旋转直通式迷宫气封流场力多参数影响规律研究
发布时间：2020-08-25 09:10
【摘要】：在涡轮机械中,迷宫密封是用于限制转子-定子间隙之间从高压区域到低压区泄漏的关键部件。迷宫密封的整体性能不仅影响涡轮机械的气动效率,而且对转子的稳定性和运行安全性也有明显的影响。当前高性能涡轮机械的发展趋势是更高效、更紧凑和更高动力,这就需要涡轮机械转子具有更高的转速和更小的间隙,这一趋势也需要更加准确地预测转子临界速度、振动水平和涡轮机械失稳的发生。大量的实验研究和现场故障经验已经证实,迷宫密封中的压力驱动流可以产生流体诱导的流场力,在某些情况下会变得很重要,进而对涡轮机械的稳定性产生了严重的影响。虽然以往大量的研究被用来研究迷宫密封的转子动力学特性,但迷宫密封的流场力特性仍然没有被完全了解。因此,本论文选择了旋转直通式迷宫气封流场力的影响参数特性规律作为研究对象,利用基于CFD的数值计算和研究分析方法,针对多种影响参数对旋转直通式迷宫气封流场力的影响进行研究和分析。主要研究工作如下:1、根据传统的直通式迷宫密封运行工况和结构特点,建立了旋转直通式迷宫气封结构模型,设定流场力包括作用于转子表面的流体压力和流体粘滞力,提出了用于研究旋转直通式迷宫气封流场力的CFD数值计算方法和研究分析方法。通过密封实验方法,验证了 CFD数值计算方法可以较好地预测直通式迷宫气封泄漏量,结果表明:数值模拟计算方法能够满足本文研究要求。2、分别针对压差、转速和偏心等三种运行参数对旋转直通式迷宫气封流场力的影响进行了 CFD数值计算和分析,结论表明:压差的增大促进了流体压力和流体粘滞力的增长;转速的增大抑制了流体压力,促进了流体粘滞力;偏心的增大抑制了轴向压力、轴向粘滞力和总流体粘滞力,促进了径向压力、总流体压力和径向粘滞力,特别是径向压力和总流体压力的变化较大。多元回归分析表明,压差是影响总流体压力的重要因素,其次是偏心;压差是影响总流体粘滞力的关键因素。3、建立了轴向预旋速度、径向预旋角、周向正预旋角和周向反预旋角等四种入口预旋模型,利用CFD数值计算方法研究了四种入口预旋对旋转直通式迷宫气封流场力的影响,结论表明:轴向预旋速度的增大显著地抑制了转子表面流体压力和流体粘滞力;某个特定的径向预旋角可以使转子表面流体压力和流体粘滞力达到极值;周向正预旋角和周向反预旋角的增大显著地促进了流体压力和流体粘滞力。四种入口预旋不同程度地影响流场力,通过对比发现,周向反预旋角的影响最大,其次是周向正预旋角,最后是轴向预旋速度和径向预旋角。4、利用CFD数值计算方法研究了入口长度、槽宽、齿宽、齿高和齿数等五个结构参数对旋转直通式迷宫气封流场力的影响,结论表明:齿宽、齿高和齿数的增大抑制了总流体压力,促进了总流体粘滞力;入口长度和槽宽的增大抑制了总流体压力和总流体粘滞力。多元回归分析表明,齿数是影响总流体压力的重要因素,其次是槽宽,其他结构参数的影响较小;齿宽是影响总流体粘滞力的重要因素,入口长度、齿数和槽宽有一定影响。5、设计了直齿间隙、间隙扩张和间隙收缩等三种间隙变化情况,针对三种间隙变化对旋转直通式迷宫气封流场力的影响进行了数值计算和研究分析,结论表明:直齿间隙、间隙扩张和间隙收缩促进了总流体压力。直齿间隙的增大促进了总流体粘滞力,间隙扩张和间隙收缩的增大抑制了总流体粘滞力。间隙变化是影响旋转直通式迷宫气封流场力的重要因素,其中,直齿间隙的影响最大,其次是间隙扩张,最后是间隙收缩。本论文较为全面地研究了多种影响参数对旋转直通式迷宫气封流场力的影响规律,特别是针对入口预旋和间隙变化等的影响。本文结论不仅有助于更好地理解迷宫密封流场力参数影响规律,也为控制和优化迷宫密封流场提供了理论基础。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH136
【图文】：
２．邋３．１模型建立逡逑根据传统的直通式迷宫密封运行工况和结构特点，本文选取直通式迷宫气封逡逑的几何结构，如图２－１所示，表２－１给出了详细的基本几何参数。后续章节的直逡逑通式迷宫气封模型将以图２－１和表２－１所示的直通式迷宫气封为基础。逡逑n艦靛义希苠稳肟诔ざ儒蚊芊獬菝芊獠鄱ㄗ映菔宥ㄗ颖砻驽义希慑澹卞澹停卞义厦芊獬隹阱义厦芊饧湎跺巫渝巫颖砻驽义贤迹玻敝蓖ㄊ矫怨獾募负谓峁瑰义希疲椋纾玻卞澹牵澹铮恚澹簦颍澹铮驽澹遥樱裕蹋牵渝义显谘绣持校⒌闹蓖ㄊ矫怨饬鞒∪扑隳Ｐ秃椭蓖ㄊ矫怨饬鞒″义系耐窕郑缤迹玻菜尽ｅ义希稿义
本文编号：2803515
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH136
【图文】：
２．邋３．１模型建立逡逑根据传统的直通式迷宫密封运行工况和结构特点，本文选取直通式迷宫气封逡逑的几何结构，如图２－１所示，表２－１给出了详细的基本几何参数。后续章节的直逡逑通式迷宫气封模型将以图２－１和表２－１所示的直通式迷宫气封为基础。逡逑n艦靛义希苠稳肟诔ざ儒蚊芊獬菝芊獠鄱ㄗ映菔宥ㄗ颖砻驽义希慑澹卞澹停卞义厦芊獬隹阱义厦芊饧湎跺巫渝巫颖砻驽义贤迹玻敝蓖ㄊ矫怨獾募负谓峁瑰义希疲椋纾玻卞澹牵澹铮恚澹簦颍澹铮驽澹遥樱裕蹋牵渝义显谘绣持校⒌闹蓖ㄊ矫怨饬鞒∪扑隳Ｐ秃椭蓖ㄊ矫怨饬鞒″义系耐窕郑缤迹玻菜尽ｅ义希稿义
本文编号：2803515
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