Диссертация (785882), страница 55
Текст из файла (страница 55)
6.44. Фотография сегментированного щёточного уплотнения3376.5. Эффект сегментирования щёточного пакетаРис. 6.45. Схемы сегментированных щёточных уплотненийСравнение экспериментального расхода в виде значений эффективного зазора для лабиринтного уплотнения SSS-3, щёточно-лабиринтного уплотнения SSB-3 и щёточно-лабиринтного уплотнения с сегментированным щёточным пакетом SSB-3 S показано на рис.
6.46. Приведённые результаты соответствуют скорости вращения вала 6 000 об/мин исредней закрутки входного потока газа (150 м/с).На рис. 6.46а приведены экспериментальные значения эффективного зазора в зависимости от давления при концентричном положениивала.
Понижение расхода в щёточно-лабиринтном уплотнении SSB-3 составляет более 80% по сравнению с лабиринтным уплотнением SSS-3.Сегментирование щёточного пакета B-3 приводит к увеличению расхода в два раза. Тем не менее расход конфигурации с сегментированнымщёточным уплотнением SSB-3 S остаётся намного ниже расхода лабиринтного уплотнения SSS-3 с понижением на около 65%. Ориентациясегментированного щёточного уплотнения в данном случае не оказывает влияние на расход.На рис.
6.46б приведены экспериментальные значения эффективного зазора в зависимости от относительного эксцентриситета вала придавлении на входе 0 = 6 бар. Щёточно-лабиринтные уплотнения SSB-3и SSB-3 S демонстрируют явную зависимость расхода от положения вала в зазоре уплотнения. Увеличение расхода в щёточно-лабиринтныхуплотнениях говорит об увеличении открытого сечения между кончиками волокон и поверхностью вала при увеличении эксцентриситета вала.3386.5. Эффект сегментирования щёточного пакетаа) Эффективный зазор в зависимостиот отношения давленийб) Эффективный зазор в зависимостиот относительного эксцентриситетаРис.
6.46. Экспериментальный расход уплотнений SSS-3, SSB-3, SSB-3 SИз этого можно заключить, что щёточное уплотнение B-3 не демонстрирует заметный эффект опускания щётки к поверхности вала при возникновении перепада давления. Однако даже в случае максимальногоэксцентриситета расход через конфигурации с цельным и сегментированным щёточными уплотнениями остаётся значительно ниже расходачерез лабиринтное уплотнение. Как и ожидалось, расход через лабиринтное уплотнение не зависит от эксцентриситета вала.В табл. 6.8 приведено сравнение экспериментальных и расчётныхзначений эффективного зазора конфигураций с сегментированным щёточным уплотнением для случая относительного эксцентриситета 0.4.Расчётные результаты демонстрируют удовлетворительное согласование с экспериментальными данными.На рис. 6.47 показаны распределения давления в пакете сегментированного щёточного уплотнения для двух ориентаций плоскости сегментации при давлении на входе 0 = 2 бар. Положения треугольныхпустот в пакете могут быть непосредственно идентифицированны поприведённым контурам давления.Сравнение экспериментальных и расчётных распределений давления в окружном направлении в камерах конфигураций SSB-3, SSB-3 SVи SSB-3 SH приведено на рис.
6.48 (0 = 2 бар).Расчётные значения статического давления в двух камерах демон-3396.5. Эффект сегментирования щёточного пакетаТаблица 6.8. Расход конфигураций SSB-3 S с сегментированным щёточным уплотнениемℎ [мкм]РасчётЭкспериментДавление на входе в уплотнение [бар]SVSHSVSH2.0111.6110.6112.3110.94.0121.5112.9117.1116.16.0119.2115.4116.1116.57.0 (SH) / 7.5 (SV)113.8114.1115.0113.6Рис. 6.47. Давление в сечении сегментированных щёточных уплотненийстрируют хорошее согласование с экспериментальными данными какдля конфигурации с цельным щёточным уплотнением, так и для конфигураций с сегментированным щёточным уплотнением.
Уровни давления в двух камерах перед щёточным пакетам является практическиодинаковыми для конфигурации с цельным щёточным пакетом SSB-3,тогда как в конфигурациях с сегментированным щёточным пакетом наблюдается более значительное падение давления во второй камере.
Распределение давления в окружном направлении во второй камере такжеявно демонстрирует положение пустот в щёточном пакете.Локальные коэффициенты жёсткости конфигураций с сегментиро-3406.5. Эффект сегментирования щёточного пакетаРис. 6.48. Окружное распределение давления в камерах конфигурацийс сегментированным щёточным уплотнениемванным щёточным уплотнением приведены на рис.
6.49 в зависимостиот давления при относительном эксцентриситете вала 0.4. Помимо суммарных коэффициентов, расчётные и экспериментальные результатыприведены также для отдельных камер.Расчётные значения локальных прямых и перекрёстных коэффициентов жёсткости демонстрируют хорошее согласование с экспериментальными данными. Результаты демонстрируют, что две камеры уплотнительного узла генерируют примерно одинаковые аэродинамическиесилы. Отличия между двумя ориентациями плоскости разреза остаютсянезначительными. В случае вертикальной ориентации плоскости разреза основное отличие между камерами заключается в том, что вторая камера имеет более высокую перекрёстную жёсткость, чем первая.
