迷宫密封气流激振效应对转子振动响应影响的实验研究

用ＰＬ３０２双通道数据采集器在谱分析仪测试了高速转子在升、降速过程中对迷宫密封中气流激振效应的亚异步自激振动响应,得到了振动响应的三维频谱图。实验结果志明,迷宫密封气流激振对高专子振向应有影响,迷宫密封结构参数对转子稳定性有影响。迷宫密封气流激振引起的转子亚异步自激振动有一个转速门槛值,这种振动一旦发生,其振幅随转速的升高而增大,而振动频率维持不变。迷宫密封气流激振引起的亚异步自激振动和油膜涡动有     

迷宫蜂窝密封泄漏特性的实验测量和数值研究

为研究蜂窝孔径、径向间隙和运行工况对迷宫蜂窝密封泄漏特性的影响,采用静止密封泄漏特性实验测量平台,测量了7种压比和5种径向间隙下迷宫蜂窝密封的泄漏量。基于数值求解三维Reynolds-averaged Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型的方法,研究了迷宫蜂窝密封的泄漏特性。分析了压比(1.05～1.6)、密封间隙(0.4～1.2 mm)、转速(0～8 000 r/min)和蜂窝孔径(0.8、1.6、3.2 mm)对迷宫蜂窝密封泄漏特性的影响,并与光滑面迷宫密封进行了对比。研究表明：迷宫蜂窝密封的泄漏量随着压比的增加而近似线性增大;密封流量系数随径向间隙增大而有所降低,降低最大值为10%。在转速低于3 000 r/min时,转速对迷宫蜂窝密封的泄漏量影响很小;当转速高于3 000 r/min时,蜂窝结构能够抑制流体的周向运动使迷宫蜂窝密封在高转速时具有更优的密封性能,流量系数明显下降,转速升高到8 000 r/min时密封流量系数最多降低到0转速时的51%。迷宫蜂窝密封流量系数随蜂窝孔径增大先减小后升高,在孔径为0.6 mm与齿宽相等时流量系数最低,此时流量系数比光滑面迷...     

喷射或抽取气流抑制叶顶密封气流激振的实验研究

针对汽轮机叶片振动导致叶片断裂的问题,提出用喷射或抽取气流的方法来抑制叶顶密封气流激振。在叶片顶部密封装置上设计了带倾角的气流口,用于喷射和抽取气流。实验研究了在叶片顶部喷射或抽取气流对叶片振动的影响。当倾角小于30°时,在叶片顶部喷射气流加剧叶片振动;当倾角大于40°时,喷射气流明显地抑制了叶片振动,叶片振动量随着喷气压力的增加而减小,最低可减至初始振动量的81%。从叶片顶部抽取气流能够减小叶片振动10%以上;对于普通叶片,当抽气口采用正倾角时抽取气流抑制叶片振动的能力比采用负倾角时大;对于带冠叶片,抽取气流抑制叶片振动效果更好,减振能力可达23%,且叶冠宽度较大时减振效果更稳定。     

迷宫密封气流激振效应对转子振动响应影响的实验研究

用PL30 2双通道数据采集器及频谱分析仪测试了高速转子在升、降速过程中对迷宫密封中气流激振效应的亚异步自激振动响应 ,得到了振动响应的三维频谱图。实验结果声明 ,迷宫密封气流激振对高速转子振动响应有影响 ,迷宫密封结构参数对转子稳定性有影响。迷宫密封气流激振引起的转子亚异步自激振动有一个转速门槛值 ,这种振动一旦发生 ,其振幅随转速的升高而增大 ,而振动频率维持不变。迷宫密封气流激振引起的亚异步自激振动和油膜涡动有显著的不同 ,可以用测试转子振动三维频谱图的方法来诊断高速转子的复杂故障     

