Диссертация (785882), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Уплотнения SSS-1 и SSB-1 с малым зазором имеют более высокие значения прямого коэффициента демпфирования по сравнению с лабиринтным уплотнением SSS-3 с радиальным зазором 0.5 мм.Однако конфигурация BSS-1, в котором щёточное уплотнение располагается впереди и играет роль гасителя закрутки набегающего потокагаза, показывает минимальные значения коэффициента .3647.1. Сравнительный анализ характеристик исследованных уплотненийРис. 7.4. Обобщённые результаты по глобальным коэффициентам демпфирования исследованных уплотнений3657.2. Формирование жесткостных характеристик в каналах уплотненийКонфигурации с контактными щёточными уплотнениями показывают высокие значения прямого коэффициента демпфирования с заметной нелинейной характеристикой.
Максимальные значения имеет конфигурация SSB-3 S с сегментированным щёточным уплотнением.Перекрёстные коэффициенты демпфирования принимают во всехисследованных конфигурациях относительно малые значения. Конфигурации с контактными щёточными уплотнениями демонстрируют отрицательный перекрёстный коэффициент демпфирования с заметнымразбросом в значениях.7.2. Формирование жесткостных характеристик вканалах уплотнений7.2.1. Короткие лабиринтные уплотненияВ данном разделе приведён теоретический анализ удельных аэродинамических сил, возникающих в каналах бесконтактных лабиринтных и щёточно-лабиринтных уплотнений. Анализ позволяет объяснить:1) формирование динамических коэффициентов жёсткости уплотнения;2) отличия между результатами по коэффициентам жёсткости, получаемым с помощью методик динамического и беспрецессионного экспериментальных стендов; 3) повышенную чувствительность значений прямого коэффициента жёсткости к расчётной сетке.Удельные аэродинамические силы в канале уплотнения, действующие в радиальном ( ) и тангенциальном ( ) направлениях определяются как (см., например, [297; 310]):2Z = 2Z cos d; = 0 sin d.(7.2)0где – радиус вала.На рис.
7.5а показано типичное распределение удельных сил в лабиринтном уплотнении SSS-3 с эксцентричным валом. Из-за значительныхразличий в диапазонах изменения удельных радиальных и тангенци-3667.2. Формирование жесткостных характеристик в каналах уплотненийальных сил результаты представлены с использованием двух осей ординат. Контур уплотнения также нанесён на графике для идентификацииположений по оси канала уплотнения, где значения удельных сил претерпевают значительные изменения. Зона высокого давления находитсясправа.Области канала уплотнения с высокими значениями относительного эксцентриситета = / (где высота камеры или радиальный зазорпод гребешками) оказывают преобладающее влияние на формированиерадиальной компоненты аэродинамической силы, связанной с прямымкоэффициентом жёсткости .Размеры камеры являются большими по сравнению с радиальнымзазором под гребешками, поэтому значительная удельная радиальнаясила возникает в основном в зонах малых зазоров между поверхностью вала и кончиками гребней.В камерах, где изменения давления в осевом направлении незначительны, удельная радиальная сила принимает относительно малыезначения, которые незначительно отличаются от камеры к камере.Величины относительного зазора для уплотнения SSS-3 составляют 0.016 и 0.2 для камеры и кончика гребня соответственно.Можно также отметить, что значительные градиенты давления, атакже скорости потока газа в областях высоких значений относительного эксцентриситета требуют очень мелкой расчётной сетки для получения точных значений радиальной силы.
Это объясняет описаннуюв разделе 5.3 более высокую чувствительность прямых коэффициентовжёсткости к параметрам размера и качества сетки по сравнению с перекрёстными коэффициентами жёсткости.Основное формирование тангенциальной силы происходит в камерах уплотнения (см. рис. 7.5а), т. е. области под гребешками с большимиградиентами скоростей и давлений не оказывают такого значительноговлияния на суммарную силу, как в случае с радиальной составляющейреакции уплотнения.
Поэтому перекрёстный коэффициент жёсткостидемонстрирует меньшую чувствительность к расчётной сетке. При переходе от камеры 2 к камере 3 происходит увеличение уровня удельнойтангенциальной силы .3677.2. Формирование жесткостных характеристик в каналах уплотненийа) Распределение удельных сил в канале уплотнения SSS-3б) Распределение удельных сил в канале уплотнения SSS-1Рис. 7.5. Распределение удельных сил в лабиринтных уплотненияхТот факт, что формирование радиальной силы происходит преимущественно в зонах больших значений относительного зазора (т. е. подгребешками), объясняет отличия между локальными и глобальнымипрямыми коэффициентами жёсткости.
Формирование тангенциальнойсилы происходит преимущественно в камерах уплотнительной конфигурации, поэтому отличия между локальными и глобальными перекрёстными коэффициентами жёсткости не так велики.Для сравнения на рис. 7.5б показаны распределения удельных аэродинамических сил и в канале лабиринтного уплотнения SSS-1,которое имеет меньший зазор под гребешками по сравнению с уплотнением SSS-3.Оба коротких лабиринтных уплотнения SSS-1 и SSS-3 демонстри3687.2. Формирование жесткостных характеристик в каналах уплотненийруют качественно сходные характеристики удельных сил.
