涡轮泵转子动平衡技术研究及蜂窝密封在汽轮机上的应用
随着现代航天技术突飞猛进的发展，对火箭发动机工作稳定性的要求进一步提高，涡轮泵转子的动平衡问题是影响火箭发动机工作稳定性的一大关键因素。在石化行业，由于汽轮机出现的密封失效问题，导致机组不得不进行停机检修，严重影响了机组的安全性和稳定性。针对涡轮泵转子组件的动平衡问题，本文对涡轮泵转子初始不平衡量的影响因素进行了仿真分析;研究了基于超快激光的涡轮泵转子动平衡去重技术;提出了涡轮泵转子去重“点”“面”转化计算方法;针对汽轮机汽封出现的泄漏过大问题，应用蜂窝密封技术，对汽轮机汽封进行了蜂窝密封仿真分析和应用改造;针对悬臂转子出现的碰摩振动故障，使用整体式挤压油膜阻尼器(简称ISFD)与刚性支承进行了对比实验，研究了ISFD对悬臂转子碰摩振动的控制效果。本文主要研究内容如下: (1)利用有限元软件计算了涡轮泵转子组件装配同轴度与垂直度偏差、轴孔加工同轴度偏差及叶片材质不均匀等对涡轮泵转子组件初始不平衡量的影响。 (2)研究了超快激光金属去重技术;基于涡轮泵涡轮盘的特殊去重面形状，利用有限元软件计算了去重形状、去重深度和去重边缘倒角对涡轮盘应力响应的影响;研究了基于激光金属加工去重面的“点”“面”转化数值计算方法。 (3)设计了涡轮泵转子超快激光去重试验台;实验研究了超快激光加工圆型、方形以及弧形去重面时的去重效果，同时进行了边缘倒角加工实验研究。实验结果表明，超快激光金属加工技术可以满足涡轮泵转子去重的技术要求。 (4)通过仿真分析比较了梳齿密封与蜂窝密封的密封特性，研究了梳齿结构、蜂窝芯格深度和蜂窝芯格直径对密封性能的影响，探究了蜂窝密封的密封特性影响因素。依据仿真结果进行工程技术改造，改造后汽轮机的径向瓦监测温度降低了20℃。 (5)实验研究了不同转速、不同不平衡量和不同碰摩位置下整体式挤压油膜阻尼器对悬臂转子碰摩振动的抑制效果。结果表明，整体式挤压油膜阻尼器对悬臂转子的碰摩振动有一定的抑制效果，振动的最大降幅为40.8％。
火箭发动机;涡轮泵转子;动平衡技术;汽轮机;蜂窝密封
北京化工大学
硕士
机械工程
何立东
2021
中文
V431;TK261
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）