旋轉(zhuǎn)機(jī)械微小間隙內(nèi)流體動力特性分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械向大型化和高參數(shù)方向發(fā)展,旋轉(zhuǎn)機(jī)械微小間隙內(nèi)流體激振力所產(chǎn)生的自激振動成為影響轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素之一。由滑動軸承間隙與密封間隙內(nèi)流體產(chǎn)生的流體激振將直接影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性,成為影響大容量機(jī)組設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的重大隱患。開展滑動軸承與密封間隙內(nèi)流體動力特性理論與試驗(yàn)等方面研究,具有重要的理論意義和工程價(jià)值。
　　 Navier-Stokes方程是研究流體特性的理論基礎(chǔ),DQ方法等價(jià)于高階有限差分法。本文

2、應(yīng)用局部DQ方法對流體力學(xué)方程進(jìn)行了數(shù)值求解。首先以臺階流為求解模型,應(yīng)用局部迎風(fēng)DQ方法對原始變量的N-S方程進(jìn)行了數(shù)值求解,建立了基于局部迎風(fēng)DQ方法的復(fù)雜臺階流求解模型。在此研究基礎(chǔ)上,提出了本質(zhì)和自然邊界條件的處理方法,分析了支持域大小、不同基函數(shù)、邊界條件、迎風(fēng)機(jī)制等因素對求解結(jié)果的影響。Reynolds方程是研究滑動軸承動力特性的理論基礎(chǔ),本文進(jìn)一步將局部DO方法引入到滑動軸承動力特性求解模型中,應(yīng)用局部DQ方法對滑動軸承靜

3、態(tài)壓力及擾動壓力的Reynolds進(jìn)行了數(shù)值求解,建立了基于局部DQ方法的滑動軸承動力特性系數(shù)求解模型。
　　 傳統(tǒng)滑動軸承研究大多建立在Reynolds方程基礎(chǔ)上,邊界條件的選取對Reynolds方程的求解影響較大,且傳統(tǒng)滑動軸承求解模型均為單相流模型。大量試驗(yàn)結(jié)果表明,滑動軸承負(fù)壓區(qū)內(nèi)油和氣混合存在。因此為了更準(zhǔn)確研究軸承特性,本文將CFD兩相流數(shù)值計(jì)算應(yīng)用到滑動軸承求解模型中,建立了滑動軸承兩相流求解模型,該模型無需設(shè)定油

4、膜破裂邊界條件且更能準(zhǔn)確模擬滑動軸承流場特性。為了求解滑動軸承動力特性系數(shù),本文研究了CFD動網(wǎng)格技術(shù),將CFD動網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用于求解滑動軸承剛度、阻尼系數(shù),建立了CFD兩相流滑動軸承動力特性求解模型。本文分析了負(fù)壓區(qū)內(nèi)油膜氣穴分布及汽化比例的影響因素,研究了兩相流對滑動軸承靜力及動力特性的影響。
　　 本文研究了CFD旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系技術(shù),應(yīng)用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系將非定常流動問題轉(zhuǎn)化成定常問題,建立迷宮密封動力特性求解模型,對密封流場及密封動力

5、特性系數(shù)進(jìn)行求解研究。在CFD數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上,分析了密封氣流激振力的機(jī)理。研究表明,密封內(nèi)流體的螺旋形流動效應(yīng)是產(chǎn)生密封氣流激振力的重要原因。傳統(tǒng)密封型式均為軸向密封,因此氣流激振問題難以得到根本解決。本文提出新型“徑向環(huán)形密封”思想,與傳統(tǒng)密封不同,密封的布置型式由軸向調(diào)整為徑向,可以有效減小密封內(nèi)氣流的螺旋形效應(yīng),提高密封穩(wěn)定性。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,與傳統(tǒng)密封相比,新型密封泄漏量少,氣流力小。
　　 本文設(shè)計(jì)搭建多功能密封試

6、驗(yàn)臺,可以對不同型式密封的靜態(tài)及動態(tài)特性進(jìn)行試驗(yàn)研究,利用密封試驗(yàn)臺開展刷式密封泄流特性及磨損特性的靜態(tài)性能及迷宮密封動態(tài)氣流力識別的試驗(yàn)研究。傳統(tǒng)密封氣流力識別模型氣缸只能做平動,一旦氣缸出現(xiàn)偏擺則模型失效。本文提出了氣缸任意運(yùn)動狀態(tài)下的密封氣流力試驗(yàn)識別方法,引入轉(zhuǎn)子動力學(xué)雙平面平衡理論,將多級密封內(nèi)的氣流力等效到兩個(gè)端面上,建立了多級密封氣流力等效試驗(yàn)識別模型。通過氣缸共振的方法放火氣流力影響,提高識別精度,通過更換不同剛度的彈簧