Диссертация (785882), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Хорошее согласование для случая высокого давленияподачи обусловлено детальной калибровкой модели пористой среды дляданной рабочей точки, что также является необходимым при расчётединамических коэффициентов. Теоретические и экспериментальные результаты по локальным динамическим коэффициентам жёсткости дляуплотнительного узла BBB-1 приведены в разделе 6.4.2.На рис.
6.27 представлено сравнение экспериментальных и расчётных кривых распределения давления в окружном направлении в двухкамерах конфигурации SSB-1 для трёх различных давлений на входе.Результаты приведены для значения эксцентриситета вала 0.1 мм. Расчётные кривые в данном случае хорошо согласуются с эксперименталь-3116.2. Характеристики щёточных уплотненийРис. 6.26. Сравнение локального перепада давления в камерах щёточного уплотнения с тремя пакетамиными данными.Сравнение распределения давления в камерах щёточно-лабиринтных уплотнений SSB-3 и SSB-4, в которых щёточные уплотнения имеютнулевой номинальный радиальный зазор, приведена на рис.
6.28 длязначения эксцентриситета вала 0.2 мм и давление на входе 0.4 МПа(уплотнение SSB-3) и 0.2 МПа (уплотнение SSB-4).Как отмечалось выше, падение давления в конфигурациях SSB-3 иSSB-4 происходит практически только в контактном щёточном уплотнении, поэтому уровни давления в двух камерах перед щёточным уплотнением отличаются незначительно. Теоретические значения также демонстрируют удовлетворительное согласование с экспериментальнымиданными.При установке щёточного уплотнения впереди двух лабиринтныхгребешков (конфигурация BSS) щёточное уплотнение может работать вкачестве гасителя закрутки потока входного газа [198].На рис. 6.29 показано распределение окружной компоненты скорости в сечении конфигурации BSS-2B.
В расчётной модели используетсяв данном случае укороченная в радиальном направлении область щёточного пакета, а также немного видоизменённая конфигурация входной камеры. Видно, что щёточный пакет в значительной степени гаситзакрутку находящий поток газа.На рис. 6.29 также приведено сравнение трёх компонент скорости3126.2. Характеристики щёточных уплотненийРис. 6.27. Расчётные и экспериментальные распределения давлений вкамерах щёточно-лабиринтного уплотнения SSB-1Рис.
6.28. Расчётные и экспериментальные распределения давлений вкамерах уплотнений SSB-3 и SSB-4газа для позиций, на которых выполняются измерения при проведенииисследований на беспрецессионном экспериментальном стенде (балкичёрного цвета). Данные результаты позволяют проверить адекватностьметодики определения экспериментальных значений закрутки с помощью трубки Пито и датчика статического давления. Малость компонент скорости в радиальном и осевом направлениях подтверждает применимость экспериментальной процедуры определения закрутки потока во входной камере перед уплотнением. Однако на позициях датчиковдавлений во второй и, прежде всего, в третьей камере лабиринта преобладание окружной компоненты скорости значительно падает, и онастановится сопоставима с другими компонентами вектора скорости.На рис.
6.30 приведено сравнение распределений окружной состав3136.2. Характеристики щёточных уплотненийРис. 6.29. Расчётное распределение окружной скорости газа в сечениищёточно-лабиринтного уплотнения BSS-2Bляющей скорости газа в камерах уплотнительных конфигураций SSS-2и BSS-2 при различных значениях начальной закрутки, перепаде давления около 0.5 МПа и скорости вращения вала 12 000 об/мин. Горизонтальная линия показывает скорость вращения вала.Результаты для двух конфигураций показывают, что основное понижение окружной составляющей скорости потока происходит в первомдросселирующем элементе.
Однако щёточный элемент в конфигурацииBSS-2 уменьшает закрутку значительно сильнее, чем первый гребешокв конфигурации SSS. По сравнению с конфигурацией SSS-2 величинапонижения закрутки в конфигурации BSS-2 незначительно зависит отвеличины начальной закрутки. В последующих камерах величина закрутки остаётся на высоком уровне в конфигурации SSS-2, тогда какв конфигурации BSS-2 наблюдается небольшой прирост, при которомокружная скорость газа остаётся ниже скорости вращения ротора.Расчётные значения окружной скорости потока, приведённые нарис.
6.30, согласуются с результатами измерений. В случае лабиринтного уплотнения SSS-2 теоретическая модель приводит к немного завышенным результатам по сравнению с экспериментальными данными,тогда как для конфигурации BSS-2 расчётные данные являются немного заниженными.Приведённые результаты для конфигурации BSS показывают, что3146.3. Расход узлов с щёточными уплотнениямиРис.
6.30. Распределение окружной скорости потока в камерах конфигураций SSS-2 и BSS-2Bщёточное уплотнение может действовать как эффективное устройствоснижения закрутки потока газа. Относительно динамических характеристик уплотнений можно отметить, что конфигурация BSS-2 будетиметь меньший перекрёстный коэффициент жёсткости из-за низкой величины закрутки в камерах по сравнению с конфигурацией SSS-2.Дополнительные теоретические и экспериментальные результатыпо влиянию свободного зазора в щёточном уплотнении на степень понижения закрутки потока газа могут быть найдены в [198].6.3. Расход узлов с щёточными уплотнениями6.3.1. Щёточно-лабиринтные уплотненияВ данном разделе приведён сравнительный анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований по определению расходных характеристик уплотнительных узлов с щёточными элементами.Между собой сравниваются четыре конфигурации короткого щёточнолабиринтного уплотнения типа SSB.
