阻旋栅对梳齿密封动静特性影响研究

阻旋栅可改变密封进口流体周向流动与进口预旋,是提高系统稳定性的主要方法之一.本文作者应用计算流体力学方法研究了阻旋栅几何参数对梳齿密封动静特性的影响,计算分析了阻旋栅在不同长度、间隙、周向个数及不同进口预旋比下密封流场分布与动力特性系数,并与无阻旋栅梳齿密封进行对比.研究表明:阻旋栅能够有效抑制密封进口周向流动、降低密封腔室周向压力;随着阻旋栅周向个数与阻旋栅间隙的减小,其抑制效果增强,阻旋栅长度的增加对周向速度影响则越来越小;提高预旋比将使密封内流体周向速度增加.与传统梳齿密封相比,具有阻旋栅的梳齿密封直接阻尼增加,交叉刚度降低,进而有效阻尼提高.阻旋栅间隙s=0.20 mm、长度l=3.25 mm、数量n=90时密封有效阻尼较大,系统稳定性最好.

梳齿密封阻旋栅有效性的定量分析与判别

阻旋栅是提高梳齿密封系统稳定性的重要部件,计算分析了阻旋栅-梳齿密封在不同阻旋栅间隙及预旋比下各密封腔室内压力、周向旋流强度及动力特性系数,对阻旋栅的有效性进行定量分析与判别。研究表明:阻旋栅间隙对各腔室内压力影响具有不同的趋势,随阻旋栅间隙减小,C腔室压力减小,而C-C腔室压力增大;提出了周向旋流增长率评价阻旋栅的影响范围,有阻旋栅密封周向旋流增长率沿泄漏方向降低,无阻旋栅密封基本保持不变。随着阻旋栅间隙的减小,阻旋栅对周向旋流的抑制范围增大;阻旋栅间隙的减小将增大C腔室内的交叉刚度,减小C-C内交叉刚度,密封整体有效阻尼提高,稳定性增强;预旋比的增加使得C-C腔室内交叉刚度增加,易引起系统失稳。

阻旋栅对密封静力与动力特性影响的数值分析与实验研究

密封动力特性对旋转机械转子系统稳定性影响较大,在密封入口端部设置阻旋栅是提高密封稳定性的有效方法。设计加工了无/有阻旋栅共5种密封结构,从数值分析与实验研究两个方面研究阻旋栅对密封静力与动力特性的影响规律。建立阻旋栅密封静力特性CFD理论模型,数值分析阻旋栅对密封泄漏量、切向速度以及周向压力分布的影响;应用不平衡同频激励法实验研究阻旋栅对密封动力特性的影响。研究结果表明:阻旋栅可降低密封的泄漏量,减小密封内流体的切向速度,进而降低密封内流体的周向压力差,且随着阻旋栅周向稠度与径向长度的增加,这种作用逐渐增大,这是阻旋栅抑制气流激振力的主要原因;预旋是密封产生交叉刚度的重要因素,密封的交叉刚度随进出口压比与转速的增加而增大;阻旋栅可有效降低密封的交叉刚度,增加密封的主阻尼,提高密封的稳定性。本文研究揭示了阻旋栅抑制密封气流激振力的机理,为设计阻旋栅密封提供理论依据。

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。研究结果表明:阻旋栅密封突出特点在于抑制气流激振,对泄漏量影响不大,当预旋比λ0为0.75,40个加长型阻旋栅密封泄漏量相比无阻旋栅密封降低了0.17%,这主要是预旋增大使周向气流流速增加,加剧了阻旋栅之间的涡流能量耗散现象;而阻旋栅数量增加有利于气流在阻旋栅之间的涡流能量耗散。阻旋栅密封交叉刚度随预旋比增大而增大,随阻旋栅数量或长度增加而降低;直接阻尼和有效阻尼随预旋比增大而减小,随阻旋栅数量或长度增加而增大。预旋比增大使密封腔室周向压差升高,气流激振力切向分力与径向分力增大,转子稳定性降低。

考虑叶轮气动效应的离心压缩机转子稳定性分析

API 617标准中要求,离心压缩机产品(包括辅助设备)应确保其最短使用寿命为20年,不间断连续运转时间至少为5年。本文中的压缩机组高压缸转子在实际运行中发生了动力学失稳现象。通过分析,认为对于该机组的转子稳定性分析,应该考虑叶轮气动效应的影响,并发现考虑叶轮气动效应后的转子稳定性与实际运行情况一致,且不满足API 617的要求,为了改善该压缩机的转子稳定性,在叶轮口圈和平衡盘密封处添加阻旋栅,从分析结果看,该措施提高了转子的对数衰减率,满足API 617的要求。

某二氧化碳压缩机转子低频振动分析

重介质高压离心压缩机在现场运行时极易出现低频失稳现象,针对某二氧化碳压缩机的转子低频振动问题进行研究,分析发现该机组一级稳定性分析满足标准要求,但实际运转结果却出现了气体失稳现象。该机组平衡盘密封的进出口气体温差高达160℃,在考虑气体低温属性后,发现口圈密封和平衡盘密封处产生的巨大交叉耦合力将导致转子失稳,二级稳定性分析显示一阶正进动频率下的对数衰减率小于零,最后通过在口圈密封及平衡盘密封增加阻旋栅结构,成功解决该机组气体激振问题。