Диссертация (785882), страница 52
Текст из файла (страница 52)
6.21).Расход через щёточное уплотнение с остаточным зазором можноразделить на утечки сквозь остаточную щель и утечки через щёточныйпакет. Для щёточного уплотнения B-2C по сравнению с уплотнениемB-2B можно сказать, что уменьшение расхода через щёточный пакетявляется более значительным, чем увеличение расхода сквозь более вы3186.3. Расход узлов с щёточными уплотнениямиРис.
6.32. Сравнения расхода в конфигурациях BSS-2 и SSB-2сокий радиальный зазор.Уменьшение утечек через щёточный пакет B-2C объясняется более низким значением пористости (81% от пористости щёточного пакетаB-2B в номинальном состоянии).Результаты, приведённые на рис. 6.32, также демонстрируют приемлемое согласование между экспериментальными данными и теоретическими значениями расхода, полученными с использованием одной калибровочной точки.
В данном случае в качестве пористой модели использовалась модель M-2. Дополнительный анализ данных результатовможет быть найден в [302].6.3.2. Щёточное уплотнение с тремя пакетамиУзел BBB-1, состоящий из трёх идентичных щёточных уплотненийB-1, был протестирован на беспрецессионном стенде для различных значений давлений подачи, входной закрутки потока и скорости вращенияротора.На рис. 6.33 приведено сравнение расходных характеристик дляконфигурации BBB-1. На левом графике приведены экспериментальные значения утечек через уплотнения BBB-1 и SSS-1 с радиальнымзазором 0.27 мм, которое было описано выше.
Уплотнение BBB-1 уменьшает расход максимально на 60% в сравнении с уплотнением SSS-1.3196.4. Динамические коэффициенты узлов с ЩУРис. 6.33. Сравнение расходных характеристик лабиринтного уплотнения и узла с тремя щёточными уплотнениямиПравый график на рис. 6.33 показывает расчётные и экспериментальные значения расхода уплотнения BBB-1. Результаты находятся вдостаточно хорошем согласовании.
Разброс экспериментальных значений обусловлен различиями в рабочих параметрах (начальная закруткапотока газа и скорость вращения вала).6.4. Динамические коэффициенты узлов сщёточными уплотнениями6.4.1. Щёточно-лабиринтные уплотненияВ данном разделе анализируются теоретические и экспериментальные результаты по динамическим коэффициентам жёсткости и демпфирования щёточно-лабиринтных уплотнительных конфигураций типов SSB и BSS.Как было описано в разделе 5.5.2, посвящённом проведению экспериментальных исследований на беспрецессионном стенде, интегрируяраспределения давлений, аналогичные показанным на рис. 6.27, и умножая полученную удельную силу на длину камеры в осевом направлении,можно получить локальные силы, действующие в камерах уплотнения.Зная эксцентриситет вала, из локальных сил, действующих в радиальном и тангенциальном направлениях, можно получить локальные дина-3206.4.
Динамические коэффициенты узлов с ЩУмические прямые и перекрёстные коэффициенты жёсткости.Из-за допущения о постоянстве сил в камерах уплотнения, а такженеучёта сил, возникающих во входной и выходной областях, под гребешками и в пакете щёточного уплотнения, применимость локальных динамических коэффициентов жёсткости является ограниченной. Данныекоэффициенты могут использоваться для сравнения различных уплотнений между собой, а также для детальной проверки адекватности расчётных моделей.На рис. 6.34 и рис. 6.35 приведены экспериментальные и расчётные значения для глобальных и локальных коэффициентов жёсткостии демпфирования уплотнительных конфигураций BSS-1 и SSB-1. ВГДрасчёты проводились для значения эксцентриситета вала 0.059 мм искорости вращения 750 об/мин с использованием модели пористой среды М-2 и частотного метода круговой прецессии.На рис.
6.34 прямой коэффициент жёсткости приведён в зависимости от расхода, а перекрёстный коэффициент жёсткости показан взависимости от силы входной закрутки газа 0 . Приведённые результаты демонстрируют близкую к линейной зависимость коэффициентовжёсткости от выбранных параметров.Сравнивая коэффициенты жёсткости конфигураций BSS-1 и SSB-1(а также SSS-1), можно отметить уменьшение перекрёстного коэффициента жёсткости в конфигурациях с щёточным уплотнением по сравнению с лабиринтным уплотнением, что является положительным фактором. Отличия между двумя конфигурациями с щёточными уплотнениями для перекрёстных коэффициентов жёсткости остаются незначительными.Конфигурация SSB-1 с щёточным уплотнением, установленным после двух гребешков, демонстрирует положительные значения глобального прямого коэффициента жёсткости, что является существенным отличием по сравнению с отрицательными значениями в конфигурациях BSS-1 и SSS-1.
