Диссертация (785882), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Для воздуха имеем: = 1.4 (при = 20∘ К), = 287.04 Дж / (кг · К) .(6.2)Информация по выводу данных выражений может быть найденав [397] (в частности см. ур. (3.25) и ур. (3.60) в [397]).Экспериментальные расходные характеристики конфигураций коротких лабиринтных уплотнений SSS-1, SSS-2 и SSS-3 в зависимости отдавления на входе показаны на рис. 6.1а. Характеристики имеют линейный характер, что говорит о закритическом режиме работы уплотнений (число Маха в последнем дросселирующем элементе превосходит2766.1.
Характеристики лабиринтных уплотненийа) Экспериментальные данныеб) Сравнение с расчётамиРис. 6.1. Расходные характеристики лабиринтных уплотнений SSS1). Уменьшение радиального зазора под гребешками с 0.5 мм до 0.27 ммприводит к снижению утечек на примерно 45%.На рис. 6.1б представлено сравнение расчётных расходных характеристик с экспериментальными данными для уплотнений SSS-1 и SSS-3.Линии представляют собой расчётные данные, а символы – экспериментальные результаты. Можно отметить отсутствие отличий между расчётными и экспериментальными данными на всём диапазоне давлений.Динамические коэффициентыВ некоторых работах было предложено следующее представлениединамических коэффициентов жёсткости и демпфирования для проведения сравнительного анализа: прямой коэффициент жёсткости представляется как функция в зависимости от расхода через уплотнение,перекрёстный коэффициент жёсткости представляется как функция взависимости от силы входной закрутки, коэффициенты демпфированияпредставляются как функции в зависимости от осреднённой плотностиуплотняемого газа ( ).Сила входной закрутки 0 определяется как произведение расхода˙ и скорости закрутки воздуха во входной камере 0 :0 = ˙ 0 .(6.3)Указанное представление динамических коэффициентов жёсткости2776.1.
Характеристики лабиринтных уплотненийи демпфирования оказывается в некоторых случаях удобным при проведении сравнительного анализа, т. к. может приводить к следующимлинейным зависимостям [381]: ∼ ,˙ ∼ 0 , ∼ , ∼ .(6.4)На рис. 6.2 показаны экспериментальные и расчётные глобальные илокальные коэффициенты жёсткости для уплотнения SSS-1 c радиальным зазором под гребешками 0.27 мм. Короткое лабиринтное уплотнение SSS-1 имеет отрицательную прямую жёсткость и высокую положительную перекрёстную жёсткость.Из рис.
6.2 видно, что приведённые зависимости перекрёстного коэффициента жёсткости и локального прямого коэффициента жёсткостиблизки в данном случае к линейным.Приведённые результаты также демонстрируют значительные отличия между значениями глобальных и локальных прямых коэффициентов жёсткости. Данные отличия обусловлены методикой идентификации динамических коэффициентов уплотнения на беспрецессионном(локальные коэффициенты) и динамическом (глобальные коэффициенты) стендах.
Для перекрёстных коэффициентов жёсткости отличиямежду локальными и глобальными коэффициентами наблюдаются в гораздо меньшей степени.Можно отметить, что для конфигурации лабиринтного уплотненияSSS-1 расчётные данные хорошо согласуются с экспериментальными результатами как для глобальных, так и для локальных коэффициентовжёсткости.Динамические коэффициенты демпфирования для лабиринтногоуплотнения SSS-1 показаны на рис. 6.3. Прямой и перекрёстный коэффициенты демпфирования показаны в зависимости от осреднённойплотности газа.
Экспериментальные значения коэффициентов демпфирования получены на динамическом стенде. В качестве расчётных коэффициентов демпфирования представлены как локальные, так и глобальные коэффициенты.Расчётный и экспериментальный прямой коэффициент демпфирования демонстрирует близкую к линейной зависимость от плотности га2786.1. Характеристики лабиринтных уплотненийРис. 6.2. Экспериментальные и расчётные коэффициенты жёсткости лабиринтного уплотнения SSS-1Рис. 6.3.
Экспериментальные и расчётные коэффициенты демпфирования лабиринтного уплотнения SSS-1за. Однако ВГД-расчёты выдают заметно более низкие значения посравнению с экспериментальными данными.Экспериментальные значения перекрёстных коэффициентов демпфирования демонстрируют разброс данных, которые, тем не менее, находятся в некотором согласовании с расчётными значениями. Разбросэкспериментальных данных связан с чувствительностью перекрёстного коэффициента демпфирования к процедуре идентификации, а такжес довольно малыми его значениями. Результаты расчётов показываютблизкую к линейной зависимость перекрёстного коэффициента демпфирования от плотности газа.2796.1.
