動密封轉子動力特性諧波激勵實驗測試方法

旋轉機械是現代工業中最重要的熱功轉換裝備,在電力、交通、航空航天、軍工等國民經濟與國防安全領域均具有廣泛應用。動密封是現代旋轉機械關鍵部件之一,通常安裝在旋轉機械的動靜部件配合面間隙處,以控制工質泄漏、提升旋轉機械運行效率。以往研究表明:先進的動密封技術可使航空發動機燃料消耗率減小0.9%～1.9%,使燃氣輪機輸出功增大0.3%～1.0%

。此外,先進的動密封技術,對旋轉機械軸系穩定也至關重要。轉子發生微小偏心時,動密封內的流體工質由于Alford效應和Lomakin效應會產生流體激振力,可能誘發轉子失穩

。在國內,已有20多臺300、600 MW等級電站汽輪機,出現嚴重的氣流激振問題,造成機組振動超標和不能滿負荷發電,嚴重影響電廠安全經濟運行

。因此,針對現代旋轉機械,開展動密封泄漏特性與氣流激振動力特性研究具有重大工程意義。

動密封性能研究方法主要包括Bulk Flow理論研究方法、CFD數值研究方法以及實驗研究方法。Bulk Flow方法于1984年由Nelson等首次提出

,該方法忽略了密封內流體的當地湍流脈動速度,以特定控制體的平均速度來建立控制方程,壁面剪切應力由控制體平均速度和摩擦因子關聯式求得。該方法極大簡化了動密封轉子動力特性系數求解過程,顯著提升了計算效率且具有一定的預測精度,因此在工程領域得到了廣泛應用。在Nelson之后,雙控制體Bulk Flow方法

、考慮能量方程的理想氣體Bulk Flow方法

等相繼被提出,Bulk Flow方法的應用范圍逐漸變廣,計算精度也逐步提升。……