偏心密封动力特性分析与新型自同心密封研究

密封气流激振引起的转子失稳已成为发展高性能透平机械的瓶颈问题。为了研究偏心率对密封动力特性及转子稳定性的影响规律,揭示转子偏心诱发密封气流激振的机理,采用非定常动网格技术方法,建立了多频椭圆涡动轨迹的密封动力特性求解模型。在此基础上,提出了新型浮动式自同心密封结构,包含密封环浮动式和密封环自适应同心两大理念,分析了新型密封的工作原理以及力学特性。结果表明:密封的等效刚度和等效阻尼随着偏心率的增大而减小。不同涡动频率下,当偏心率增加到0.7时,等效阻尼相比于同心密封下降幅度达到33%~76%。随着偏心率的增大,密封气流力对转子做功增加,降低了转子系统稳定性;随着偏心率的增加,密封流体动压效应增强,密封气流激振力增大,转子系统稳定性降低,偏心转子密封流体动压效应是产生密封气流激振的主要原因;新型浮动式自同心密封的工作原理及动力学特性分析结果表明,新型密封具有自适应同心功能。

袋型阻尼密封动力特性数值与实验研究

通过非定常动网格技术,建立了袋型阻尼密封动力特性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,研究了袋型阻尼密封腔室轴向长度、周向挡板数量及深度对密封动力特性的影响;并对不同周向挡板数量的等腔室袋型阻尼密封的泄漏特性进行实验研究。研究发现,密封腔室轴向长度为d=4/8mm的传统袋型阻尼密封比d=10mm的等腔室袋型阻尼密封的有效阻尼Ceff约增加21.5%;随着二次腔室轴向长度从d=10mm减小到d=6mm,有效阻尼Ceff约增加14.1%,流体压缩效应更加明显,增加了腔室内的动压,有利于抑制转子涡动。等腔室袋型阻尼密封的周向档板数量对其阻尼系数有显著影响,当涡动频率大于200Hz时,挡板数从24减少到4时,有效阻尼Ceff约增加37.8%,稳定性明显提高。当袋型阻尼密封空腔深度从3mm增加到6mm时,等腔室袋型阻尼密封的交叉刚度较大、Ceff约减小51.7%,稳定性降低。