浮动环密封转子系统动力学特性研究-动力工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TK264.1+2 U.D.C: 621.1 Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering RESEARCH ON DYNAMIC CHARACTERISTICS OF FLOATING RING SEAL-ROTOR SYSTEM Candidate： Wang Guilong Supervisor： Prof. Han Wanjin Associate Supervisor： Prof. Liu Zhansheng Academic Degree Applied for： Doctor of Engineering Specialty： Power Machinery and Engineering Affiliation： Energy Science and Engineering Date of Defence： June, 2012 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 I I 摘 要 随着旋转机械向着高速、高效、大跨距、大功率方向的发展，浮动环密封 两侧承受的压差增大，使得浮动环密封-转子系统的非线性动力学特性日益凸显。 传统的浮动环密封研究中通常采用线性化的小扰动理论进行分析和设计，其不 能很好的描述系统的非线性特性，因而具有一定的应用局限性。因此建立浮动 环密封的非线性油膜力模型对于浮动环密封-转子系统的非线性动力学特性分 析具有重要意义。针对上述问题，本文对浮动环的结构、工作原理及其受力情 况进行了研究，建立浮动环密封非线性油膜力近似解析模型，应用该模型对浮 动环密封-汽轮机转子系统的非线性动力学特性进行数值仿真，主要研究内容如 下： (1) 基于小间隙油膜润滑雷诺方程，采用类似于短轴承模型假设，考虑浮 动环两端的压力边界条件和间隙入口的流体Lomakin效应，建立了浮动环非线性 油膜力模型，并对浮动环压力分布及浮动环静态特性进行了数值仿真。 (2) 建立了浮动环流动的三维模型，在此基础之上对油槽浮动环间隙内的 流场进行数值仿真研究，分析了浮动环的中间周向油槽几何尺寸及浮动环两端 压差对油槽内的压力分布的影响；数值仿真研究了浮动环偏心率及油槽对浮动 环泄漏量的影响规律。研究表明：浮动环的泄漏量随着偏心率的增加而增大， 而中间周向油槽能减小浮动环的泄漏量，且在保持油槽的深度或宽度不变时， 随着油槽深宽比的增加，浮动环的泄漏量呈逐渐减小的趋势。 (3) 基于建立的浮动环油膜力模型的基础之上，结合有限元理论建立了浮 动环密封-汽轮机转子系统的动力学模型并对其数值仿真研究，获得不同轴承支 承刚度下汽轮机转子的临界转速、模态振型及动力学响应，分析了不同轴承支 承刚度下浮动环油膜力对转子临界转速和稳定性的影响。 (4) 基于已建立的浮动环密封-转子系统的动力学模型，数值仿真研究了浮 动环的结构参数(长径比、间隙比、润滑油粘度、中间周向油槽的几何尺寸)和 浮动环两端压差对浮动环密封-转子系统的动力学响应的影响，分析了浮动环密 封-转子系统的稳定性随各影响因素的变化规律。研究表明，适当的减小浮动环 的长径比、润滑油粘度或增加间隙比、两端压差会提高浮动环密封-汽轮机转子 系统的稳定性；在浮动环中间开设周向油槽能较大幅度提高浮动环密封-汽轮机 转子系统的稳定性，同时随着油槽宽度的增加，系统的稳定性逐渐提高。 关键词：浮动环密封；非线性油膜力；转子动力学；动力稳定性；数值仿真 Ab Abstract II II Abstract With the rotating machinery developing towards to the direction of high speed, high efficiency, large span, high power and pressure difference on both sides of the floating ring seal increasing, the nonlinear dynamic characteristics of floating ring seal-rotor system are becoming increasingly prominent. The traditional research methods of floating ring seals usually use linear small perturbation theory to analysis and design, but the nonlinear characteristi