针对大型压缩机机壳试压工况下仿真分析结果与现场的差异性问题,采用仿真分析以及螺栓预紧力损失试验研究,确定并分析了液压拉伸螺栓存在预紧力损失现象,结果表明,当长径比在2~7之间时,M42液压拉伸螺栓预紧力的损失比例在26%~35%之间;将预紧力损失比例引入机壳试压仿真分析后,仿真分析结果与现场的差异性进一步缩小。考虑损失因素后,机壳的一次试验通过率从60%提升到95%以上。研究结果可为液压拉伸螺栓连接的法兰泄漏问题提供定性的指导,并为压缩机机壳密闭性仿真分析研究提供一定的参考。

离心压缩机叶轮结构设计需要同时兼顾气动性能和结构强度要求。本文研究了考虑气动性能要求下的叶轮结构应力优化方法。通过Bezier曲线拟合叶轮子午面形状,采用叶片型线的安放角和叶片厚度控制叶片三维形状。通过径向基函数建立叶轮几何控制参数对叶轮多变效率、叶轮压比、叶片最大应力的代理模型,采用CORSBRF约束优化算法求解优化问题。优化结果表明,在满足叶轮气动性能要求下,叶轮应力得到了改善。

应用非定常动网格技术,建立了阻旋栅密封多频椭圆涡动泄漏特性与动力特性求解模型,研究了周向含20、40个阻旋栅和40个加长型阻旋栅密封在不同预旋比下的泄漏特性与动力特性,并在实验验证数值模型准确性基础上,分析了预旋对密封进口流场,密封腔室旋流强度,周向压差及气流激振力影响,揭示了预旋对阻旋栅密封泄漏特性与动力特性影响机理。研究结果表明阻旋栅密封突出特点在于抑制气流激振,对泄漏量影响不大,当预旋比λ0为0.75,40个加长型阻旋栅密封泄漏量相比无阻旋栅密封降低了0.17%,这主要是预旋增大使周向气流流速增加,加剧了阻旋栅之间的涡流能量耗散现象;而阻旋栅数量增加有利于气流在阻旋栅之间的涡流能量耗散。阻旋栅密封交叉刚度随预旋比增大而增大,随阻旋栅数量或长度增加而降低;直接阻尼和有效阻尼随预旋比增大而减小,随阻...

为探讨锥形间隙对袋型阻尼密封气流力的影响,建立锥形间隙袋型阻尼密封数值求解模型,研究进出口压比、偏心率、转速及锥形度对袋型阻尼密封气流力的影响;设计密封气流力实验台,分析在不同进出口压比及偏心率下锥形间隙袋型阻尼密封气流力的大小;通过密封压力分布规律揭示锥形间隙对袋型阻尼密封气流力的影响机制。研究结果表明:随着进出口压比,偏心率的增大,密封周向楔形间隙内流体动压效应增强,收敛间隙袋型阻尼密封与等间隙袋型阻尼密封的径向气流力增大,发散间隙袋型阻尼密封径向气流力绝对值增大。当转速为0时,密封切向气流力为0,随着转速的提高,密封的切向气流力逐渐增大,密封间隙内气流的周向流动是形成切向气流力的主要原因。收敛间隙袋型阻尼密封沿气流流动方向,密封径向间隙不断减小,气体的聚集使得密封腔中压力升高,...

结构参数与进口预旋对蜂窝密封静力与动力特性有较大影响。建立了蜂窝密封动力特性求解模型,在验证数值求解模型准确性的基础上,研究蜂窝芯格尺寸、轴向长度和进口预旋对密封性能的影响。结果表明,当蜂窝芯格尺寸相同时,密封有效刚度系数和有效阻尼系数随着轴向长度增加而增大;随着预旋比的增大,气流周向分量增大,轴向分量减小,故泄漏量逐渐减少;随着进口预旋的增大,蜂窝密封有效阻尼系数减小,主要是密封周向旋流增强,导致气流周向压力分布不均匀,从而降低了蜂窝密封的稳定性。

