SHAPED HYDRODYNAMIC THRUSTBEARING-ROTOR SYSTEM IN A TURBOEXPANDER

A model for the non-linear axial vibrations of the hydrodynamic thrust bearing-rotor system in a turboexpander is described. The axial transient process of the system is investigated. The time-dependent form ofthe Reynolds equation is solved by a finite difference method with successive overrelaxation scheme to obtain the hydrodynamic forces of the sector-shaped thrust bearing (SSTB). Using these forces, the equation of motion is solved by the fourth-order Runge-Kutta method and the Adams method to predict the transient behaviour of the thrust bearing-rotor system (TBRS).Also,the linearized stiffness and damping coefficients of the oil film hydrodynamic SSTB are calculated.The analyses of the axial transient response of the system under both linear and non-linear conditions are performed. The non-linearity of oil film forces can significantly contribute to the axial transient response. Conclusions obtained can be applied for evaluation of the reliability of the TBRS.

考虑表面粗糙度影响的低温涡轮泵特性与动静间隙流动分析

为分析低温涡轮泵过流部件表面粗糙度对其性能特性的影响,阐明表面粗糙度对涡轮泵动静间隙流场的影响机制,选择增材制造闭式叶轮涡轮氧泵为研究对象,在考虑低温介质热力学效应影响的前提下,采用液氮作为增压输送介质,对涡轮泵低温性能开展实验测试和数值计算。研究结果表明:在13 500~26 000 r/min转速范围内,相较于光滑壁面,考虑过流部件表面粗糙度后,采用液氮作为模拟介质得到的涡轮氧泵数值计算结果与实验测试数据吻合较好;随着离心叶轮及蜗壳等主流表面粗糙度从光滑壁面增加至36μm,涡轮氧泵扬程及效率分别下降了9.1%、10.6%;随着动静间隙过流部件表面粗糙度从0增加至20μm,涡轮泵叶轮轴向力合力系数显著降低了25.8%。研究结果对后续深入揭示表面粗糙度对低温涡轮泵动静间隙流场特性影响规律以及过流部件表面质量分区控制具有重要借鉴意义及参考价值。

透平轴向推力变工况特性分析及预估

透平运行过程中,流量、进排汽参数、抽汽量等发生变化时,整体轴向推力数值也将出现极大波动,甚至方向可能发生变化,同时,透平也有可能出现事故运行工况,此时各方面参数可能出现较大异常。在透平设计及运行过程中,必须综合考虑各工况轴向推力变动情况,将各工况的轴向推力控制在合理范围,进而掌握平衡或降低异常趋势的必要手段,提高机组运行的安全性及经济性。本文从透平轴向推力的原理出发,分析轴向推力的变工况特性,进而可以对透平不同工况的轴向推力进行预判,指导透平的安全及经济性运行。

相继增压系统切换过程对增压器辅推轴承轴向力影响与轴承优化研究

采用数值仿真方法研究基本增压器在系统切换过程中的轴向力变化规律,并提出了辅助推力轴承的改进设计方法。首先数值仿真研究了基本增压器的转子系统在切换时的压气机/涡轮关键典型截面气动参数分布情况,分析了在柴油机增压模式切换过程中基本增压器转子轴向力大小和方向变化规律,然后提出了增加轴承承力面及改变承力面材料的优化方案。结果表明:基本增压器辅助推力轴承在切换的5 s时间内轴向力发生翻转,最大约承受2273 N的反向轴向力,是造成切换过程辅助推力轴承磨损的关键原因;优化方案最大承载能力为优化前的4.8倍,显著提升了辅助推力轴承承载力。经增压器平台可靠性验证,改进后的增压器辅助推力轴承在相同时间内未出现碰磨现象。

分离线扩张比对超音速分离线摆动喷管流场影响规律的数值与试验研究

为进一步优化超音速分离线摆动喷管性能,通过数值计算分析了分离线处扩张比(ε)对超音速分离线摆动喷管流场的影响规律,并进行了试验验证。结果表明:相同ε下,随着摆动角度(θ)的增加,轴向推力系数(C_(fx))逐渐减小;ε取不同值时,相同θ下C_(fx)区别较大,在ε=1.68时C_(fx)达到最大值。相同ε下,随着θ的增加,偏转放大系数(K)先增加后减小,θ为1°~2°时,K值达到最大(K=2.5);不同ε下K区别较大,当ε≥1.46、θ为1°~8°时,K>1,ε=1.21时偏转效益受θ影响较大,K最小值小于1。数值仿真喷管羽流状态与地面试验一致,验证了仿真方法的有效性;分离线处压强由于模型误差存在一定偏差,摆动力矩由于分离线处压强的非均匀分布存在计算偏差。

