考慮氣體密封作用的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動分析.pdf

1、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是大型旋轉(zhuǎn)機械（如汽輪發(fā)電機組、水輪機組、核電機組、航空航天發(fā)動機、工業(yè)壓縮機等）的重要組成部分。氣體動力激振成為威脅旋轉(zhuǎn)機械安全運行的主要因素之一。在航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)中，以迷宮密封為代表的氣體密封裝置是廣泛使用的有效的封嚴結(jié)構(gòu)，主要用于壓氣機和渦輪級間、葉片的頂部、冷卻流路系統(tǒng)、燃氣隔離以及主軸承腔滑油封嚴系統(tǒng)中的油氣隔離等。由于轉(zhuǎn)子在密封腔內(nèi)很難避免發(fā)生偏置，當轉(zhuǎn)子相對于靜子發(fā)生偏置時，會造成密封周向壓力分布不均從而形成密封激

2、振力，轉(zhuǎn)子的擾動和密封中的流體相互作用，形成密封激振力，密封激振力具有非線性特性。在一定條件下，迷宮密封中的氣流激勵轉(zhuǎn)子，會使系統(tǒng)發(fā)生強烈的自激振動。
　　本文重點研究由于氣體密封作用而引起的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動問題。首先，建立了帶有Muszynska密封力模型的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學方程，用數(shù)值計算方法對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動進行仿真分析。其次，基于CFD理論，使用FLUENT軟件分別對迷宮密封的二維和三維流場進行數(shù)值計算，進而在其基礎上

3、分析考慮氣體密封作用的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學特性系數(shù)及其穩(wěn)定性，具體內(nèi)容如下:
　　(1)對帶有密封結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行簡化，引入Muszynska密封力模型，建立轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學模型及其動力學方程。
　　(2)采用四階Runge-Kutta法對帶有Muszynska密封力的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動響應進行數(shù)值仿真，對比分析得到的頻域圖、軸心軌跡圖以及Poincare截面圖，研究在不平衡激振力及密封力的共同作用下，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速、不同壓差及

4、不同密封間隙下的非線性振動特性。數(shù)值仿真表明，在非線性密封力作用下，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)出現(xiàn)周期、倍周期、擬周期等復雜的非線性振動。
　　(3)基于CFD理論，使用CFD通用軟件FLUENT對迷宮密封二維流場進行分析，得到迷宮密封二維流場特性，驗證迷宮密封的節(jié)流效應，分析迷宮密封激振原理，。
　　(4)基于CFD理論，使用CFD通用軟件FLUENT對迷宮密封三維流場進行分析計算，得到不同轉(zhuǎn)速和不同壓比情況下，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)受到的氣體密封力，從