迷宫密封齿设计于转子或静子上对迷宫密封的性能影响较大。为揭示转/静子齿对迷宫密封泄漏特性与动力特性的影响机制,应用非定常动网格技术建立了迷宫密封泄漏特性与动力特性多频椭圆涡动求解模型,在验证求解模型准确性基础上,分析转/静子齿迷宫密封的泄漏特性与动力特性,并讨论2种结构对迷宫密封转子系统稳定性的影响。结果表明:转/静子齿迷宫密封的泄漏量均随压比的增加而增大,在12000~24000 r/min转速下,随转速的增加而减小,且转子齿迷宫密封的泄漏量始终高于静子齿迷宫密封;影响转/静子齿迷宫密封泄漏量的因素为泄漏面积;与转子齿迷宫密封相比,静子齿迷宫密封有着较大的有效刚度与有效阻尼,二者的切向气流力与转子涡动方向相反,均抑制了转子的涡动,且静子齿迷宫密封的切向气流力大于转子齿迷宫密封,因此静子齿迷宫密封更有利于转...

新一代蜂窝阻尼密封在提升透平机械转子稳定性方面有优越的表现,其动力特性是评价转子稳定性的重要参数。应用非定常动网格技术和多频涡动模型,研究蜂窝密封动特性系数随转子涡动频率的变化规律,并与迷宫密封进行对比。结果表明:蜂窝密封动特性受转子涡动频率影响较大,直接刚度系数和交叉阻尼系数随涡动频率增大而增大,交叉刚度和直接阻尼系数随涡动频率增大而减小;迷宫密封动特性系数随涡动频率变化特征不明显;在低频率区蜂窝密封的有效阻尼远高于迷宫密封。在实际压缩机转子上的应用结果表明,蜂窝密封能显著提升转子稳定性。

反旋流喷射时间与喷射位置对密封静力与动力特性有较大影响,建立反旋流密封主动喷射控制数值模型,研究压比、预旋比对密封静力与动力特性的影响,分析反旋流主动喷射控制时压力与流速分布,从气流力做功角度揭示反旋流密封抑振机理。结果表明增大转子涡动角可降低反旋流密封下游密封腔周向压差,提高转子稳定性;反旋流近转子轴心径向喷射对密封有效刚度影响较大,反旋流于转子涡动上游切向喷射可降低交叉刚度、提高有效阻尼,且压比越高、预旋比越大,反旋流对密封稳定性优化效果越显著,但会导致泄漏量增加。最高参数下,反旋流近转子轴心喷射比远转子轴心喷射耗散密封系统的能量高4.61%,切向喷射时于转子涡动上游喷射比位于涡动下游喷射耗散能量高3.30%,转子涡动角相同时,反旋流切向喷射较径向喷射能量耗散更显著。

提出一种周向发散式袋型阻尼密封结构,建立了袋型阻尼密封多频椭圆涡动求解模型,在实验验证求解模型准确性的基础上,研究了进出口压比、偏心率对袋型阻尼密封泄漏特性与动力特性的影响,分析了两种袋型阻尼密封的转子稳定性。结果表明两种袋型阻尼密封的泄漏量平均相差0.89%,两者泄漏特性相当。传统袋型阻尼密封在转子偏心状态时各腔室存在较大周向压力差,周向发散式袋型阻尼密封各腔室压力分布基本均匀;两者切向气流力与转子涡动方向相反,均抑制转子的涡动,且周向发散式袋型阻尼密封的切向气流力是传统袋型阻尼密封的2.29倍;周向发散式袋型阻尼密封的平均有效阻尼是传统袋型阻尼密封的1.29倍,周向发散式袋型阻尼密封可提高转子系统的稳定性。

采用非定常动网格技术建立了袋型阻尼密封泄漏特性和动力特性多频椭圆涡动求解模型,在验证求解模型准确性的基础上,研究了压比、转速和凹槽位置不同时凹槽射流对袋型阻尼密封泄漏特性与动力特性的影响,分析了袋型阻尼密封轴向与周向的流速和压力分布特性,揭示了凹槽射流对袋型阻尼密封泄漏特性和动力特性的影响机理。研究表明凹槽射流增强了袋型阻尼密封直通效应,削弱了基本腔室内气流动能的耗散作用,增大了泄漏量,当压比由2增至6.9时,相比无凹槽袋型阻尼密封,有凹槽袋型阻尼密封泄漏量增大11.75%~12.67%。凹槽射流可减小袋型阻尼密封交叉刚度,增大直接阻尼和有效阻尼,且转子低频(频率小于120 Hz)涡动时效果更显著;凹槽射流可抑制下游腔室内气流的周向流动,降低周向压差,使周向压力分布更均匀,提高转子稳定性;凹槽结构参数相同时,基...