旋转动密封非定常气流激振转子动力特性研究

工程热物理学报 , 2015, 36(8): 1672-1676.

旋转动密封非定常气流激振转子动力特性研究

王世柱 ^1, , 李志刚 ^2, , 李军 ^3, , 冀大伟 ^4, , 肖高绘 ^5, , 葛庆 ^6,

1.西安交通大学能源与动力工程学院叶轮机械研究所,西安,710049

2.西安交通大学能源与动力工程学院叶轮机械研究所,西安,710049

3.西安交通大学能源与动力工程学院叶轮机械研究所,西安,710049

4.上海电气电站设备有限公司,上海,200240

5.上海电气电站设备有限公司,上海,200240

6.上海电气电站设备有限公司,上海,200240

基金项目: 博士后科学基金(No.2014M550490) 国家自然科学基金(No.51376144,No.51406144)

关键词：旋转动密封 , 预旋 , 转子动力特性 , 数值模拟

Numerical Investigations on Unsteady Flow Excitation Rotordynamic Characteristics of Rotating Seal

Keywords： rotating seal , preswirl , rotordynamic characteristic , numerical simulation

基于多频椭圆涡动模型和动网格技术,通过数值求解三维非定常Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和k-ε紊流模型的方法,研究了进口预旋和涡动频率对旋转动密封转子动力特性的影响.研究表明:旋转动密封在z和y方向具有相同的直接激振力系数(Kxx≈Kyy,Cxx≈Gyy)和大小相等、符号相反的交叉激振力系数(Kxy≈-Kyx,Cxy≈-Cyx);旋转动密封具有正的、频率无关的直接刚度系数,其值随进口预旋的增大而增大.进口预旋对密封交叉刚度的大小和符号均具有显著影响;直接阻尼系数在低频区为负值,且随涡动频率的增大而增大,在90 Hz附近变为正值;在整个涡动频率范围内,旋转动密封的有效阻尼均为负值,不利于转子系统的稳定,其产生的流体激振力可能诱发转子系统失稳.进口预旋虽在一定程度上减小了正的交叉刚度,但同时增大了负的直接阻尼,最终使密封有效阻尼减小;较大的进口预旋增大了转子系统失稳的风险.

参考文献

[1]	李军,晏鑫,丰镇平,江生科,孔祥林,孙奇,王建录,王为民.透平机械阻尼密封技术及其转子动力特性研究进展[J].热力透平,2009(01):5-9,14.
[2]	Eiji ISHII;Chisachi KATO;Katsuaki KIKUCHI .Prediction of rotordynamic forces in a labyrinth seal based on three-dimensional turbulent flow computation[J].JSME International Journal. Series C,1997(4):743-748.
[3]	Zhigang Li;Jun Li;Xin Yan .Multiple Frequencies Elliptical Whirling Orbit Model and Transient RANS Solution Approach to Rotordynamic Coefficients of Annual Gas Seals Prediction[J].Journal of vibration and acoustics: Transactions of the ASME,2013(3):031005-1-031005-14.
[4]	Xin Yan;Jun Li;Zhenping Feng .Investigations on the Rotordynamic Characteristics of a Hole-Pattern Seal Using Transient CFD and Periodic Circular Orbit Model[J].Journal of vibration and acoustics: Transactions of the ASME,2011(4):041007-1-041007-9.

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