新型負錯位密封抑制氣流激振機理與結構最佳化研究

《新型負錯位密封抑制氣流激振機理與結構最佳化研究》是依託瀋陽航空航天大學，由孫丹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型負錯位密封抑制氣流激振機理與結構最佳化研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫丹
• 依託單位：瀋陽航空航天大學

項目摘要

隨著旋轉機械工作介質向高參數方向發展，密封氣流激振力成為影響旋轉機械轉子穩定性的重要因素之一。介質參數提高后，流體動壓效應增強，密封氣流激振力增大。本項目借鑑錯位軸承理論提出一種新型負錯位密封結構，可降低流體動壓效應，抑制密封氣流激振力。本項目擬從理論分析、數值計算、實驗研究三方面對新型負錯位密封抑制氣流激振機理進行深入研究，套用CFD技術建立新型密封靜力與動力特性求解模型，套用不平衡同頻激勵法實驗識別密封動力特性係數，在數值計算與實驗研究基礎上，揭示流體動壓效應對密封氣流激振影響機理，闡明負錯位密封抑制氣流激振機理，獲得結構參數對負錯位密封靜力與動力特性影響規律，最佳化設計新型密封結構。本項目提出一種新型密封結構，為提高密封抗失穩能力提供新方法。

結題摘要

轉子與靜子之間的密封結構是汽輪機、燃氣輪機、壓縮機、航空發動機等旋轉機械的關鍵部件，起著防止工作介質泄漏和節能降耗的關鍵作用。近年來，隨著旋轉機械工作介質逐漸向高參數方向發展，密封氣流激振引起的轉子失穩已成為發展高參數旋轉機械的瓶頸問題。本項目首先研究了流體動壓效應對密封氣流激振影響機理，密封與滑動軸承流體動壓潤滑原理相似，項目建立了考慮軸頸渦動的滑動軸承兩相流動力特性求解模型，研究了軸頸渦動軌跡與渦動頻率對滑動軸承動力特性的影響，比較分析了圓軸承、橢圓軸承、錯位軸承油膜壓力分布特性。在此基礎上，借鑑錯位軸承理論提出新型負錯位密封結構，從理論分析、數值計算、實驗研究三方面對新型負錯位密封抑制氣流激振機理進行了深入研究。研究結果表明，密封間隙流體周向壓力呈正弦規律分布；密封切向氣流力主要是由於密封內氣流的周向流動而產生的；徑向力主要是由於轉子偏心產生的，偏心轉子密封周向楔形間隙內流體動壓形成的流體動壓效應會加劇密封切向氣流力。保留密封兩端圓形密封齒結構，將內部局部密封齒腔設計為交錯形式的密封結構減小了密封泄漏的直通效應，有效降低密封泄漏量，使得負錯位密封與傳統圓形密封泄漏特性相當；密封的泄漏量隨偏心率與錯位率的增加而增大；與傳統圓形密封相比，負錯位密封形成發散的楔形間隙，降低流體動壓效應，降低周向壓力差，減小密封的切向力；隨著偏心率的增加，密封直接與交叉剛度及交叉阻尼的絕對值均增大，直接阻尼降低；與傳統圓形密封相比，負錯位密封可有效降低密封的交叉剛度，增加密封的主阻尼，增加密封的等效剛度與等效阻尼，提高密封穩定性。本項目揭示了流體動壓效應對密封氣流激振影響機理，闡明了負錯位密封抑振機理，獲得了結構參數對負錯位密封靜力與動力特性的影響規律，最佳化設計了新型密封結構。本項目研究成果提出一種新型抑制氣流激振的密封結構，為提高密封抗失穩能力提供新方法。