蜂窝面迷宫密封内流动和总温升特性的研究

研究了典型燃气轮机蜂窝面迷宫密封内的流动和总温升特性,并与光滑面迷宫密封进行了比较.采用标准k-з紊流模型数值求解了三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,计算了2种流量、不同转速时蜂窝面和光滑面迷宫密封的内流场以及间隙热系数.计算得到的蜂窝面和光滑面迷宫密封的间隙热系数与实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性.研究结果表明:在相同转速、径向间隙和流量条件下,蜂窝面迷宫密封的总温升高于光滑面迷宫密封,即蜂窝面迷宫密封的间隙热系数高于光滑面迷宫密封,表明蜂窝面的阻尼作用提高了间隙热系数.对于蜂窝面和光滑面迷宫密封,其总温升和间隙热系数随转速的升高而增大,随流量的增大而减小.对于蜂窝面迷宫密封,在相同转速条件下,泄漏流量的增大使得子午面上速度增大,但密封内的泄漏流动形态基本相似,光滑面迷宫密封内的泄漏流动形态也具有类似特性.     

进口防旋板对孔型密封非定常气流激振特性的影响

为了展示透平机械密封系统设计中进口防旋板在改善密封转子动力特性和增强转子系统稳定性的止旋方面的性能,采用基于转子多频椭圆轨迹涡动模型和动网格技术的非定常数值方法,研究了进口防旋板对孔型密封非定常气流激振力和转子动力特性系数的影响,计算分析了进口预旋比分别为0和0.6时2种进口防旋板结构的孔型密封转子动力特性系数、非定常气流激振力和流场特性,并与实验结果进行了对比。研究表明:非定常数值方法能够准确预测与频率相关的孔型密封转子动力特性系数;进口预旋可显著减小孔型密封的有效阻尼、增大有效阻尼项的穿越频率,易诱发转子涡动失稳;进口防旋板能够有效减小孔型密封的进口旋流速度、孔型密封的交叉刚度和有效阻尼穿越频率,增大孔型密封的有效刚度和有效阻尼,进而提高转子系统的稳定性。     

脉动流诱发振动转子密封系统特性分析

脉动流对转子密封系统有着重要的影响。该文从脉动流诱发振动的角度,研究了转子密封系统的动态特性。首先分别建立了零平均脉动流和非零平均脉动流流体诱发振动的转子密封系统的振动模型;然后,采用数值分析的方法,对建立的模型进行定量仿真分析;再次,讨论了系统参数对流体激振的影响;最后讨论了模型稳定性问题。研究表明:流速频率接近系统固有频率时,发生流体激振;流体激振幅值与系统阻尼比成反比关系,与流体密度成正比关系。     

汽轮机间隙气流激振力分析及计算程序设计

本文给出了基于流体动力学的计算汽轮机均匀气流场和非均匀气流场直叶片、短扭叶片、长扭叶片以及汽轮机调节级间隙气流激振力的计算公式 ,介绍了基于以上公式的汽轮机间隙气流激振力计算程序 ,并讨论了程序设计中有关积分的处理方法。     

蜂窝叶顶密封对透平级气动性能的影响研究

采用数值计算方法研究了蜂窝叶顶密封的几何尺寸对汽轮机高压缸两级内气动性能的影响,分析了蜂窝密封的几何参数,包括密封间隙、蜂窝孔深、蜂窝孔径对透平级气动性能的影响规律。研究结果表明:随着蜂窝密封间隙的增大,动叶下游静叶内二次流损失增加,透平级内总总等熵效率下降,密封内泄漏量近似线性增加;随着蜂窝孔深的增大,总总等熵效率先增大后基本趋于定值,泄漏量则随孔深的增大先减小然后趋于定值;蜂窝孔径对透平级气动性能的影响主要取决于孔内和密封出口的泄漏流场结构,随着蜂窝孔径的增大,总总等熵效率逐渐增大,泄漏量逐渐减小;蜂窝密封间隙的变化对主流流场的影响显著,蜂窝孔径的变化对主流流场的影响次之,而蜂窝孔深对主流流场的影响较弱。     

