空气系统转静腔室轴向力计算与试验研究

燃气轮机转子的轴向推力是燃机总体设计的重要指标之一。燃机转子轴向推力必须保持在一个合适的载荷范围内,即作用在轴承上的轴向推力大小合适且不换向。因此,对空气系统转静腔室轴向力展开计算与试验研究,开展空气密封系统流体网络计算,揭示转-静盘腔气体轴向力产生机理,将转-静盘腔气动推力与转子支承系统解耦,提出一种转-静盘腔气动轴向推力的直接动态测试方法,搭建了转-静盘腔轴向力机理试验台,开展不同压差与不同转速下的转-静盘腔轴向力测试,并利用理论计算与仿真计算对试验结果进行验证,结果表明轴向力直接测试方法准确、可靠。以上研究结果对揭示燃气轮机转-静盘腔轴向力产生机理,明确影响燃机高压转子轴向力大小与方向的关键因素具有重要意义。     

推力轴承对柔性转子系统的非线性动力影响

针对推力轴承支承下,推力轴承对柔性转子系统的稳定性影响问题,考虑转子的倾斜后得到了推力轴承提供的非线性力和力矩,建立了单盘柔性转子系统的有限元模型.将转子的轴向和横向运动方程相结合,对其线性自由度进行缩减后形成了整个系统的动力方程,运用打靶法和Floquet稳定性分叉理论,分析了推力轴承以及圆盘质量偏心对整个系统的非线性动力影响.数值结果表明,推力轴承对整个系统运行的稳定性和分叉行为有很大影响,推力轴承延迟了系统周期解的分叉,提高了临界转速和失稳转速,降低了转子共振振幅,因此推力轴承有助于转子系统的稳定运行.     

锥面法的提出及其应用

在力的平衡和断面法原理的基础上,本文提出了用一种新的方法——锥面法来分析确定向心推力滚动轴承所受的轴向载荷,并将此法归纳为三个计算步骤,简称为三步法。锥面法不仅扩大了平面断面法原理的应用范围,尤其是当向心推力滚动轴承组合不同,以及轴上作用的径向力和轴向力的大小、方向、作用位置出现不同情况时,用锥面法来确定轴承所受的轴向载荷,既简单叉准确。     

推力轴承对单质量转子弯曲振动状态的影响

转子系统发生横向振动时,系统中的推力轴承将因转子振动而产生一组振动及反力及反力矩,与转子横向振动耦合,从而影响转子系统的振动状态,文中将推力轴承的动特性代入转子系统振动方程,研究了推力轴承关于转子横向振动的强耦合效应;又分别研究了推力轴承对不同转子形式的转子系统的系统阻尼的影响;推力轴承轴向总间隙的影响及当系统取不同的径向滑动轴在支承时,推力轴承对系统振动状态的作用,结果表明：推力轴承对转子横向振     

发动机叶片喉道面积检测研究

发动机叶片的喉道面积是发动机装配,调试的重要参数,喉道面积的测量是叶片装配的关键,叶片通道是由76个叶片的上下缘板和每两个叶片叶身型面之间构成的空间曲面通道,研究设计的喉道面积测具能准确地检测每个通道窗口间规定截面的通道宽度尺寸和上下缘板的通道高度尺寸计算出叶片的喉道面积。喉道面积的流量与发动机的推力有关,是影响发动机性能的重要因素,叶片喉道面积测具保证叶片通道排气量均匀。     

航空发动机齿轮传动系统动力学特性研究

以航空发动机两级弧齿锥齿轮传动系统为研究对象,建立了弯—扭—轴三维空间16自由度耦合动力学模型。在模型中考虑了时变啮合刚度、静态传递误差和齿侧间隙等非线性因素,并结合航空发动机高压转子质量大、轴向力大的特点,在动力学方程中将安装在高压轴上的弧齿锥齿轮的质量取为高压转子整体质量;并在该齿轮轴向方向模拟了轴向力。以发动机传动系统实际参数作为动力学方程系数,无量纲化后通过引入状态变量并使用五阶变步长自适应Runge-Kutta数值方法求解,得到系统在慢车、巡航和最大状态下的响应,与该发动机实测数据基本吻合。并且研究了轴向力、输出功率和高压转子质量不平衡量对系统响应的影响。结果表明合理控制轴向力、输出功率和高压转子质量不平衡量可以改善发动机振动情况。     

某型燃气轮机振动故障分析与处理

某型号为Titan130燃气轮机联合循环发电机组大修后试车运行中,燃机转子振动严重超标.经对转子振动频谱图及运行中振动监测数据及状态分析,找到了影响转子动不平衡的原因.在现场采用三点法对转子作动平衡.转子振动值恢复正常,较好的解决了机组现场动平衡问题,经济效益显著.     

