Диссертация (785882), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Расчётное давление в дискретном пакете ЩУдемонстрирует более заметные расхождения в значениях эффективногозазора для конфигурации SSB-3 с контактным щёточным уплотнением,чем дискретная модель. Для конфигурации SSB-1 дискретная модельприводит к заниженным значениям эффективного зазора. Однако можно отметить, что обе модели приводят к удовлетворительному согласованию с экспериментом.На рис. 6.53 и рис. 6.54 приведено сравнение численных результатов, полученных с помощью двух моделей, для скорости газа, распределения давления и градиента давления в двух щёточных уплотнениях.Данные приведены для двух характеристических направлений в щёточном пакете: вдоль волокон (рис.
6.53) и перпендикулярно волокнам(вдоль оси вала, рис. 6.54). Положение линий, для которых приведеныраспределения, показаны на рис. 3.12 в разделе 3.4.4. Результаты приведены для величины перепада давления в конфигурации SSB 0.3 МПа.На рис.
6.53 приведены результаты, полученные вдоль волокон. Положение = 0.0 м соответствует свободным окончаниям волокон. Дваиспользуемых теоретических подхода показывают качественно схожиерезультаты. Однако модель пористой среды в целом выдаёт более низкие пиковые значения скорости и градиента давления по абсолютной величине, чем модель с дискретной структурой щёточного пакета. Меньшие значения градиента давления в области открытого щёточного паке-3456.6. Результаты дискретной модели щёточного уплотненияРис. 6.52. Сравнение значений эффективного зазора щёточно-лабиринтных уплотнений, полученных с помощью различных моделейта (область между поверхностью вала и внутренним диаметром опорного кольца) приводят к более пологому распределению давления в случаеиспользования модели пористой среды.На рис.
6.53 приведены результаты, полученные вдоль оси вала. Зона высокого давления находится справа. Также между двумя теоретическими подходами наблюдается качественное согласование для распределения давления и градиента давления. Модель пористой среды выдаёт очень малые значения осевой компоненты скорости для щёточогоуплотнения B-3. Согласование по скорости значительно лучше для щёточного уплотнения B-1 из-за наличия остаточного свободного радиального зазора.На рис. 6.55 приведено сравнение расчётных результатов с экспериментальными данными для локального перепада давления в камерах конфигураций SSB-1 и SSB-3 в зависимости от давления на входев уплотнение.
Экспериментальные значения приведены вместе с доверительными интервалами. Как отмечалось выше, в конфигурации SSBосновное падение давления происходит в щёточном уплотнении, поэтому локальный перепад в камерах 1 и 2 существенно ниже локальногоперепада давления в камере 3.Приведённые результаты демонстрируют, что модель пористой сре3466.6. Результаты дискретной модели щёточного уплотненияРис.
6.53. Сравнение результатов различных моделей для щёточнолабиринтных уплотнений по направлению вдоль волоконды может приводить к заметным расхождениям для локального перепада давления в камерах лабиринта перед щёточным пакетом при высоком входном давлении. Результаты, полученные с помощью модели сдискретной структурой щёточного пакета, лучше согласуются с экспериментальными данными. Обе модели приводят к заниженным значения локального перепада давления в камере 1 для конфигурации с контактным щёточным уплотнением B-3.
В последней камере (3) наблюдается наибольший перепад давления, для которого различия междучисленными результатами и экспериментом являются минимальными.3476.6. Результаты дискретной модели щёточного уплотненияРис. 6.54. Сравнение результатов различных моделей для щёточнолабиринтных уплотнений по осевому направлениюРис. 6.55.
Сравнение расчётных и экспериментальных результатов полокальному перепаду давления для щёточно-лабиринтных уплотнений3486.7. Использование механических моделей уплотнений6.7. Использование механических моделейуплотненийУпрощённая механическая модель щёточного пакета, основаннаяна расчёте изгиба одиночного волокна, использовалась выше для определения динамических коэффициентов жёсткости при возникновенииконтакта между кончиками волокон и валом. Ниже приводятся результаты по определению коэффициента пропорциональности в ур.