基于DIC技术的地下软土内部激振影响区试验

针对列车运行产生的振动荷载对位于地下软土层中的隧道产生沉降影响问题,设计软土内部激振试验新装置,开发了基于数字图像相关(DIC)技术的软土内部振动响应瞬时光学测量系统,研究土体振幅与距振源距离、振动频率、围压之间的关系。试验结果表明:土体振幅随着距振源距离增大而减小,并以幂函数形式拟合振幅衰减曲线,效果良好;基于DIC技术的内部激振影响区能够直观、准确地表征出内部激振的影响区域和影响程度,振动频率的增加能够增大影响区域,围压的增加能够明显减小影响区域。     

Experimental study on absorption of blade vibration of honeycomb seal and shunt injection

Honeycomb seals and shunt injection have been proposed to weaken the blade vibration. Honeycomb seals, as well as, smooth seals were tested with different seals' clearances and shrouded blades. The shunt injection was sprayed to the blade tip clearance in the reverse direction of the main flow. Experimental results showed that both honeycomb seals and shunt injection had the damping effect for blade vibration, and the blade vibration magnitude could be reduced by more than 25% and 17%, respectively. When the two methods were adopted synchronously, more than 1/3 of the blade vibration could be reduced. Consequently, adopting honeycomb seal and superinducing proper shunt injection are two useful ways to minimize vibration of the blade from the viewpoints of avoiding blade rupture and improving the rotor stability.     

叶尖定时及叶尖间隙测量技术研究综述

涡轮叶片在高速旋转时会因振动产生疲劳断裂失效,造成旋转机械的损坏。叶尖定时测量技术是目前最有前途的非接触式叶片振动实时监测方法,叶尖间隙变化与叶片的振动状态密切相关。因此,实时监测叶片的振动状态和叶尖间隙是保证旋转机械安全、稳定、可靠运行的关键。系统综述了叶尖定时及叶尖间隙测量技术的原理和国内外研究成果,认为目前研究仍处于仿真模拟和实验测量的不完全成熟阶段,今后可在以下方面展开研究:1)将叶尖定时和叶尖间隙测量技术相结合,实现叶片的振动测量;2)进行无键相法的叶片异步振动测量,并投入到工程应用中;3)制定有效的动态标定方案,测量叶片在旋转状态时输出电压与叶尖间隙之间的关系;4)研制能够在恶劣环境下进行高精度、长周期测量的传感器。     

基于电涡流技术的叶尖间隙及定时测量研究

透平机械叶尖间隙以及叶片的振动幅值是表征叶片健康状况以及进行叶片故障预测的重要参数。本文提出一种基于电涡流传感技术的叶尖间隙及振动幅值测量的方法,该方法利用电磁感应原理,通过测试标定获取输出电压信号与叶尖间隙变化的关系,提出在欠采样情况下叶顶间隙的获取方法。运用高速采集装置进行叶尖定时信号采集,获取叶片达到传感器的时间;随后结合电涡流叶尖间隙及定时分析算法对测试信号进行后处理计算,可得到旋转机械在运行状态下的叶尖间隙及叶片振动参数。在搭建的模拟实验台上进行不同运行转速下的测试实验,结果表明该测量方法可以准确获取叶尖间隙值及叶片振动位移值,相较于传统的电容技术及光纤技术具有更强的抗环境干扰能力,适合执行长期的状态监测任务,有较高的工程实践价值。     

蜂窝密封动力特性参数的CFD数值分析方法

运用商用CFD软件Fluent,采用三维建模的方法分别建立圆柱形蜂窝密封和圆锥形蜂窝密封的几何模型,针对蜂窝密封几何结构复杂、密封间隙小且径向流动参数变化剧烈的特点,采用了六面体网格划分、增加密封间隙径向网格密度和非平衡壁面函数湍流模型等方法,依次计算出两种形式的密封结构的主刚度、交叉刚度和主阻尼,并与相关的实验数据和解析计算结果相比较,得出本文数值计算方法比原有的解析计算方法有更好准确性,为今后的蜂窝密封动力特性分析和密封结构的优化设计提供一种有效的分析手段。     