离心水泵平衡盘系统的灵敏度

本文就离心水泵轴向推力平衡装置中的平衡盘的灵敏度问题,提出了以转子单位轴向位移相对变量所对应的相对均衡力增量来作为灵敏度系数。通过数学推导得出了它与平衡盘两侧的压差系数、平衡盘系统各部相对尺寸的关系。利用这种方法可以在限制水泵转子轴向窜量的条件下设计合理的平衡盘系统,也可以对已有的平衡盘系统进行运转性能校核,从而找到改进的途径。     

基于流场数值模拟的多级泵转子动力学分析

根据多级泵零件二维图,应用Pro/E软件对转子系统主要部件进行实体建模,采用FLUENT软件对多级泵内部流场进行数值模拟,分析了轴向力及径向力随不同工况的变化情况,基于ANSYS软件对转子系统施加静力载荷,进行静力学、谐响应和瞬态动力学等分析.结果表明:转子系统在第1阶临界转速下的安全区运行,转子系统的振幅与转速变化呈...     

Kaplan机组过渡过程轴向水推力计算

安装Kaplan水轮机的低水头水电站,轴向水推力是一个重要的设计和安全运行指标.为精确计算过渡过程的轴向水推力,除用叉管理论以分节集中模拟蜗壳圆周分流的方法,以计及蜗壳的影响来提高过渡过程计算精度外,还利用螺旋桨理论,对过渡过程机组桨叶划水产生的轴向水推力进行模拟计算.讨论了各种因素对轴向水推力的影响,包括各项推力系数的选取和修正.计算结果接近目前的实测资料,说明此计算模型是简单、合理、有效的.     

具有可变几何喷嘴的增压器轴流涡轮热力计算方法

本文提出具有可变几何喷嘴的增压器轴流涡轮热力计算方法。引入三个脉冲系数将脉冲涡轮按等压涡轮计算。给定通流部分尺寸,利用可变几何喷嘴来满足所驱动压气机和涡轮的配合。考虑各部实际损失,采用吴仲华燃气热力性质表迭代计算求出反动度、喷嘴出气角和喉口面积。可给定废气初温时迭代所需的初压或给定初压时迭代所需的初温,并算出涡轮当量通流面积。计算结果表明迭代计算是收敛的,算出的喷嘴喉口面积与实际相符。     

封严腔几何结构对涡轮性能影响的数值研究

为了研究轮毂封严腔几何结构对涡轮性能的影响,对转/静叶片之间带有封严腔的某高负荷单级涡轮进行了三维定常数值模拟。结果表明,轴向封严的气动效率较高;而径向封严的封严效果更好。篦齿和发卡弯中的旋涡是导致这两种封严结构性能差异的主要原因。内侧封严腔中的小尺度旋涡对入侵的燃气产生了堵塞作用,是其封严效率提高的主要原因。外侧封严腔中的旋涡对入侵的燃气并无阻碍作用,反而使封严效率有所下降。     

蜂窝密封技术在空分增压机级间密封上的应用

针对内蒙古某煤化工厂空分增压机组在生产过程中存在的推力轴承瓦温度偏高等问题,提出了对增压机级间密封进行整体蜂窝技术改造的方案。通过对级间密封结构优化前后叶轮端面轴向受力变化的理论分析及利用计算流体动力学（CFD）软件进行仿真验证,得出级间密封的失效是引起转子轴向力变大的主要原因,并对增压机级间密封进行了蜂窝技术改造。改进后的级间密封结构使得增压机级间串气量减小,叶轮两侧高压气体压力差有所降低,各级压缩效率得到提高,解决了推力轴承瓦温度偏高和气体出口压力不足等问题。蜂窝密封技术在空分增压机级间密封上的成功应用,为解决高速离心压缩机轴向力过大这一问题提供了新的有效方案和改进措施,值得进一步应用推广。     