18辊轧机工作辊轴向力导致止推轴承损坏因素分析及优化措施

18辊轧机工作辊止推轴承在使用过程中易损坏,通过分析发现主要是因为工作辊作用在止推轴承上的轴向力过大造成的,本文主要针对带钢板型呈楔形或镰刀弯、中间辊与侧支撑的作用力的因素讨论分析造成止推轴承损坏的原因,找到了延长止推轴承使用寿命的方法。结合机组运用的实际情况,经过相对应的优化措施改善后,能降低损坏率41.7%。

涡轮增压器轴向力变化规律试验与仿真

提出一种基于悬浮式设计的涡轮增压器轴向力测量方案,解决涡轮增压器轴向力测量范围窄和零点漂移问题,通过试验测量了增压器转子轴向载荷。进一步建立包含轮背间隙、密封环间隙的增压器压气机和涡轮仿真分析模型,基于试验结果验证模型的可靠性,并应用该模型研究揭示了增压器压轮和涡轮轴向力随工况的一般变化规律。研究结果表明:外吹状态时,在同一转速下增压器转子轴向力值随压气机端质量流量的减小而增大;自循环状态时,在转速低于额定转速时,增压器转子轴向力随转速的增加而增大,在转速高于额定转速时,增压器转子轴向力随转速的增加而减小;同一转速下,除喘振点附近,压气机轴向载荷随入口质量流量的减小而增大,涡轮轴向载荷随涡轮入口质量流量的增加而增大;压端和涡端轴向载荷最大的两个区域均为叶轮背盘和叶轮轮毂,且两区域轴向载荷方向相反。

TBM掌子面力学模型与滚刀破岩力推力预测

以掌子面岩体破坏前状态建立了滚刀推力作用的双集中力模型,采用弹性半空间理论的Boussinesq解答和叠加原理,给出了双滚刀协同作用下岩体应力分布的解析解。根据应力分布的特点和TBM破岩要求,提出了TBM破岩的必要条件;采用单轴强度理论和多轴强度理论,分别给出了滚刀破岩推力的预测公式。工程实例表明,采用本文提出的基于多轴强度理论的预测公式计算出的滚刀破岩推力与TBM工作时实际使用的推力非常吻合。

水泵水轮机开机过程水力特性研究

抽水蓄能电站水泵水轮机组在开机过程中产生剧烈的压力波动,转轮内复杂流动和压力脉动是引起固定部件强烈振动的主要原因之一。因此,需要对水泵水轮机开机过程的物理机理进行深入研究。本文同时建立了厦门抽水蓄能电站管路系统的一维特征线水力模型及水泵水轮机组过水流道的三维流场计算模型,开展了机组发电开机过程一维三维耦合的数值计算,重点分析了机组开机过程瞬时流动特点,以及转轮径向力和轴向力变化与外特性的内在关联性。研究发现,机组开机至空载状态时,由于导叶开度小、转速上升快,在无叶区形成了速率很高的水环,同时转轮流道内充斥着大量复杂的漩涡结构,导致了流量与转矩的突降。导叶动作、转速对径向力、轴向力的变化规律有直接的影响,开机过程中转轮径向力的变化趋势与活动导叶动作过程基本一致。轴向力的变化趋势与机组转速变化基本一致,转速和轴向水推力数值总体上为逐渐增大的趋势。本文研究结论为抽水蓄能机组和高水头混流式水轮机的开机过程物理机理和规律提供了有价值的参考。

调节级单通道与全周数值方法对比研究

本文以某350MW亚临界机组为研究对象,采用单通道和全周两种数值模拟方法,分析了调节级在VWO、THA和75%THA工况下的性能。结果表明:由于单通道模型未考虑部分进汽、进汽室等影响因素,对调节级内复杂流场的模拟不准确,所得损失明显较低,进而导致效率明显高于全周计算结果。此外,单通道和全周计算得到的调节级动叶域内的损失差异较静叶域内更大,导致单通道计算得到的压力反动度明显低于全周计算结果,以压力反动度为输入参数,计算得到的调节级轴向推力值差异也较大。实际工程中,评估调节级推力时,建议以全周计算得到的压力反动度为输入参数。

基于不同工质进行径流式透平背叶片对推力和摩擦功耗的影响研究

径流式叶轮背部增加背叶片结构可以有效调整叶轮背部腔室的压力分布,从而调整叶轮部分的轴向推力,但同时背叶片的引入会增加叶轮背面的摩擦功耗。文章基于某一径流式叶轮,研究在两种不同工质(空气及超临界CO_(2))下背叶片对叶轮背部压力分布及摩擦功耗的影响规律,并与无背叶片结构的叶轮背部腔室进行对比,通过研究发现,带背叶片结构时,背部旋转因子随泄漏量及泄漏方向的变化有较小的改变;而无背叶片结构时,背部旋转因子随泄漏量及泄漏方向的变化非常明显。背部摩擦功耗与旋转因子有关,旋转因子较大时摩擦损失较小,旋转因子较小时摩擦损失较大。另外,带背叶片时摩擦功耗要明显大于无背叶片时的摩擦功耗。