非光滑NES在转子-叶片系统振动抑制中的应用

用非光滑非线性能量阱(non-smooth nonlinear energy sink，NSNES)抑制转子-叶片系统的振动，NSNES结构采用分段线性刚度梁形式.首先介绍了NSNES的结构和工作原理，然后利用拉格朗日方程建立转子-叶片-NSNES系统的动力学模型，最后采用数值法分析了该耦合系统处于稳态共振时，NSNES对转子振动和叶片振动的抑制能力.在给定参数下，附加于叶片尖部的NSNES在抑制转子振动时，抑振率可达到68%；在抑制叶片振动时，抑振率可达到62%.文中还将该NSNES的抑振能力与具有相同质量线性动力吸振器(linear dynamic vibration absorber， LDVA)的抑振能力进行了对比.     

覆冰条件下旋转风力机叶片振动特性及其影响因素分析

为探究覆冰条件下旋转风力机叶片振动特性,分析温度、湿度、风速、运行时间四个因素对覆冰叶片振动特性的影响,以1:12.5建立的实体风力机模型为研究对象,搭建旋转风力机叶片覆冰振动测试试验台,设计四因素三水平正交试验,采用环境激励(风激励)和多点拾振的方法进行模态测试。试验研究了不同覆冰状态下旋转风力机叶片的振动特性及其变化规律;以最大振动频率为评价指标,分析四个因素对覆冰风力机叶片振动特性的影响。结果表明:相同覆冰条件下,覆冰厚度不变,旋转风力机叶片振动频率由叶尖至叶根逐渐减小;覆冰位置不变,覆冰厚度增加,旋转风力机叶片振动频率逐渐降低;旋转风力机叶片运行环境温度和湿度变化对其振动频率的影响较大。为进一步分析覆冰条件下旋转风力机叶片的位移响应和振型变化,建立了风力机三维模型,利用ANSYS软件对其进行谐响应分析,分析结果显示不同覆冰状态下叶片振型变化无明显差异,覆冰厚度增加,叶片位移响应值明显增大。研究结果可为覆冰条件下风力机运维策略选择及叶片覆冰安全监测提供理论参考。     

气流激励下某向心涡轮的谐振响应和高周疲劳研究

研究某可调向心涡轮转子叶片表面压力波动特性,以及由此产生的叶片谐振和高周疲劳. 结果表明:涡轮叶片前缘发生高周疲劳破坏,与实际破坏的位置相吻合. 导流叶片尾缘吸力面的强激波和导流叶片叶尖间隙泄漏流是产生压力波动的主要原因,最大压力波动值出现在叶片前缘. 气流压力波动诱发叶片谐振进而产生高周疲劳,振动过程中涡轮各叶片表现出不同的响应特性,同时产生较大动应力,最大应力位于叶片前缘根部.      

MW级复合材料风电叶片的振动特性与应力分布

针对目前风电叶片有限元模型存在铺层不合理的问题,以某1.5 MW风电叶片为研究对象,利用Solidworks软件生成叶片三维模型;再将其导入大型有限元软件Abaqus中,按照叶片铺层理论进行分区域铺层,生成叶片有限元模型,使其更接近叶片的真实铺层状况;在有限元数值计算中,分析了叶片的振动特性以及在50 m/s的极限风速下的应力分布特征.结果表明,叶片模型在模态、强度、刚度三个方面均满足设计要求,叶片的危险截面位于距叶尖约13处,应力主要分布于叶片展向的13~23处,且主要承载结构为主梁和腹板.     

叶片闭环可控吸气减振技术实验研究

分析了目前的叶片减振技术,设计开发了一种叶片闭环可控吸气减振系统,在叶片振动试验台上完成了对比实验,测试了减振系统的减振效果。实验过程中,系统实时监测叶片的振动情况,当叶片振动超过预先设定的门槛值时,系统自动地采取吸气减振措施,降低叶片振动。实验表明,当叶顶是光滑密封时,减振系统能使叶片振动减少16％; 当叶顶是蜂窝密封时,减振系统能使叶片振动减少15.3％。