超超临界汽轮机转子涡动对密封动力特性的影响

超超临界机组密封动力特性受转子运动影响显著,极易诱发转子失稳。以某1000MW汽轮机超高压缸迷宫密封为例建立密封转子三维模型,采用改进的涡动方程和动网格技术实现微间隙转子多频涡动,分析了不同涡动半径对密封动力特性的影响。结果表明:随着涡动半径增加,直接刚度增大,有效阻尼增大。直接阻尼随频率增加先减小至不变。低频范围内,较大涡动半径下的有效阻尼较显著低,转子容易发生失稳。

迷宫密封非线性动力特性的数值计算方法

随着旋转机械的高参数化,迷宫密封气流激振问题越来越严重.为了能够深入分析迷宫密封与转子耦合系统的非线性动力学行为,提出了一种基于商用CFD软件Fluent计算的数值方法.通过流场分析计算出不同偏心和不同涡动角速度下的迷宫密封非线性气动力,进而求出相应的动力特性系数,从而得到任意位移和速度扰动下的密封非线性气动力.同时讨论了Fluent中入口总压和静压的设置.数值计算表明,气动力与偏心的关系是非线性的,正向预旋不利于系统的稳定性;在有预旋的情况下,随着进出口压差增大,交叉刚度负向增大,主阻尼减小,易使转子系统失稳.

迷宫密封对转子系统稳定性影响研究

透平机械中汽流激振力主要产生于各种形式的密封处，其对转子系统的稳定性有不良影响。因迷宫密封的存在而引起汽流激振，其各有关结构和工况参数对转子动力特性均存在影响。本文主要分析转子转速、入口预旋比、密封间隙、压差、齿数变化等一系列因素对转子系统稳定性的影响，为迷宫密封汽流激振的防治和迷宫密封设计中各参数的最优确定提供参考依据。

迷宫密封动力特性影响因素分析

迷宫密封的存在会引起汽流激振,密封的结构和工况参数对转子动力特性均存在影响.本文综合分析转子转速、人口预旋比、密封间隙、压差等因素对转子动力特性系数的影响,为迷宫密封汽流激振的防治和设计中各参数的最优确定提供参考依据.

基于FLUENT迷宫密封动力特性分析

利用CFD有限元软件Fluent计算迷宫密封三维流场,提出一种计算密封动力特性系数的方法,并研究了偏心率、入口预旋、涡动速度对转子密封动力特性的影响。计算结果表明:入口预旋是产生交叉刚度的主要原因,入口预旋越大交叉刚度越大;主刚度和交叉阻尼与偏心率的关系基本上是线性的,而交叉刚度和主阻尼随偏心率变化呈现明显的非线性。交叉刚度和主阻尼是影响密封转子系统稳定性的重要因素。

迷宫轴封气流周向剪切力对转子动态特性系数的影响

采用扰动法计算分析了透平机械直齿型轴封中非定常高压气流流动对涡动转子的气流激振问题,针对进口速度、进口压力、转子转速、涡动频率以及间隙大小对转子动特性系数的影响进行了详尽计算。结果表明,表面周向剪切力对转子动特性系数的影响不可忽略。

超超临界汽轮机转子的密封动力特性研究

超超临界汽轮机组的蒸汽参数高、转子的直径大,可能使得密封结构的汽流激振问题更加突出。以某1000MW汽轮机超高压缸迷宫密封为例,建立三维密封转子模型,采用改进用户自定义函数(UDF)实现转子的多频涡动模拟。以机组热耗验收工况为边界参数,分析了不同负荷、压比、预旋比下密封动力特性的变化规律。结果表明:高频率下直接刚度受负荷影响明显。密封前后压差增大,蒸汽轴向贯通效应增强,周向旋转减弱,有效阻尼提升。变压比下密封的动力特性变化与变负荷相似。压比增加,有效阻尼增加,密封抑制涡动作用较好。密封动力特性会受到进口蒸汽速度预旋较明显的影响,涡动频率在10Hz以下或55Hz以上时,转子密封的稳定性比较差。

