液氢涡轮泵转子—迷宫密封系统动力学特性研究

发布时间：2017-09-21 19:32

  本文关键词：液氢涡轮泵转子—迷宫密封系统动力学特性研究

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【摘要】：随着现代工业的迅猛发展，转子轴系的转速增加、密封压力的增加和转子挠性度的增加，以及密封间隙的减小，，致使密封激励问题在转子轴系设计中要求更加严格。对于合理描述密封流体激励力不仅有利于系统的动力学特性分析、简化分析过程，还有利于明确密封结构各参数对系统的物理意义，研究密封流体激励力对稳定性的影响规律。本文建立了密封流体激励力理论模型，通过三维CFD计算研究某型号迷宫密封的压力分布、流体作用力，建立液氢涡轮泵转子-密封系统动力学模型，对其动力学特性进行研究，分析系统稳定性，研究其影响规律。主要研究内容和结果如下： (1)使用Muszynska模型并在此基础上引进经验参数，考虑密封入口预旋效应，并建立一套计算迷宫密封的Muszynska模型经验参数的方法，以获得完整的密封流体激励力理论模型，分析迷宫密封流体激振力，并将激振力集总在转子轴系上。 (2)对某型号迷宫型密封建立三维流体计算模型，使用Fluent流体计算软件分析该型号密封内部流动和压力分布，研究密封间隙、转子偏心对密封泄漏量和激振力的影响，通过得到的计算结果数据对密封激振力模型中所设计经验参数进行非线性回归，确定经验系数大小。研究发现密封流体激振力是由静压力和动压力的综合作用，一般情况流体静压力占主导作用。 (3)结合提出的迷宫密封激振力模型、计算得到的模型经验参数获得完整密封激振力模型，使用有限元方法建立液氢涡轮泵转子-迷宫密封系统动力学模型进行数值求解。研究发现轴承支撑刚度、轴承位置对轴系模态振型不影响；迷宫密封流体激振力所激起的轴系振动，其频率与一阶固有频率相近而造成共振，导致液氢涡轮泵转子-迷宫密封系统失稳。 (4)通过研究液氢涡轮泵转子-迷宫密封系统稳定性，发现随着轴系轴承支撑刚度的增加、密封间隙的增加、密封介质粘度的增加统稳定性增强；随着密封两端压差的增加、密封半径的增加系统容易失稳；密封各参数变化对轴系临界转速影响甚微，密封的支撑刚度远小于轴系轴承的支撑刚度，对临界转速的影响可以忽略。
【关键词】：迷宫密封 转子轴系 动力学特性 稳定性 CFD仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 课题背景与研究目的及意义9-10
• 1.2 密封激励力模型研究现状10-19
• 1.2.1 Black-Childs模型11-13
• 1.2.2 Muszynska模型13-15
• 1.2.3 控制体模型15-17
• 1.2.4 基于CFD仿真密封激励力模型研究17-19
• 1.3 密封激励力实验研究19-22
• 1.4 密封激振稳定性研究现状22-23
• 1.5 本文研究内容23-25
• 第2章 迷宫密封流体激励力模型研究25-32
• 2.1 引言25
• 2.2 迷宫密封结构与原理描述25-27
• 2.3 迷宫密封流体激励力模型27-30
• 2.3.1 Muszynska密封流体激励力模型27-29
• 2.3.2 考虑密封入口预旋效应29-30
• 2.4 密封模型经验参数确定30-31
• 2.5 小结31-32
• 第3章 迷宫密封流场CFD模拟32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 密封CFD计算模型及网格划分32-33
• 3.3 密封CFD计算的湍流模型和边界条件33-35
• 3.3.1 湍流模型选择33-34
• 3.3.2 边界条件34-35
• 3.4 密封CFD计算方法验证35-36
• 3.5 密封流场三维CFD数值模拟36-44
• 3.5.1 密封间隙流场分析36-39
• 3.5.2 密封泄漏量39-41
• 3.5.3 密封流体激振力41-44
• 3.6 密封模型经验参数非线性回归44-45
• 3.7 小结45-47
• 第4章 转子-迷宫密封系统动力学研究47-65
• 4.1 引言47
• 4.2 转子动力学方程47-49
• 4.3 转子系统动力学方程数值求解49-51
• 4.4 液氢涡轮泵转子-迷宫密封系统有限元模型51-53
• 4.5 液氢涡轮泵转子-迷宫密封系统动力学特性研究53-64
• 4.5.1 液氢涡轮泵转子轴系临界转速及模态振型53-61
• 4.5.2 液氢涡轮泵转子-迷宫密封系统动力学响应分析61-64
• 4.6 小结64-65
• 第5章 液氢涡轮泵转子-迷宫密封系统稳定性研究65-82
• 5.1 引言65
• 5.2 转子轴承刚度对液氢涡轮泵转子-密封系统稳定性影响65-68
• 5.3 密封间隙对液氢涡轮泵转子-密封系统稳定性影响68-72
• 5.4 密封介质粘度对液氢涡轮泵转子-密封系统稳定性影响72-75
• 5.5 密封两端压差对液氢涡轮泵转子-密封系统稳定性影响75-78
• 5.6 密封半径对液氢涡轮泵转子-密封系统稳定性影响78-81
• 5.7 小结81-82
• 结论82-83
• 参考文献83-90
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果90-92
• 致谢92

【参考文献】

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1 高N

本文编号：896451