Конфигурации отличаются радиальными зазорами в лабиринте, а также геометрией и параметрами щёточных уплотнений.Расчёт течения в каналах уплотнений проводится с использованиембазовой ВГД-модели из раздела 3.4 для неполноохватного трёхмерного3156.3. Расход узлов с щёточными уплотнениямисегмента уплотнения с использованием модели пористой среды. Размерструктурированной сетки для сегмента щёточно-лабиринтного уплотнения (см. рис. 3.9) составляет около 500 000 узлов (см., также, [44]).В качестве модели пористой среды использовалась модель М-3 изур.
(3.28), которая в данном случае привела к более реалистичным значениям расчётной толщины щёточного пакета. Параметры и результатыкалибровки сведены в табл. 6.5, в которой также приведены значенияминимальной теоретической толщины щёточного пакета.Калибровка модели пористой среды проводилась для одного перепада давления путём варьирования толщины щёточного пакета в осевомнаправлении. Для щёточных пакетов с положительным номинальнымрадиальным зазором использовались зависимости радиального зазорамежду кончиками волокон и поверхностью вала от перепада давления,полученные экспериментально (см. раздел 6.2.1).Процедура калибровки была выполнена для среднего значения давления на входе уплотнения из диапазона 0.2–1.0 МПа.
Для всех трёхщёточных уплотнений с положительным номинальным радиальным зазором (B-1, B-2B и B-2С) наблюдается эффект закрытия зазора (опускание волокон в направлении к поверхности вала). Наибольший остаточный зазор имеет уплотнение SSB-2С с пакетом, изготовленном изтолстой проволоки.Максимальное сжатие щёточного пакета наблюдается в конфигурациях SSB-1 (пакет из тонкой проволоки, небольшой остаточный зазор) иТаблица 6.5.
Результаты калибровки модели пористой средыSSB-1SSB-2BSSB-2СSSB-3SSB-40[МПа]0.450.50.50.60.6ℎ,[мм]0.030.010.080.00.0[мм]1.4251.8551.5251.7551.555[мм]1.211.211.401.661.40[-]0.2360.4130.1810.1530.196˙ [г/с]35.7986.4455.5037.8758.40˙ [г/с]35.6186.2055.6537.7258.303166.3. Расход узлов с щёточными уплотнениямиSSB-2С (щёточное уплотнение из толстой проволоки, отсутствие защитного кольца, присутствие заметного остаточного зазора).
Пакет B-2B(тонкая проволока, отсутствие защитного кольца, практически полноезакрытие зазора) сжимается незначительно. Пакет B-3 из толстой проволоки с нулевым номинальным зазором сжимается умеренно.Расчёты для различных давлений на входе в щёточно-лабиринтноеуплотнение были выполнены с использованием результатов калибровки, приведённых в табл. 6.5. Значения толщины щётки и радиальногозазора в данном случае не изменялись в зависимости от перепада давления в щёточном уплотнении.На рис. 6.31 представлены расчётные и экспериментальные расходные характеристики щёточно-лабиринтных уплотнений для различныхперепадов давлений.
Значения расхода приведены в терминах эффективного зазора, определяемого с помощью ур. (6.1а).Как и можно было ожидать, уплотнение с щёточным пакетом B-3,волокна которого выполнены из толстой проволоки и который установлен с нулевым зазором, имеет наименьшую расходную характеристику.Наибольший расход демонстрирует уплотнение SSB-2B c щёточным пакетом из тонкой проволоки без защитного кольца.Для сравнения, значения эффективных зазоров для чистого лабиринта SSS с тремя гребешками и ступенькой на роторе с радиальнымзазором под гребешками 0.27 мм и 0.5 мм составляет для перепада давления 0.5 МПа 155 мкм и 270 мкм соответственно.Для уплотнения SSB-3 результаты расчётов хорошо согласуются сэкспериментальными данными. Для конфигураций с щёточными уплотнениями, которые устанавливаются с положительным номинальным зазором, имеют место отклонения между расчётными и экспериментальными данными в области низких и высоких давлений.
Это связано снаблюдаемым эффектом закрытия зазора в щёточном уплотнении.Восходящая форма кривой эффективного зазора в области низкихдавлений характерна для чистых лабиринтов и щёточных уплотнений снулевым зазором. Нисходящая форма кривой эффективного зазора является характеристикой щёточных уплотнений с положительным номинальным радиальным зазором и косвенным подтверждением эффекта3176.3. Расход узлов с щёточными уплотнениямиРис. 6.31. Расход щёточно-лабиринтных уплотнений SSBзакрытия свободного зазора. Поэтому, а также в связи с тем, что калибровка модели пористой среды проводилась для среднего значениядавления, в области низких давлений расчётные значения лежат нижеэкспериментальных, в зоне высоких давлений лежат выше.Сравнение расчётных и экспериментальных расходных характеристик для щёточно-лабиринтных уплотнений SSB-2B, SSB-2C, BSS-2B иBSS-2C приведено на рис.
6.32.Отличия в расходных характеристиках конфигураций SSB и BSSявляются незначительными, причем конфигурация SSB имеет немногоменьшие значения расхода.В каждой компоновке щёточно-лабиринтного уплотнения использование щёточного пакета B-2C приводит к значительно меньшему расходу по сравнению с пактом B-2B, несмотря на то, что щёточное уплотнение B-2C демонстрирует более высокие значения остаточного радиального зазора (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
