【摘 要】
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船用汽轮机组是舰船的核心动力装置,是舰船的主要振动噪声源之一,而转子作为船用汽轮机组中的关键旋转部件,它产生的振动噪声将直接影响到整个机组的振动噪声水平。密封件是船用汽轮机组转子系统中重要的零部件,因其安装灵活、数量多,使其成为抑制转子振动和转子系统失稳的主要手段之一。当前,关于密封对舰船汽轮机转子振动向基础传递的影响特性和规律尚未摸清,因此开展密封动力学特性以及对船用汽轮机转子-密封系统减振特性
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船用汽轮机组是舰船的核心动力装置,是舰船的主要振动噪声源之一,而转子作为船用汽轮机组中的关键旋转部件,它产生的振动噪声将直接影响到整个机组的振动噪声水平。密封件是船用汽轮机组转子系统中重要的零部件,因其安装灵活、数量多,使其成为抑制转子振动和转子系统失稳的主要手段之一。当前,关于密封对舰船汽轮机转子振动向基础传递的影响特性和规律尚未摸清,因此开展密封动力学特性以及对船用汽轮机转子-密封系统减振特性的研究,对于舰船汽轮机减振设计具有重要的意义。本文对三种典型迷宫密封和两种新型阻尼密封的动力学特性进行分析研究,探究结构参数对密封动力学特性的影响规律,在此基础上对不同类型、不同结构尺寸下的密封与船用汽轮机转子组成的系统的减振特性进行规律研究。论文主要工作如下:基于扰动法建立求解密封动力学特性数值仿真求解模型。针对迷宫密封动力学特性的求解,采用圆形涡动轨迹并基于转子密封分析软件SEAL2D/3D来实现;针对阻尼密封动力学特性的求解,以Solid Works、ANSYS ICEM CFD、FLUENT等软件作为技术支撑,以单一涡动频率下的椭圆涡动模型及相关数值方法作为理论支撑来实现。针对迷宫密封进行了动力学特性分析研究。在基于扰动法建立的密封动力特性数值仿真模型的基础上,计算了直通型、交错型、阶梯型迷宫密封的动力学特性系数,并改变腔室深度/阶梯高度、密封间隙、腔室宽度,探究了结构参数对这三种迷宫密封动力特性系数的影响规律,为迷宫密封结构设计做指导。针对阻尼密封进行了动力学特性分析研究。在基于扰动法建立的密封动力特性数值仿真模型的基础上,即通过密封流域三维几何模型的建立、结构化网格的建立、边界条件的设置与涡动位移信号的加载、流体激振力的提取,计算并提取了蜂窝型阻尼密封、贯通挡板袋型阻尼密封的动力学特性系数,并改变密封间隙、蜂窝型阻尼密封的密封孔深度和密封孔外接圆半径、贯通挡板袋型阻尼密封的腔室深度和基本腔室宽度,探究了结构参数对这两种阻尼密封动力特性系数的影响规律,为阻尼密封结构设计做指导。建立了船用汽轮机转子-密封-轴承系统的动力学模型,分析研究了船用汽轮机转子-密封系统的减振特性。将已经计算得到的密封动力学特性系数代入到船用汽轮机转子-密封-轴承系统的动力学模型中,仿真研究不同类型、不同结构尺寸下的密封与船用汽轮机转子组成的系统的减振特性规律,通过对比分析获得了具有良好减振效果的密封类型以及相应的结构尺寸,可为船用汽轮机转子-密封系统的减振性能设计提供支撑。
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