透平機械中密封氣流激振及泄漏的故障自愈調(diào)控方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，透平機械的節(jié)能與安全問題越來越受到人們的重視。設(shè)備振動超標、葉片斷裂、密封泄漏等故障是影響機組安全、長周期運行的關(guān)鍵因素。密封氣流激振是造成轉(zhuǎn)子振動大和葉片斷裂的重要原因之一，密封失效則通常導致泄漏事故發(fā)生。研究透平機械中密封氣流激振及泄漏的故障自愈調(diào)控方法具有理論和工程應(yīng)用價值。本論文的主要工作如下： 1、提出了一種計算直通型蜂窩密封動力特性系數(shù)的方法。該方法借助單控制體模型得到控制方程，將擾動變量引入

2、控制方程得到零階和一階方程，最終由壓力分布表達式推導出動力特性系數(shù)。通過簡化一階方程解的表達式、引入拉式變換和泰勒展開等數(shù)學手段極大地簡化了計算，提高了計算速度。使用本方法計算的動力特性系數(shù)結(jié)果與測量值量級相同。在分析體現(xiàn)蜂窩密封對轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性總體影響的有效阻尼時，采用本方法得到的計算結(jié)果與測量值非常接近。計算實例表明，應(yīng)用本文所述方法所得計算結(jié)果可以用于定量地說明蜂窩密封的減振效果。采用本方法計算的蜂窩密封動力特性參數(shù)，可以用于分析蜂窩

3、密封的剛度、阻尼系數(shù)對轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響，對調(diào)控密封氣流激振和泄漏具有重要意義。 2、針對葉片疲勞斷裂問題，實驗研究了蜂窩密封調(diào)控葉片密封氣流激振的特性。將葉頂密封分別采用光滑密封和蜂窩密封，測量不同密封間隙下的葉片振幅。實驗結(jié)果表明采用蜂窩密封能夠明顯抑制葉片密封氣流激振，葉片振幅隨密封間隙的增大而減小。與光滑密封相比，蜂窩密封最佳可減小實驗中無冠葉片測量點振幅的25%。采用煙線法顯示了葉尖密封尾流場，同時繪制了流場的速度分布圖

4、。對蜂窩密封調(diào)控密封氣流激振的機理進行了分析，蜂窩密封能夠降低密封腔內(nèi)流體速度、耗散流體能量，從而流體對葉片的密封氣流激振力減弱、葉片振動得到有效的調(diào)控。蜂窩密封是一種調(diào)控密封氣流激振的有效方法，可以從葉片振動產(chǎn)生的根源上實現(xiàn)葉片斷裂故障自愈調(diào)控。 3、提出采用蜂窩密封和反旋流組合調(diào)控葉片密封氣流激振，并實驗研究了其特性。在不同密封間隙、不同帶冠葉片條件下，分別采用蜂窩密封和光滑密封，沿與主氣流相反的方向向葉片頂部密封間隙內(nèi)噴射

5、氣流。實驗結(jié)果顯示采用光滑密封時施加反旋流最佳能夠使實驗中葉片測量點的振動減小17%，而采用蜂窩密封時施加反旋流最佳能夠使實驗中葉片測量點的振動減小14%。與光滑密封相比，采用蜂窩密封和反旋流組合最佳能夠使實驗中葉片測量點的振動減小37%。因此采用結(jié)構(gòu)合理的蜂窩密封和增加適量的反旋流是調(diào)控密封氣流激振的有效方法，對預(yù)防和消除葉片斷裂、實現(xiàn)葉片斷裂故障的自愈調(diào)控具有重要意義。 4、提出用抽取氣流的方法來調(diào)控葉片密封氣流激振并進行了

6、實驗研究。從葉片頂部抽取適量氣流能減小實驗中葉片測量點的振幅10%以上；對于無冠葉片，當抽氣口采用正傾角時抽取氣流抑制葉片振動的能力比采用負傾角時大；對于帶冠葉片，抽取氣流抑制葉片振動效果更好，最佳減振能力可達23%，且葉冠寬度較大時減振效果更穩(wěn)定。本文還系統(tǒng)地研究了不同噴射角度的射流調(diào)控葉片密封氣流激振的特性，分析了利用噴射氣流方法調(diào)控葉片密封氣流激振的規(guī)律。當傾角小于30°時，在葉片頂部噴射氣流加劇葉片振動；當傾角大于40°時，葉片

7、振動隨噴氣壓力的增大而減小，實驗中葉片測量點的最小振幅僅為初始振幅的81%。 5、研究了汽輪機密封泄漏及水蝕故障的自愈調(diào)控方法，設(shè)計了適用于汽輪機的新型蜂窩密封結(jié)構(gòu)。通過在葉頂蜂窩密封底板上增設(shè)環(huán)形去濕輸水槽，排出了汽輪機低壓缸中的小水滴，實現(xiàn)了葉片水蝕故障的自愈。設(shè)計了新型蜂窩密封結(jié)構(gòu)，結(jié)合了蜂窩密封和梳齒密封的特點，消除了軸端密封泄漏故障產(chǎn)生的原因，成功地解決了小型汽輪機軸端密封泄漏問題。同時，新型軸端蜂窩密封結(jié)構(gòu)還可以推廣

8、應(yīng)用到煙機的煙氣密封、蒸汽密封和軸承箱密封。 6、研究了大型電機油封泄漏故障的自愈調(diào)控方法，設(shè)計了可調(diào)式自動跟蹤和蜂窩復(fù)合油封。電機潤滑油向內(nèi)部泄漏的主要原因是風葉轉(zhuǎn)動引起電機內(nèi)部形成的負壓和密封失效。為了隔離負壓，采用了蜂窩密封和接觸式密封的組合形式，并且在兩者之間通入一定的氮氣。采用壓力平衡方法和蜂窩密封消除了導致油封泄漏的根本原因。用可調(diào)式自動跟蹤密封替代傳統(tǒng)的毛氈密封，更耐磨損、更耐老化。在設(shè)計階段就消除了密封泄漏故障產(chǎn)