Характеристики лабиринтных уплотненийРазличия между расчётными локальными и глобальными коэффициентами демпфирования остаются достаточно малыми как для прямого, так и для перекрёстного коэффициентов демпфирования.Приведённые данные по динамическим коэффициентам для уплотнения SSS-1 (высокие значения перекрёстного коэффициента жёсткости и малые значения прямого коэффициента демпфирования) говорято возможности возникновения динамической неустойчивости вала в зазоре лабиринтного уплотнения.Дополнительный анализ экспериментальных и теоретических результатов для лабиринтного уплотнения SSS-1 приведён в [297].Динамические коэффициенты жёсткости и демпфирования для лабиринтного уплотнения SSS-3 с радиальным зазором 0.5 мм показанына рис.
6.4 и рис. 6.5. Представлены экспериментальные и расчётныерезультаты для различных давлений и трёх значений скорости начальной закрутки газа. Экспериментальные данные показаны одним набором данных без разделения по скорости начальной закрутки. Аналогично конфигурации SSS-1, короткое лабиринтное уплотнение SSS-3 имеет отрицательную прямую жёсткость и высокую положительную перекрёстную жёсткость. Более детальный анализ экспериментальных данных для уплотнения SSS-3 приведён в [184].На рис. 6.4 представлены локальные коэффициенты жёсткости дляуплотнения SSS-3.
Увеличение радиального зазора по сравнению с конфигурацией SSS-1 заметно изменяет поведение уплотнения SSS-3. Локальный прямой коэффициент жёсткости (как расчётные, так и экспериментальные значения) демонстрирует заметную зависимость от начальной скорости закрутки газа. Локальный перекрёстный коэффициент жёсткости, как и в случае SSS-1, показывает близкую к линейнойзависимость от силы входной закрутки.Расчётные значения демонстрируют заметное расхождение с экспериментальными данными для локального прямого коэффициента жёсткости в случае малой закрутки потока. Это может быть объяснено повышенной чувствительностью к значению эксцентриситета вала дляслучая малой закрутки по сравнению со случаями средней и высокой закрутки (см.
[184]). Увеличение расчётного значения в среднем диа2806.1. Характеристики лабиринтных уплотненийРис. 6.4. Экспериментальные и расчётные локальные коэффициентыжёсткости лабиринтного уплотнения SSS-3пазоне давлений требует дополнительного исследования. Для локального перекрёстного коэффициента жёсткости наибольшие различия между расчётными и экспериментальными данными наблюдаются для случая высокой начальной закрутки.На рис. 6.5 представлены глобальные коэффициенты жёсткости идемпфирования для лабиринтного уплотнения SSS-3.
Глобальный прямой коэффициент жёсткости, также как и в конфигурации SSS-1, демонстрирует сначала нисходящую, а затем восходящую характеристику. Расчётные данные демонстрируют в целом линейные зависимостидля динамических коэффициентов. Наибольшие отличия между экспериментальными и расчётными данными наблюдаются для в случаевысокой закрутки, а также для в случаях малой и высокой начальной закрутки газа.Сравнивая динамические коэффициенты для лабиринтных конфигураций SSS-1 и SSS-3, можно отметить, что увеличение радиального зазора приводит в целом к уменьшению коэффициентов жёсткостии демпфирования по абсолютному значению. Качественное поведениеконфигураций не меняется: уплотнение SSS-3 является склонным к динамической неустойчивым из-за высоких значений перекрёстной жёсткости и малых значений прямого демпфирования.Сравнительный анализ показывает, что расчётная модель короткого лабиринтного уплотнения на основе методов ВГД позволяет полу2816.1.
Характеристики лабиринтных уплотненийРис. 6.5. Экспериментальные и расчётные глобальные динамические коэффициенты лабиринтного уплотнения SSS-3чать адекватные результаты по расходным характеристикам и динамическим коэффициентам жёсткости и демпфирования. Однако для повышения достоверности расчётов необходимо знать точные граничныеусловия, детальную конфигурацию экспериментальной установки (геометрия входной и выходной областей уплотнения), а также процедурувыполнения экспериментов.Лабиринтное уплотнение с гребешками на ротореВ данном разделе приведён сравнительных теоретический анализдвух конфигураций короткого лабиринтного уплотнения: с гребешками на роторе и с гребешками на статоре. Из литературы известно, чтогребешки на роторе могут отрицательно влиять на динамические характеристики уплотнения.
Однако в ряде приложений использование гре2826.1. Характеристики лабиринтных уплотненийбешков на статоре не является целесообразным. Примером таких приложений служат надбандажные уплотнения в турбинах, в которых на поверхность статора наносится абразивное покрытие для уменьшения расхода. Другим примером использования гребешков на роторе являютсялабиринтные уплотнения, используемые совместно с сотовыми сегментами на статоре.Схемы конфигураций короткого лабиринта с величиной радиального зазора под гребешками 0.5 мм приведены на рис. 6.6. Геометрияуплотнения с гребешками на статоре (конфигурация ГС) соответствует уплотнению SSS-3, но с упрощённым представлением геометрии гребешков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
