迷宫密封流场与转子动力学耦合研究

【摘要】： 迷宫密封是一种非接触式动密封，它具有无固相摩擦、不需润滑、能耗少等特点，在涡轮机械中广泛应用。但迷宫密封的使用往往会使高速旋转机械产生气流激振问题，出现振动噪声大、碰磨等问题，严重时甚至会使整个机组失效。因此通过迷宫密封腔内流场和压力场的数值计算，分析探讨迷宫密封失稳机理及其各种影响因素，是很有意义的，也有着良好的工程应用前景。 流体在迷宫密封内的流动过程，遵循流体流动的所有控制方程。本文以平滑型迷宫密封为研究对象，应用Fluent软件对迷宫密封腔内可压缩气体流场进行模拟和分析，并提出了一种迷宫密封流场与转子动力学流固准耦合的分析方法。最后，应用这种方法分析了由滑动轴承支撑、带迷宫密封的多圆盘转子系统的动力特性。主要完成了以下工作： (1)建立了迷宫密封内流场分析的有限元模型，讨论了网格单元长宽比对收敛性的影响；应用Fluent软件分别对不同压比、密封齿顶间隙、进气预旋等因素的影响进行了分析计算，并将计算得到的泄漏量与以往的理论计算结果进行了对比分析。 (2)采用移动坐标系的方法研究了转子扰动速度对迷宫密封气体力的影响情况，同时模拟了不同偏心率以及气体进气预旋情况下转子的受力情况。通过分析研究找到了转子在任意位置、任意扰动速度条件下气体力大小的计算方法，进而实现了流固之间的准耦合计算。不同情况下流固耦合计算结果表明：预旋对系统的影响非常显著，不加预旋情况下，系统是一个稳定系统，当给进气一个切向7度预旋角度时，系统的受力情况发生变化，整个系统作概周期运动，稳定性降低。 (3)在原有的转子滑动轴承试验台上，建立了迷宫密封气流激振试验装置，并进行了部分试验研究。由于时间和试验条件的限制，实验研究尚不充分。