(3.39),которое описывает радиальную силу, опускающую волокна к поверхности вала под действием давления (см. раздел 3.5).Информация об изменении рабочего радиального зазора щёточного уплотнения позволяет с помощью ур. (3.37) определить зависимостьмеханической силы, необходимой для деформации щёточного пакета,от перепада давления. Результаты, полученные при = 1, приведенына рис. 6.56а для щёточных уплотнений, устанавливаемых с положительным номинальным зазором. По аналогии с функцией радиальногозазора изменения силы имеют экспоненциальный характер для всех показанных щёточных уплотнений.Как и ожидалось, для деформации проволоки большего диаметра(уплотнение B-2C) требуются значительно более высокие силы. Характер изменения механической силы указывает на значительные отличияв поведении конфигурации B-2A по сравнению с поведением других щёточных уплотнений.Анализ соотношения между механической силой и аэродинамической нагрузкой осуществляется с помощью расчёта коэффициента пропорциональности , комбинируя ур.
(3.37) и ур. (3.39). Результаты расчёта коэффициента приведены на рис. 6.56б. Исследуемые уплотнения демонстрируют качественно схожие функции коэффициента пропорциональности. Однако значительные количественные различия непозволяют предложить некую осреднённую зависимость, которая могла бы быть использована для оценки уменьшения радиального зазора вщёточном уплотнении в зависимости от перепада давления.С помощью трёхмерной конечно-элементной модели щёточного пакета, состоящей из четырёх волокон (см.
рис. 3.15), проведён анализ на3496.7. Использование механических моделей уплотненийа) Расчётная механич. сила деформацииЩУб) Коэффициент пропорциональности Рис. 6.56. Результаты оценки зависимости для силы опускания волоконпряжённо-деформированного состояния волокон при различной аэродинамической нагрузке.
Рассматривалось щёточное уплотнение B-3, причём в модели задавался положительный зазор между кончиками волокон и поверхностью вала для исследования процесса опускания волокон.На рис. 6.57 показаны деформации волокон в осевом направлениидля двух значений давления газа перед щёточным уплотнением.Аэродинамическая нагрузка определяется из ВГД-расчёта. Величина ˜ представляет собой безразмерную координату по длине волокна,причём 0 означает защемлённый конец.
Горизонтальные линии используются для представления диаметра волокна, что позволяет наглядновидеть контакт волокон с упорным кольцом. Вертикальная штриховаялиния указывает положение упорного кольца.Результаты демонстрируют заметный изгиб волокон в осевом направлении, а также сжатие набора из четырёх волокон. Mожно отметить несимметричную деформацию волокон 2 и 3.В табл. 6.9 сведены деформации кончиков каждого волокна в зависимости от давления перед щёточным уплотнением.
Порядковые номераволокон соответствуют номерам, показанным на рис. 3.15 (см., также,рис. 6.57). Деформации показаны для осевого направления (, ) по направлению течения газа и для поперечного потоку направления (, ).Наибольшие деформации претерпевают волокна 3 и 4. Волокно 43506.7. Использование механических моделей уплотнений00.20.40В1В2В3В4УпорВ1В2В3В4Упор0.20.4˜˜0.60.80.6⃒2h ⃒⃒hh41 ⃒3h ⃒0.8119.6⃒2h ⃒⃒hh41 ⃒3h ⃒119.419.21918.819.619.4 [мм]19.21918.8 [мм]а) 0 = 0.5 МПаб) 0 = 0.8 МПаРис. 6.57.
Деформация волокон щёточного уплотнения в осевом направлении под действием давленияТаблица 6.9. Деформация волокон ЩУ под действием давления0 = 0.5 МПаВолокно0 = 0.8 МПа, [мм], [мм], [мм], [мм]10.0800.0250.1050.03220.1070.0470.1340.05730.2420.1070.2530.10340.2340.2110.2090.243располагается дальше остальных от упорного кольца. Волокно 3 в модели не имеет соседнего (в сторону наклона) волокна, что облегчает деформацию. Увеличение давления перед щёточным уплотнением в целомувеличивает деформацию пакета. Однако результаты в табл. 6.9 показывают, что для отдельных волокон деформация может уменьшатьсяпри увеличении глобального перепада давления. Такое поведение связано с локальным распределением давления в щёточном пакете.Дополнительные результаты и анализ разработанной механическоймодели из четырёх волокон могут быть найдены в [384].3516.8.
Выводы по главе6.8. Выводы по главе 6В главе приведены результаты теоретических и экспериментальныхисследований для различных лабиринтных, щёточных уплотнительныхузлов и их комбинаций. Представлены распределения давлений, расходные характеристики, динамические коэффициенты жёсткости и демпфирования, а также другие результаты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