STOVL型战斗机变循环发动机性能数值模拟

针对短距起飞垂直降落型(STOVL)战斗机的发动机特性进行分析。在常规双轴涡扇发动机性能模拟程序的基础上, 添加了升力风扇与滚转控制喷管部件模块, 并加入了尾喷管喉道面积、模式选择阀门面积和低压涡轮导向器面积等调节变量, 编写了带升力风扇的变循环发动机整机性能数值模拟程序, 选取超音速巡航状态设计点, 确定设计点各参数, 计算分析了带升力风扇的STOVL型变循环发动机在超音速巡航状态、海平面静止状态及STOVL状态的性能参数。研究结果表明:这种创新的变循环推进系统, 通过改变发动机有效涵道比, 提供了较大的推力增加, 同时降低了耗油率。     

多功能旋转机械故障自愈调控实验台

针对高速旋转流体机械上常见的轴位移故障,在转子实验台上开发了一种轴位移故障自愈调控系统,进行实验模拟并为工业应用提供依据。通过使用有限元方法对转子动力特性进行计算分析设计,本实验台具有进行蜂窝密封性能研究、轴系耦联动平衡、故障机理研究、模拟烟气轮机和主动平衡研究等多种功能。     

径向封严腔几何参数对涡轮性能影响的数值研究

为了研究径向封严腔几何参数对涡轮性能的影响,对转/静叶片之间带有封严腔的某高负荷单级涡轮进行了三维定常数值模拟。结果表明,径向间隙和轴向间隙对气动效率的影响程度大于轴向重叠度,几何参数改变导致轮毂二次流损失的变化是影响气动效率的主要因素。轴向间隙对封严效率的影响最大,径向间隙次之,轴向重叠度最小。气流在发卡弯加速后膨胀形成的大尺度旋涡,是轴向间隙能够产生较好封严效果的物理原因。     

火箭发动机液氢涡轮泵转子-密封系统的非线性动力稳定性

研究了不平衡激励下密封对火箭发动机液氢涡轮泵转子系统非线性动力稳定性的影响；采用Muszynska模型描述密封流体激振力，根据Timoshenko梁-轴有限元模型离散化转轴，建立了实际液氢涡轮泵转子-密封系统的非线性有限元模型；结合Floquet理论和打靶法，分析了该不平衡系统的动力稳定性和非线性行为。研究表明：密封诱发的次同步进动造成的系统失稳破坏首先发生在涡轮端轴承；轴承阻尼、密封轴向雷诺数和密封长度对系统临界失稳转速有显著影响，随着轴承阻尼和密封轴向雷诺数的增大，系统临界失稳转速增加，随着密封长度的增加，临界失稳转速逐渐变小。     

Study on seal improvement and rotor thrust control of centrifugal compressor

Fluid pressure variations due to process fluctuations or balance drum seal degradation can result in rotor thrust increasing that may jeopardize thrust bearing and compressor’s reliability. Also, the leakage flow through balance drum seal can seriously affect the efficiency of compressor. A method that can improve both the efficiency and reliability of centrifugal compressor is presented. The method focused on rotor thrust control and balance drum seal upgrading. The low leakage feature of Dry-Gas-Seal（DGS）, high reliability of labyrinth, and the feasibility of upgrading existing structure are taken into account at the same time to design a combined labyrinth-dry gas seal system on the balancing drum. Based on the combined seal system, a Fault Self-Recovering（FSR） system for the fault of rotor shaft displacement is introduced to assure the safety and reliability of centrifugal compressor. The modern Computational Fluid Dynamics（CFD） is used to validate this envision. The numerical result and relevant information indicate that the combined sealing system could improve the efficiency of the centrifugal compressor by about 4%.     

轴流式水轮机轴向力的试验研究

介绍了模型试验中轴向力的测定、轴流式机组轴向力的一般变化规律、下游水位和机组顶盖补气对轴向力的影响等。提出了导叶全关时机组的负轴向力与下游水位的关系可按费洛德数相等进行原模型换算；机组甩负荷时，顶盖补气能有效地减小抬机力和转速升高；以及在数值计算中应以模型实测轴向力特性为基础建立数学模型计算水轮机动态过程中轴向力的变化规律才能有足够的精度，否则将造成较大的误差而无实用价值。