Диссертация (785882), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Отдельно представлен эффектот сегментирования щёточного пакета на характеристики уплотнения.В частности, приведены результаты для следующих уплотнений:∙ ступенчатые трёхгребешковые уплотнения SSS;∙ ступенчатое трёхгребешковое уплотнение с гребешками на роторе;∙ двадцатигребешковое прямое лабиринтное уплотнение;∙ комбинации различных щёточных уплотнений с коротким лабиринтом (конфигурации SSB и BSS);∙ щёточное уплотнение с тремя пакетами BBB;∙ сегментированное щёточное уплотнение в конфигурации SSB.Анализ расходных характеристик продемонстрировал влияние геометрии и параметров щёточного уплотнения на величину утечек.
Сравнивая результаты расчётов с экспериментальными значениями, можноотметить, что откалиброванная модель пористой среды позволяет удовлетворительно предсказывать расход щёточного уплотнения. Однакодля щёточных уплотнений, устанавливаемых с положительным номинальным зазором, для точного определения величины утечек необходима дополнительная информация об эффекте закрытия свободного зазора при возникновении перепада давления. Исследованные щёточныеуплотнения демонстрируют значительное уменьшение утечек по сравнению с сопоставимыми лабиринтными уплотнениями.В зависимости от параметров щёточного пакета величина эксцентриситета вала также может оказывать влияние на расход в уплотнении. В этом случае в щёточном пакете может возникать несимметрич3526.8.
Выводы по главеная структура: функции толщины пакета в осевом направлении и свободного радиального зазора могут зависеть от окружной координаты.Данные изменения могут быть учтены в используемой модели пористойсреды с помощью соответствующих коэффициентов.Сравнительный анализ расчётных и экспериментальных результатов по динамическим коэффициентам жёсткости и демпфирования также показал адекватность разработанных моделей щёточно-лабиринтных уплотнений при определении как локальных, так и глобальных динамических коэффициентов. Однако при этом требуется более тщательная калибровка модели пористой среды.Податливость элементов щёточного уплотнения может приводитьк изменениям в значениях свободного радиального зазора и толщины(пористости) щёточного пакета при возникновении перепада давления.Даже малые изменения в указанных параметрах могут оказывать значительное влияние на силы, возникающие в уплотнении.
Эксцентричноеположение вала и эффект закрытия радиального зазора в щёточномпакете при возникновении перепада давления делают возможным контактные взаимодействия между волокнами и поверхностью вала даже вслучае щёточных уплотнений с положительным номинальным зазором.Использование приведённых зависимостей свободного радиальногозазора в щёточных уплотнениях позволяет улучшить точность результатов расчётов с помощью ВГД-моделей, в особенности при определениидинамических коэффициентов.Расчётная ВГД-модель на основе модели пористой среды позволяет определить лишь аэродинамические составляющие коэффициентовжёсткости и демпфирования.
Поэтому результаты ВГД-модели не могут быть непосредственно использованы при анализе щёточных уплотнений, устанавливаемых с нулевым номинальным зазором или внахлёст.Для оценки механических составляющих жёсткости и демпфированияиспользуются упрощённые подходы, использование которых продемонстрировало адекватные результаты при малых перепадах давления. Отсутствие экспериментальных данных по глобальным динамическим коэффициентам для более высоких давлений затрудняет анализ моделей.Для детального анализа поведения щёточного пакета при контакте мо3536.8. Выводы по главегут быть использованы более сложные теоретические подходы.Расчёт простой роторной системы показал, что уплотнения могутоказывать отрицательное влияние на динамику ротора.
Из-за сопоставимых значений перекрёстных коэффициентов жёсткости влияния щёточно-лабиринтного уплотнения SSB-1 и трёхгребешкового лабиринтного уплотнения SSS-1 являются сходными. Это связано с тем, что щёточное уплотнение B-1 имеет положительный номинальный зазор. Однако результаты динамического анализе методом прямого интегрирования продемонстрировали, что лабиринтное уплотнение является болеенеустойчивым: амплитуда колебаний превосходит критическое значениепри меньшей скорости вращения вала, чем в случае с щёточно-лабиринтным уплотнением SSB-1.Различия в динамических коэффициентах между лабиринтными ищёточно-лабиринтными уплотнениями становятся более значительными для конфигураций, использующих контактные щёточные уплотнения (SSB-3 и SSB-4).
