汽体箔片密封间隙流动机理及特性研究

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密封是机电设备防止工质泄漏及外部杂质进入产品内部的关键零部件,由于转子静子处间隙泄漏导致的损失可以达到汽轮机总体损失的22%-33%,对汽轮机的性能有极大的影响,汽体箔片密封是一种新型的柔性结构气体动压密封,其具有泄露量小、抗磨损等优点,对于汽轮机的性能有着重要意义。因此本文以汽体箔片密封为研究对象,对密封的动静特性分别展开研究。本文考虑了湍流流场中速度的脉动,引入了湍流修正系数,结合高温高压下饱和水蒸汽的状态方程,得到了适用于高温高压水蒸汽的可压缩的湍流雷诺方程,建立了汽体箔片密封分析模型。通过牛顿迭代法和有限差分法给出对静态特性进行了求解,在此基础上结合小扰动法对动态特性进行了求解,从而给出了全文的理论基础。通过分析无量纲密封间隙轴向速度分布、压力分布以及密封间隙泄漏量,,研究了不同间隙、转速、偏心率、长径比、半波箔长度和箔片厚度时汽体箔片密封静态特性的影响。在获得汽体箔片密封静态特性的基础上,研究了上述六个参数变化时,对汽体箔片密封的刚度和阻尼等动特性系数的影响。将汽体箔片密封应用于汽轮机转子系统中,建立了弹性轴段单元、刚性圆盘的运动方程以及汽体箔片密封间隙气膜力方程,在此基础上组合得出了汽轮机转子系统的运动方程,而后求解了系统动力学特性,建立了汽体箔片密封-转子系统有限元模型,分析了不平衡响应和临界转速。
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