转子—迷宫密封系统双控体模型的建模与求解

发布时间：2020-06-13 13:41

【摘要】： 在旋转机械中,普遍采用迷宫密封来阻止流体泄漏,当密封内转子因挠曲、不同心或旋转产生涡动运动时,会产生一个作用于转子上的合力——密封力。而随着旋转机械日益向高速、高压、高效率方向发展,密封力对系统稳定性的影响日益重要。但是由于密封结构复杂,而且流体在密封腔内的流动通常处于紊流状态,使得对于转子-密封系统的动力研究尚处于初级阶段。本文首先介绍了Jeffcott转子模型与常见的三种密封力模型：Thomas-Alford线性化模型和非线性的Black-Childs模型,Muszynska模型。并对三种模型进行了比较分析。随后详细阐述了针对液体迷宫密封腔内流体微元的双控体模型建模,利用控制体的质量方程与动量方程得到密封系统的控制方程,并且为便于求解,将它们和转子振动方程一并无量纲化。在第三章中,采用线性方法求解系统,利用摄动法处理密封控制方程,得到密封腔内的压强分布,进而由压强积分得到密封力,代入Thomas-Alford密封力模型求得当量刚度与当量阻尼,并对影响系统稳定性的因素做了探讨。针对线性方法求解转子-密封系统无法得到其非线性特性的局限性,本文提出了直接联立转子振动方程与密封系统控制方程,利用非线性Galerkin方法并Runge-Kutta法与Newton-Raphson方法得到系统转子位移与密封腔内压强。进而用一个无偏心转子-密封系统算例探讨了其非线性特性。最后作者用本文提出的非线性方法计算了偏心转子-密封系统动力特性,得到转子轴心位移随转速的Hopf分岔图,以及特定转速下的轴心轨迹图和Poincare截面图,可以直观了解系统从周期运动直至进入混沌状态的全过程。
【图文】：

角速度,阻尼,规律,失稳状态

6‘川800图3一1交叉刚度与主阻尼随角速度的变化规律图3一1为取定入口预旋比u、=0.5时，系统交叉刚度与主阻尼随转子角速度的变化情况。从图中可知，随着角速度的增大，气与只均单调递减，但是由于。的递减斜率更大，系统逐渐从稳定趋向于失稳状态。并且，在低转速情况下，气与c、的变化率较大，而随着转速的增大，其变化越来越平缓。

曲线,预旋,阻尼,刚度

叻叮阶图3一2交义刚度与主阻尼随入口预旋比的变化规律图3一2为取定角速度。二500rad/、时，系统交叉刚度与主阻尼随入口预旋比u‘的变化规律，，从图中可见，随着入口预旋比的增大，交叉刚度与主阻尼分别呈现线性递增与曲线递减的关系，均对系统稳定性产生不利的影响，但是入口预旋比对交叉刚度的影响远大于刘一主阻尼的影响(从图3一2中c、的变化范围即可看出，此外图3一3中右图三条曲线基木重合也说明了这一点)。因此，设法减小入口预旋比是提高转子一密封系统稳定性的有效方法，这可以有效减小密封力的当量刚度，提高转子稳定性，这个结论在工程中己被广泛应用。图3一3更加直观地表明了转速与入口预选比对密封力交叉刚度与主阻尼的综合影响。可以看到
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH136

【参考文献】