大型透平机械叶轮偏心引起的叶顶间隙气流激振研究

【摘要】： 气流激振是由工作介质气体诱发的振动,属于自激振动的范畴。随着科技的发展,特别是国家在十一五期间提出建设节约型社会、提高能源利用效率的要求下,大功率、高参数的透平机械投运成为必然的趋势。然而,随着透平机械参数的不断提高,产生的激振力也会随之增大,汽流激振问题也必将会越来越严重,最终影响透平机械的安全运行。而由叶轮偏心引起的叶顶间隙气流激振是气流激振的一个重要方面,因此,加强透平机械中由叶轮偏心引起的叶顶间隙气流激振的研究也显得非常重要。 本文介绍了由叶轮偏心引起的叶顶间隙气流激振的机理及国内外研究现状,并进行了简单的比较和分析。在参考前人的研究成果后,利用理论方法推导出了考虑转子动、静偏心的叶顶间隙气流激振力公式,并通过推导出的计算公式计算了两个算例中的叶顶间隙气流激振力。通过计算公式和结果可以分析出动、静偏心对叶顶间隙气流激振力的影响均很大,二者均不可忽略。此外,还根据计算结果计算了Alford计算公式中对应的效率系数β的值,计算结果与该领域研究学者的较为接近。 通过Fluent软件对某一轴流引风机的一级带偏心叶轮的内部流场的数值模拟,计算出了该级叶轮由于叶轮偏心引起的叶顶间隙静态气流激振力,该数值模拟计算结果与理论计算结果取得了较好的一致。在计算过程当中,通过改变叶轮的叶顶间隙、偏心距以及转速,可以发现由叶轮偏心引起的叶顶间隙静态气流激振力F与叶顶间隙δ成反比,与叶轮偏心距e、转速n成正比。 初步完成了透平流体机械叶顶间隙气流激振力测试试验台的设计,给出了相应的静态、动态气流激振力的测试方法,并提出了由文中设计的转子试验台模拟汽轮机调节级阀门的开启顺序引起的静态气流力测试的方法。通过文中给出的静态、动态气流激振力的测试方法,可以测出由叶轮偏心引起的叶顶间隙气流激振力的大小,对当前这一领域的研究学者起到一定的参考作用,进一步的推进该方向的理论和实验研究。此外,也可以通过对由调节级阀门开启顺序所产生的静态气流力的模拟测试,对由于汽轮机调节级阀门开启顺序不当而引发的气流激振现象作出解释。 最后,通过对目前已有的研究进行的分析,指出了目前的研究所存在的问题,并对该方向今后的研究进行了展望。