【摘要】：在渦輪機(jī)械中,迷宮密封是用于限制轉(zhuǎn)子-定子間隙之間從高壓區(qū)域到低壓區(qū)泄漏的關(guān)鍵部件。迷宮密封的整體性能不僅影響渦輪機(jī)械的氣動效率,而且對轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性和運(yùn)行安全性也有明顯的影響。當(dāng)前高性能渦輪機(jī)械的發(fā)展趨勢是更高效、更緊湊和更高動力,這就需要渦輪機(jī)械轉(zhuǎn)子具有更高的轉(zhuǎn)速和更小的間隙,這一趨勢也需要更加準(zhǔn)確地預(yù)測轉(zhuǎn)子臨界速度、振動水平和渦輪機(jī)械失穩(wěn)的發(fā)生。大量的實驗研究和現(xiàn)場故障經(jīng)驗已經(jīng)證實,迷宮密封中的壓力驅(qū)動流可以產(chǎn)生流體誘導(dǎo)的流場力,在某些情況下會變得很重要,進(jìn)而對渦輪機(jī)械的穩(wěn)定性產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。雖然以往大量的研究被用來研究迷宮密封的轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性,但迷宮密封的流場力特性仍然沒有被完全了解。因此,本論文選擇了旋轉(zhuǎn)直通式迷宮氣封流場力的影響參數(shù)特性規(guī)律作為研究對象,利用基于CFD的數(shù)值計算和研究分析方法,針對多種影響參數(shù)對旋轉(zhuǎn)直通式迷宮氣封流場力的影響進(jìn)行研究和分析。主要研究工作如下:1、根據(jù)傳統(tǒng)的直通式迷宮密封運(yùn)行工況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立了旋轉(zhuǎn)直通式迷宮氣封結(jié)構(gòu)模型,設(shè)定流場力包括作用于轉(zhuǎn)子表面的流體壓力和流體粘滯力,提出了用于研究旋轉(zhuǎn)直通式迷宮氣封流場力的CFD數(shù)值計算方法和研究分析方法。通過密封實驗方法,驗證了 CFD數(shù)值計算方法可以較好地預(yù)測直通式迷宮氣封泄漏量,結(jié)果表明:數(shù)值模擬計算方法能夠滿足本文研究要求。2、分別針對壓差、轉(zhuǎn)速和偏心等三種運(yùn)行參數(shù)對旋轉(zhuǎn)直通式迷宮氣封流場力的影響進(jìn)行了 CFD數(shù)值計算和分析,結(jié)論表明:壓差的增大促進(jìn)了流體壓力和流體粘滯力的增長;轉(zhuǎn)速的增大抑制了流體壓力,促進(jìn)了流體粘滯力;偏心的增大抑制了軸向壓力、軸向粘滯力和總流體粘滯力,促進(jìn)了徑向壓力、總流體壓力和徑向粘滯力,特別是徑向壓力和總流體壓力的變化較大。多元回歸分析表明,壓差是影響總流體壓力的重要因素,其次是偏心;壓差是影響總流體粘滯力的關(guān)鍵因素。3、建立了軸向預(yù)旋速度、徑向預(yù)旋角、周向正預(yù)旋角和周向反預(yù)旋角等四種入口預(yù)旋模型,利用CFD數(shù)值計算方法研究了四種入口預(yù)旋對旋轉(zhuǎn)直通式迷宮氣封流場力的影響,結(jié)論表明:軸向預(yù)旋速度的增大顯著地抑制了轉(zhuǎn)子表面流體壓力和流體粘滯力;某個特定的徑向預(yù)旋角可以使轉(zhuǎn)子表面流體壓力和流體粘滯力達(dá)到極值;周向正預(yù)旋角和周向反預(yù)旋角的增大顯著地促進(jìn)了流體壓力和流體粘滯力。四種入口預(yù)旋不同程度地影響流場力,通過對比發(fā)現(xiàn),周向反預(yù)旋角的影響最大,其次是周向正預(yù)旋角,最后是軸向預(yù)旋速度和徑向預(yù)旋角。4、利用CFD數(shù)值計算方法研究了入口長度、槽寬、齒寬、齒高和齒數(shù)等五個結(jié)構(gòu)參數(shù)對旋轉(zhuǎn)直通式迷宮氣封流場力的影響,結(jié)論表明:齒寬、齒高和齒數(shù)的增大抑制了總流體壓力,促進(jìn)了總流體粘滯力;入口長度和槽寬的增大抑制了總流體壓力和總流體粘滯力。多元回歸分析表明,齒數(shù)是影響總流體壓力的重要因素,其次是槽寬,其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響較小;齒寬是影響總流體粘滯力的重要因素,入口長度、齒數(shù)和槽寬有一定影響。5、設(shè)計了直齒間隙、間隙擴(kuò)張和間隙收縮等三種間隙變化情況,針對三種間隙變化對旋轉(zhuǎn)直通式迷宮氣封流場力的影響進(jìn)行了數(shù)值計算和研究分析,結(jié)論表明:直齒間隙、間隙擴(kuò)張和間隙收縮促進(jìn)了總流體壓力。直齒間隙的增大促進(jìn)了總流體粘滯力,間隙擴(kuò)張和間隙收縮的增大抑制了總流體粘滯力。間隙變化是影響旋轉(zhuǎn)直通式迷宮氣封流場力的重要因素,其中,直齒間隙的影響最大,其次是間隙擴(kuò)張,最后是間隙收縮。本論文較為全面地研究了多種影響參數(shù)對旋轉(zhuǎn)直通式迷宮氣封流場力的影響規(guī)律,特別是針對入口預(yù)旋和間隙變化等的影響。本文結(jié)論不僅有助于更好地理解迷宮密封流場力參數(shù)影響規(guī)律,也為控制和優(yōu)化迷宮密封流場提供了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH136
【圖文】：

２．邋３．１模型建立逡逑根據(jù)傳統(tǒng)的直通式迷宮密封運(yùn)行工況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文選取直通式迷宮氣封逡逑的幾何結(jié)構(gòu)，如圖２－１所示，表２－１給出了詳細(xì)的基本幾何參數(shù)。后續(xù)章節(jié)的直逡逑通式迷宮氣封模型將以圖２－１和表２－１所示的直通式迷宮氣封為基礎(chǔ)。逡逑n艦靛義希苠穩(wěn)肟誄ざ儒蚊芊獬菝芊獠鄱ㄗ映菔宥ㄗ穎礱駑義希懾澹卞澹停卞義廈芊獬隹阱義廈芊餳湎跺巫渝巫穎礱駑義賢跡玻敝蓖ㄊ矯怨獾募負(fù)謂峁瑰義希疲椋紓玻卞澹牽澹錚恚澹簦潁澹錚駑澹遙櫻裕蹋牽渝義顯諮繡持校⒌鬧蓖ㄊ矯怨飭鞒∪撲隳Ｐ禿橢蓖ㄊ矯怨飭鞒″義系耐窕鄭繽跡玻菜盡ｅ義希稿義

本文編號：2803515