基于CFX的实验台迷宫密封动特性数值计算

为了配合汽流激振实验数据的验证,根据所建立的汽流激振实验台的结构参数,建立迷宫密封的二维几何模型。采用k-ε湍流模型进行数值模拟,通过数值仿真研究了实验密封件的密封特性。获得了齿顶间隙分别为0.2mm、0.3mm、0.4mm和0.8mm的迷宫密封的动特性系数及泄漏量,对密封腔室内的流场进行了深入观察和分析。针对齿顶间隙为0.2mm的迷宫密封,分别计算了-60°、-45°、0°、45°、60°预旋下系统的动特性系数和泄漏量。研究结果可与后续实验数据进行比对,并为后续的汽流激振机理研究做准备。

汽轮机转子半锥形涡动的密封汽流激振及动力特性

为探究转子半锥形涡动时密封汽流激振及动力特性,采用FLUENT用户自定义函数和相对旋转模型实现1000MW机组转子的锥形涡动,展现了半锥形涡动时汽流激振特征,并通过快速傅里叶变换得到密封动力特性,分析了半锥形涡动下转子的动力稳定性。结果表明:转子半锥形涡动时,动力系数波动显著。kzz与kyy的绝对值是平行涡动的4倍。直接阻尼czz和cyy发生相反的变化。交叉刚度kzy与kyz均减小,激振力Fz在切向上的作用增强。交叉阻尼在25Hz后相对变化小于35%。锥形涡动对稳定性影响随涡动频率的增加显著增强,不利于转子稳定。密封内湍流效应增强、齿顶射流改变和涡系在空间上的演化会加剧密封内部压力的波动和不均,扩大汽流激振影响,导致转子稳定性降低。

密封汽流激振下转子动力特性的时域分析

针对汽轮机转子偏心导致的汽流激振问题和静偏心模型在转子动力特性研究中的缺陷,采用动网格技术模拟转子真实的三维涡动,在时域上对转子的动力特性进行研究。结果表明:转子涡动时,汽流激振力及其动力系数在时域上随位移呈三角函数变化,且径向力的方向随转子中心位置的变化发生改变。偏心率、涡动速度、自转速度和压比均影响转子动力特性。额定工况下,偏心率每增加10%,径向力与切向力平均增加约25~35 N。随着涡动速度的增大,切向力朝负方向增加,而直接阻尼和交叉阻尼减小。随着压比的增加,径向力增大而切向力减小。在一定范围内,较大的自转速度会使最大激振力的绝对值减小。

偏置量影响的超超临界汽轮机转子密封动力特性

超超临界汽轮机运行时不平衡的汽流冲击力会引发汽流激振,以某1000MW汽轮机超高压缸隔板迷宫密封为研究对象,采用改进的涡动方程控制转子实现多频涡动,分析了不同偏置量对密封动力特性的影响。结果表明:直接刚度k_(yy)随涡动频率的增加而增加,直接阻尼c_(yy)在30Hz以前先降低后不变。随着压比的增加,有效阻尼增大,转子的稳定性提高。各偏置量下直接刚度k_(yy)朝着正方向增大,c_(yy)随频率的增加先大幅度减小最后近似不变,偏置量引起的密封气动特性变化在高压区域较强。

基于动网格技术的转子动力特性研究

针对汽轮机转子偏心导致的汽流激振问题,本文采用动网格技术模拟转子真实的三维涡动,对转子的动力特性及汽流激振机理进行研究。结果表明:采用动网格实现转子真实涡动时,汽流激振力随转子中心位置发生改变,动力系数呈非线性变化。随着涡动频率的增加,动力系数呈增加趋势,有效阻尼增加。自转速度变化时,直接刚度、直接阻尼、交叉刚度和交叉阻尼的最大波动幅度可达16.6%、41.8%、97.1%和71.4%。当公转速度与自转速度为1500 r/min时,有效阻尼波动较大。随着压比的增加,直接刚度和直接阻尼呈上升趋势,且高压比下转子有效阻尼增大,有利于转子稳定。涡动转子表面压力波动剧烈,是诱发汽流激振的主要原因。