Однако лабиринтное уплотнение с меньшим радиальным зазором SSS-1 имеет практически одинаковый уровень тангенциальной силы в двух внутреннихкамерах, тогда как в уплотнении SSS-3 имеет место заметное увеличение тангенциальной силы при переходе от камеры 2 к камере 3.Дополнительный анализ удельных сил в конфигурации SSS-1, атакже объяснение отличий в измерениях коэффициентов жёсткости набеспрецессионном и динамических стендах могут быть найдены в [297].На рис. 7.6 представлена функция формирования прямого и перекрёстного коэффициентов жёсткости в осевом направлении для лабиринтных уплотнений SSS-3 и SSS-1.Коэффициенты жёсткости в зависимости от осевой координаты вдоль канала уплотнения определяются как:Z1 () = d;Z1 () = − d.(7.3)где – длина уплотнения, – эксцентриситет вала.Согласно определению функции формирования жёсткости, коэффициенты жёсткости равны нулю на входе в уплотнение (зона справана рис. 7.6) и принимают свои окончательные значения на выходе изуплотнения, т.
е. интегрирование удельных сил в ур. (7.3) ведётся справа налево.Из рис. 7.6 видно, что в лабиринтной конфигурации SSS-3 перекрёстный коэффициент жёсткости непрерывно растёт в двух внутренних камерах лабиринта и остаётся практически неизменным в выходной камере.Абсолютные значения прямого коэффициента жёсткости также увеличиваются во внутренних камерах, но при этом видны скачки взонах около гребней. В выходной камере прямой коэффициент жёсткости немного уменьшается по абсолютному значению.По функции формирования коэффициентов жёсткости две конфигурации коротких лабиринтных уплотнений SSS-1 и SSS-3 также демонстрируют качественно сходные характеристики.
Из сравнения функций3697.2. Формирование жесткостных характеристик в каналах уплотненийРис. 7.6. Формирование коэффициентов жёсткости в лабиринтныхуплотнениях SSSформирования жёсткости можно сделать вывод, что уплотнение SSS-1имеет меньшие значения прямых коэффициентов жёсткости, но большие значения перекрёстных коэффициентов жёсткости, чем уплотнениеSSS-3. Это и было продемонстрировано при анализе экспериментальныхи расчётных данных в разделе 6.1.7.2.2.
Щёточно-лабиринтные уплотнения SSB и BSSВ данном разделе представлено сравнение удельных сил ( и ) и анализ формирования динамических коэффициентов жёсткостив щёточно-лабиринтных уплотнениях BSS-1 и SSB-1, которые отличаются друг от друга лишь расположением щёточного пакета по отношению к гребешкам лабиринта.Распределения радиальных и тангенциальных удельных сил в каналах двух конфигураций показаны на рис. 7.7а и рис. 7.7б.Щёточное уплотнение в обоих конфигурациях приводит к возникновению пика в значениях радиальной силы и к уменьшению тангенциальной составляющей.Однако в конфигурации BSS, в которой щёточное уплотнение установлено перед двумя гребнями, в последующих камерах лабиринта про-3707.2.
Формирование жесткостных характеристик в каналах уплотненийа) Распределение удельных сил в канале уплотнения BSS-1б) Распределение удельных сил в канале уплотнения SSB-1Рис. 7.7. Удельные силы в щёточно-лабиринтных уплотненияхисходят заметные изменения в распределениях как радиальной, так итангенциальной удельных сил.
Тогда как в конфигурации SSB в камерах лабиринта перед щёточным уплотнением давление газа практически не уменьшается (см. раздел 6.2.3), что приводит к малым значениям радиальной удельной силы, а также малым значениям локальныхкоэффициентов жёсткости.С другой стороны, в конфигурации SSB в камерах лабиринта передщёточным уплотнением происходит рост тангенциальной силы, тогдакак в конфигурации BSS закрутка потока значительно уменьшается вщёточном уплотнении, что приводит к более низкому уровню тангенциальной силы в последующих камерах лабиринта.В конфигурации BSS радиальная удельная сила принимает значи3717.2. Формирование жесткостных характеристик в каналах уплотненийтельные отрицательные значения в камере за щёточным уплотнением.Можно сказать, что это и приводит к отрицательному прямому коэффициенту жёсткости уплотнения BSS-1.
В конфигурации SSB радиальные силы близки к нулю в двух камерах лабиринта перед щёточнымуплотнением. Щёточный пакет генерирует преимущественно положительную удельную радиальную силу, что приводит также к положительному прямому коэффициенту жёсткости в уплотнении SSB-1.Функции формирования коэффициентов жёсткости в осевом направлении для щёточно-лабиринтных уплотнений BSS-1 и SSB-1 показаны на рис. 7.8.Установка щёточного уплотнения перед гребешками лабиринта заметно уменьшает окружную составляющую скорости газа, что приводит к уменьшению перекрёстного коэффициента жёсткости, функциякоторого демонстрирует умеренный рост в последующих камерах лабиринта.Относительно прямого коэффициента жёсткости можно отметить,что конфигурация BSS ведёт себя по аналогии с чистым лабиринтнымуплотнением SSS: падение давления в камерах лабиринта приводит кзаметному увеличению отрицательного прямого коэффициента жёсткости с небольшим уменьшением в камере на выходе.
Само же щёточноеуплотнение приводит к положительному значению прямого коэффициента жёсткости.Формирование коэффициентов жёсткости в щёточно-лабиринтнойконфигурации SSB можно в целом описать как имеющую противоположный характер по сравнению с уплотнением BSS.Отсутствие значительного падения давления в камерах лабиринта перед щёточным уплотнением приводит к очень малым отрицательным значениям прямого коэффициента жёсткости. Щёточное уплотнение, установленное в конце конфигурации, приводит к высокому положительному значению прямого коэффициента жёсткости, для которогонаблюдается также небольшой рост в выходной камере.Перекрёстный коэффициент жёсткости непрерывно растет в камерах лабиринта конфигурации SSB, как и в чисто лабиринтном уплотнении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