В случае горизонтальной ориентации плоскости разреза вторая камера имеетболее высокую прямую жёсткость (по абсолютному значению).По сравнению с конфигурациями SSB-3 и SSS-3, конфигурации ссегментированным щёточным пакетом демонстрируют отрицательнуюлокальную прямую жёсткость (как в конфигурации SSS-3) и увеличенную локальную перекрёстную жёсткость.Глобальные динамические коэффициенты жёсткости и демпфирования конфигураций с сегментированным щёточным уплотнением приведены на рис. 6.50.Экспериментальные значения глобальных динамических коэффициентов включают в себя как аэродинамические составляющие жёсткости и демпфирования, так и механические составляющие вследствие3416.5.
Эффект сегментирования щёточного пакетаРис. 6.49. Сравнение локальных коэффициентов жёсткости для конфигураций с сегментированным щёточным уплотнениемконтактного взаимодействия между щёточным пакетом и валом. Расчётные данные представляют собой глобальные аэродинамические коэффициенты, полученные с помощью ВГД-расчётов без использованиямеханической модели щёточного пакета. Расчётные значения приведены для двух ориентаций плоскости разреза щёточного уплотнения.Данные, приведённые на рис. 6.50, могут использоваться для оценки механических составляющих коэффициентов жёсткости и демпфирования щёточного уплотнения B-3.
Сравнение показывает, что как ив случае цельного щёточного уплотнения механические составляющиежёсткости и демпфирования играют доминирующую роль в сегментированном щёточном уплотнении.По сравнению с конфигурацией SSB-3 с цельным щёточным уплотнением, конфигурация с сегментированным щёточным пакетом демонстрирует немного уменьшенную глобальную прямую жёсткость, но увеличенное прямое демпфирование.Расчётные результаты показывают значительные отличия в значениях глобальных аэродинамических коэффициентах жёсткости и демпфирования в зависимости от ориентации плоскости разреза.Теоретические оценки механических компонент жёсткости и демпфирования могут быть выполнены для сегментированного щёточного3426.5.
Эффект сегментирования щёточного пакетаРис. 6.50. Сравнение глобальных динамических коэффициентов дляконфигураций с сегментированными щёточными уплотнениямиуплотнения с помощью упрощённой механической модели как было продемонстрировано выше для цельных щёточных уплотнений B-3 и B-4.Как отмечалось выше, недостатком такого упрощённого подхода является независимость механических характеристик от степени сжатия щёточного пакета, т. е. от перепада давления.
Поэтому учёт оценок механических характеристик приведет к сдвигу зависимостей, рассчитанных спомощью ВГД-модели, вдоль оси ординат. Упрощённый подход позволяет получить уровень жёсткости, сравнимый с экспериментальнымиданными, для конфигураций с сегментированными щёточными уплотнениями при давлении на входе до 2 бар. Однако ограниченный диапазон давлений, для которых были выполнены динамические эксперименты, и чувствительность расчётной модели к параметрам щёточногопакета не позволяют делать окончательные выводы в количественномвиде о динамических коэффициентах щёточных уплотнений при высоких давлениях.Дополнительные результаты по характеристикам сегментированного щёточного уплотнения B-3 S могут быть найдены в [327].3436.6.
Результаты дискретной модели щёточного уплотнения6.6. Результаты дискретной модели щёточногоуплотненияВ данном разделе приведено сравнение результатов, полученныхс использованием детальной ВГД-модели, в которой рассматриваетсядискретная структура малого сегмента щёточного пакета (модель дискретной структуры из раздела 3.4.4), и с использованием стандартнойВГД-модели, в которой набор волокон в пакете рассматривается как пористая среда.Типичное расчётное распределение давления в дискретном пакетещёточного уплотнения показано на рис. 6.51.Анализ приведён для щёточно-лабиринтных уплотнений типа SSBс двумя различными щёточными пакетами: пакет из тонкой проволокис положительным номинальным зазором (конфигурация SSB-1), пакетиз толстой проволоки с нулевым номинальным зазором (конфигурацияSSB-3).На рис. 6.52 представлено сравнение расхода, рассчитанного с помощью двух моделей, с экспериментальными данными.
Показана зависимость эффективного зазора от отношения давлений на входе и выходе уплотнения. Нанесённые доверительные интервалы демонстрируютразброс экспериментальных значений расхода. Меньший разброс дляконфигурации SSB-3 связан в первую очередь с модернизацией системы управления беспрецессионного стенда.Расчёты для конфигурации SSB-3 с контактным щёточным уплотнением были выполнены для разных давлений с использованием однойрасчётной сетки. При проведении расчётов для конфигурации SSB-1для каждого давления на входе генерировалась новая расчётная сетка для учёта эффекта опускания щёточного пакета в уплотнении B-1с номинальным положительным радиальным зазором. Зазоры междуотдельными волокнами и толщина щёточного пакета при этом оставались неизменными.
Результаты калибровки различных формулировокмодели пористой среды, а также дополнительные экспериментальныерезультаты могут быть найдены в [296].По сравнению с экспериментальными данными, пористая модель3446.6. Результаты дискретной модели щёточного уплотненияРис. 6.51.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