На динамическое поведение таких уплотнений преобладающий эффект оказывают механические характеристики щёточного пакета.Сравнительный анализ результатов, полученных с помощью дискретной модели щёточного пакета и модели пористой среды, показал,что дискретная модель приводит к более точным значениям расхода илокальных характеристик течения в зазоре уплотнения, и может бытьиспользована для проведения специальных исследований. Однако вычислительные затраты дискретной модели значительно превышают затраты на проведение расчётов с использованием пористой модели.354Глава 7Практические вопросы по применениющёточных уплотнений в роторныхсистемах авиационных двигателейГлава посвящена обобщению полученных данных по характеристикам уплотнений.
Описывается упрощённая методикаоценки расхода через щёточное уплотнение. Приводятся результаты по применению разработанной методики для различных щёточных уплотнений, взятых из доступных источников. Анализируются вопросы использования щёточных уплотнений в авиационных двигателях. Формулируются рекомендации по применению щёточных уплотнений.7.1. Сравнительный анализ характеристикисследованных уплотнений7.1.1. Обобщённый анализВ данном разделе приведены результаты обобщённого сравнениярасхода и динамических коэффициентов уплотнений, исследованных вработе.
Целью проведённого сравнительного анализа является в компактной форме сопоставить рабочие характеристики различных уплотнений для их качественного сравнения. В подробной форме результатыдля каждого уплотнения могут быть найдены в главе 6.Характеристики уплотнений зависят от различных рабочих параметров, таких как, перепад давления, отношение давлений, начальнаязакрутка газа, скорость вращения вала.
Поэтому представляется сложным выбор одного параметра, по которому проводить сравнение рабочих характеристик различных уплотнений.Здесь для сравнения различных уплотнений между собой расходная характеристика приведена в виде функции эффективного зазора3557.1. Сравнительный анализ характеристик исследованных уплотненийв зависимости от отношения давлений на входе и выходе из уплотнительной конфигурации. Давление на выходе во всех случаях являетсяатмосферным.Зависимости динамических коэффициентов жёсткости и демпфирования приведены как функции произведения величины перепада давления через уплотнение на величину начальной закрутки потока газа:Δ = (0 − 1 ) 0 .(7.1)Представление динамических коэффициентов с применением значений расхода (зависимости вида: ∼ ,˙ ∼ 0 = ˙ 0 ), которыеиспользовались в других разделах, в данном случае не использовалосьиз-за значительных отличий между расходом в щёточных и лабиринтных уплотнений с различными радиальными зазорами.Приведённые ниже зависимости динамических коэффициентов отΔ позволяют оценить качественные отличия в поведении уплотнений.Однако следует иметь в виду, что точки на графиках могут соответствовать различным комбинациям значений входного давления и начальной закрутки потока.
Конкретные выводы по количественным отличиям следует делать с использованием детальных результатов, приведённых в главе 6.Обобщая приведённые ниже результаты, можно отметить, что очевидно простая мера по улучшению динамических характеристик короткого ступенчатого лабиринтного уплотнения типа SSS (уменьшениенегативного влияния уплотнения на динамику ротора) путём увеличения радиального зазора под гребешками не обязательно приведёт к желаемому результату, но заметно увеличит расход.Также можно отметить, что наибольшие преимущества как по расходу, так и по динамическим коэффициентам демонстрируют конфигурации с контактными щёточными уплотнениями.
Однако высокая прямая жёсткость таких уплотнений может оказывать заметный эффектна собственные частоты роторной системы. Также вопросы износа в месте контакта волокон и вала выходят в таких конфигурациях на первый план по сравнению с щёточными уплотнениями, имеющими положительный остаточный зазор.3567.1.
Сравнительный анализ характеристик исследованных уплотненийПараметры рассмотренных уплотнительных узлов могут быть найдены в главе 2 (см. табл. 2.10 и табл. 2.11). Для конфигураций с щёточными уплотнениями типа B-2, а также для узла SSS-2 динамическиекоэффициенты не определялись.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