Анализ формирования коэффициентов жёсткостив конфигурациях щёточно-лабиринтных уплотнений приведён в разделе 7.2.2 (см., также, [298]).Сравнение между расчётными и экспериментальными значениями3216.4. Динамические коэффициенты узлов с ЩУРис. 6.34. Сравнение коэффициентов жёсткости для уплотнительныхузлов BSS-1 и SSB-1демонстрирует в целом хорошее согласование для глобальных коэффициентов жёсткости в двух конфигурациях BSS и SSB. Различия обнаруживаются для локальных коэффициентов жёсткости при высоких значениях расхода и силы входной закрутки. При этом расчётная модельвыдаёт значения локальной прямой жёсткости, лежащие ниже экспериментальных значений (по абсолютному значению), а значения локальной перекрёстной жёсткости, лежащие выше экспериментальных значений.Коэффициенты демпфирования на рис.
6.35 приведены в зависимости от осреднённых значений плотности воздуха. Можно сказать, чтопрямые коэффициенты демпфирования демонстрируют зависимость отплотности, близкую к линейной, тогда как перекрёстные коэффициен3226.4. Динамические коэффициенты узлов с ЩУРис. 6.35. Сравнение коэффициентов демпфирования для уплотнительных узлов BSS-1 и SSB-1ты показывают более заметный разброс в значениях.Результаты демонстрируют, что конфигурация SSB-1 вновь имеетпреимущество перед конфигурациями BSS-1 и SSS-1 в виде высокихзначений прямого коэффициента демпфирования. Прямое демпфирования принимает наименьшие значения в случае конфигурации BSS-1.Сравнение между расчётными и экспериментальными коэффициентами демпфирования показывает, что для конфигурации BSS-1 имеетместо удовлетворительное согласование, тогда как в случае SSB-1 расчётные значения прямого коэффициента демпфирования заметно нижеэкспериментальных значений для высоких значений плотности.Было также проведено более детальное исследование по теоретическому определению коэффициентов жёсткости и демпфирования длящёточно-лабиринтного уплотнения SSB-1.
В новых расчётах в качествемодели пористой среды используется модель М-3. При выполнении процедуры калибровки применялись теоретические результаты, полученные для случая концентричного положения вала для единичного перепада давления путём варьирования толщины щёточного пакета в осевомнаправлении.Оценка величины свободного радиального зазора между щёточнымпакетом и поверхностью вала проводилась с использованием экспериментальных данных. Однако для эксцентричного положения вала, что3236.4. Динамические коэффициенты узлов с ЩУявляется необходимым для определения динамических коэффициентовуплотнения, потребовалась более детальная калибровка. Дополнительно к базовой калибровке по расходу для каждого значения давления навходе в уплотнение выполнялась вторичная калибровка по локальномуперепаду давления через щёточный пакет.Динамические коэффициенты жёсткости и демпфирования исследуемого щёточно-лабиринтного уплотнения SSB-1 показаны на рис.
6.36в зависимости от давления на входе в уплотнение. Данные по локальным коэффициентам жёсткости приведены как для отдельных камер,так и в качестве суммы по двум камерам.Относительно локальных коэффициентов жёсткости можно отметить, что расчётные значения согласуются с экспериментальными какдля отдельных камер, обозначенных К1 и К2 на рис. 6.36, так и для суммарных коэффициентов. Локальная прямая жёсткость принимает довольно малые значения, которые становятся отрицательными при увеличении давления на входе. Это связано с тем, что в данном случае локальные прямые коэффициенты жёсткости имеют в двух камерах противоположенные знаки.Значения локальной перекрёстной жёсткости в двух камерах являются сопоставимыми. Модель показывает практически линейный ростлокальной перекрёстной жёсткости, тогда как в эксперименте прирост взначениях перекрёстной жёсткости заметно уменьшается при переходеот средних значений диапазона входных давлений к высоким.Значения глобальных динамических коэффициентов жёсткости идемпфирования, которые также показаны на рис.
6.36, представляютсобой суммарные коэффициенты вследствие возникающих в уплотнении аэродинамических и механических сил. В расчёте аэродинамические силы определяются путём интегрирования давления по всей поверхности вала. Идентификация экспериментальных глобальных динамических коэффициентов на динамическом стенде основана на определении удельных сил, действующих в уплотнении, с помощью откалиброванного магнитного возбудителя.Конфигурация SSB-1 имеет более высокие глобальные прямые коэффициенты жёсткости и демпфирования. Глобальная прямая жёст3246.4. Динамические коэффициенты узлов с ЩУРис.
6.36. Расчётные и экспериментальные, локальные и глобальные динамические коэффициенты щёточно-лабиринтного уплотнения SSB-1кость принимает высокие значения из-за увеличенного влияния механической компоненты. Значения глобальной перекрёстной жёсткостисопоставимы со значениями локальной перекрёстной жёсткости. За исключением перекрёстного коэффициента демпфирования, все глобальные коэффициенты демонстрируют сильную зависимость от давленияна входе в уплотнение. Перекрёстное демпфирование практически неизменяется при увеличении перепада давления.Расчётные значения глобальных коэффициентов жёсткости и демпфирования, показанные на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