部分进汽径流式透平推力评估方法研究

由于部分进汽径流透平内部存在进汽弧段和非进汽弧段,使得叶轮正面与背面的压力沿周向分布非常不均匀,这种不均匀性会对叶轮推力的计算带来很大困难。文章通过对部分进汽度对径流透平推力评估带来的影响进行研究,提出部分进汽径流透平的推力计算方法,使得在方案设计初期快速并相对精确地评估叶轮的推力情况,最大限度地消除部分进汽带来的推力误差,缩小推力范围,保证机组安全稳定运行。

某型磁悬浮鼓风机在高压力非喘振区的失稳分析及解决方案

某新研发的磁悬浮鼓风机在高压力非喘振区运行时出现噪声大、转子失稳、转速无法提高等问题。根据主动控制磁轴承所监测的转子径向、轴向位移以及轴向推力等数据,结合CFD仿真分析,查出从扩压器流出的气流因受到非正常凸出的蜗舌干扰,在蜗壳出口区域产生回流,导致鼓风机转子受到异常的轴向冲击力。由于转子质量小,加速度响应快,轴向磁轴承难以及时控制,最终引发转子失稳。通过去除凸出蜗舌,消除了蜗壳内回流,该问题得到了解决。

某船中速主机止推轴承高温故障原因分析及解决方案

为解决某船航行期间存在的主机止推轴承高温报警和故障停车问题,通过理论分析、实船勘验和台架试验验证等方法,查找并最终定位故障原因。在此基础上,采用橡胶弹性联轴器替换盖斯林格联轴器的解决方案,满足动态轴向位移补偿性能要求,减小作用在主机止推轴承上的轴向力,为后续采用类似动力系统的船舶的设计建造提供参考。

160 kW单级磁力泵故障分析与解决方法

针对某石化企业储运厂160 kW单级磁力泵在运行过程中出现的轴套、滑动轴承及推力盘(又称止推盘)的失效与损坏等故障,分析了160 kW单级磁力泵出现上述问题的原因,并提出了相应的改进措施。改进后的160kW单级磁力泵运行状况良好,提高设备工作效率的同时延长了设备的使用寿命,降低了生产成本。

基于CFD的离心泵轴向力计算与试验

离心泵特别是高压多级泵的设计中,轴向力的预测是一个关键的问题。现有的2种轴向力预测方法,试验测量耗费时间和财力,而采用经验公式计算,其精度及适用性又较差。本文以CFD技术为基础,对一台井用潜水泵内部流场进行数值模拟,得到泵轴轴端及叶轮表面的压力分布,从而预测出泵的轴向力。对泵样机进行轴向力试验,得到其全工况下的轴向力分布。比较泵主要工况下预测值与试验值,结果较为一致,且预测值最大误差小于10%。

离心泵叶轮轴向力自动平衡新方法

介绍了一种创新的离心泵结构,对离心泵叶轮按斜流式叶轮设计,同时采取叶轮进口端面密封及叶轮在泵轴上浮动等措施,实现离心泵叶轮上的轴向力自动平衡。对实现轴向力自动平衡的关键问题进行了深入分析,即当叶轮进口的端面密封处于紧密接触密封状态时,可以使轴向力的方向指向叶轮后盖板,推开密封端面,使叶轮轴向力自动平衡。推导出能够满足轴向力自动平衡的叶轮几何尺寸间的关系不等式,并给出具体算例进行了验证。另外,进行了进口端面密封设计、推力轴承设计,讨论了影响水泵效率的相关因素。

高压离心压缩机轴向推力计算

详细分析了离心压缩机轴向力的组成，建立了离心叶轮外侧间隙内泄漏气体流动的计算模型，采用了低Ｒｅ数ｋε模型，用ＳＩＭＰＬＥＣ方法求解控制方程．对１台离心压缩机的轴向力进行了计算，结果令人满意．

新型轴向力平衡装置轴向力的计算

介绍了一种新型轴向力平衡装置及其平衡原理 ,并分析计算了装有这种平衡装置的多级泵在工作过程中末级叶轮所受的轴向力。推导出该平衡装置在设计工况下实现无轴向力工作应满足的条件 。

立式屏蔽泵的轴向力及石墨轴承耐磨性试验研究

对影响立式屏蔽泵使用寿命的两个关键问题——泵的轴向力和石墨轴承的耐磨性进行了研究。建立了轴向力测量装置,研究屏蔽泵的密封环结构形式和运行工况对轴向力的影响关系,发现双端面密封和平衡孔配合使用可以有效减少轴向力;在Falex摩擦磨损机上对普通石墨材料和浸润树脂石墨材料进行了磨损实验,并利用CSM950扫描电子显微镜对其磨损表面作了形貌分析,试验表明,浸润树脂石墨材料的耐磨性能明显高于普通石墨材料。以上的研究结果对屏蔽泵的设计有指导作用。