Page 61 - 《摩擦学学报》2020年第6期

744 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

1 200
40 Hz 80 Hz 刚度的主要原因.
120 Hz 160 Hz c. 密封偏心涡动时，刚度系数和阻尼系数在低偏
1 000 200 Hz 240 Hz
心率( ε < 0.6)下基本与偏心率无关，在高偏心率( ε ⩾ 0.6)
C eff /(N·s/m) 800 下，偏心率对刚度系数和阻尼系数的影响较大. 直接
刚度
、
K xx K yy 基本相等，随偏心率和涡动频率的增高发
600
展为负直接刚度；随着偏心率的增大，交叉刚度在 x和
400
y方向上的大小不再相等，偏心率增大对 K xy 影响更大；
200 同时，高偏心率下的迷宫密封系统阻尼增高，增强了
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Eccentricity ratio, ε 对涡动现象的抑制力.

Fig. 16 Effective damping coefficients versus eccentricity d. 偏心率增大会降低密封系统稳定性，当 ε ⩾ 0.6，
ratios for different whirling frequencies 偏心率对稳定性影响变大；涡动频率的增高会降低偏
图 16 不同涡动频率下偏心对有效阻尼的影响
心率对密封系统稳定性的影响.
化趋势大致相同，随着偏心率的增大，有效阻尼逐渐 参 考 文 献
降低，并且在偏心率 ε ⩾ 0.6后，有效阻尼 C eff 随偏心率
[ 1 ] Denton J D. Loss mechanisms in turbomachinery[J]. Journal of
变化而降低的速度变快. 而随着涡动频率的升高，这 Turbomachinery, 1993, 115: 621–656. doi: 10.1115/1.2929299.

种随偏心率增大而降低的有效阻尼趋势减弱. [ 2 ] Childs D W. Turbomachinery rotordynamics: Phenomena modeling
由于密封系统能量增量 ∆E为 [24] and analysis[M]. John Wiley & Sons, 1993.
( ) [ 3 ] He Lidong, Xia Songbo. A brief comment on the fluid excitation of
∆E=A· K xy − K yx (19)
rotor seal system and vibration reduction technology[J]. Journal of
式中：A为涡动轨迹面积. Vibration Engineering, 1999, (1): 66–74 (in Chinese) [何立东, 夏松
随着偏心率的增大， C eff 均为正值， ( K xy − K yx 增大、 波. 转子密封系统流体激振及其减振技术研究简评[J]. 振动工程
)
C avg 增大，表明尽管密封系统中仍为后向驱动力，并且 学报, 1999, (1): 66–74]. doi: 10.1088/0256-307X/16/12/001.
阻尼引起的能量耗散增大，但密封系统能量增量增多 [ 4 ] Shi Jinyuan, Yang Yu, Sun Qing, et al. Research progress of
幅度更大，导致密封系统总能量升高，系统稳定性下 superior ultra-critical steam turbine technology[J]. Power
Engineering, 2003, (2): 2252–2257 (in Chinese) [史进渊, 杨宇, 孙
降. 但由式(18)可知，随着涡动频率的升高，系统阻尼
庆, 等. 超超临界汽轮机技术研究的新进展[J]. 动力工程, 2003,
的作用效果增强，削弱了由偏心率增大所引起的交叉
(2): 2252–2257]. doi: 10.3321/j.issn:1000-6761.2003.02.002.
刚度的影响. [ 5 ] Jing Jianping, Meng Guang, Zhao Mei, et al. Survey and outlook on
因此，偏心率增大会降低有效阻尼，影响密封系 the research of the steam excitation of superior ultra-critical steam
统的稳定性，偏心率越高，对系统稳定性影响越大；但 turbine[J]. Turbine Technology, 2004, (6): 405–407 (in Chinese) [荆
在高涡动频率下，偏心率对有效阻尼影响减小，密封 建平, 孟光, 赵玫, 等. 超超临界汽轮机汽流激振研究现状与展
望[J]. 汽轮机技术, 2004, (6): 405–407]. doi: 10.3969/j.issn.1001-5884.
稳定性受偏心率影响较小.
2004.06.002.
4 结论 [ 6 ] Cao Shuqian, Chen Yushu. A review of modern rotor/seal

dynamics[J]. Engineering Mechanics, 2009, 26(S2): 68–79
a. 转子偏心增大会降低密封抑制流体泄漏的效
(in Chinese) [曹树谦, 陈予恕. 现代密封转子动力学研究综述[J].
果，当偏心率 ε = 0.9时，泄漏量会增大12.39%. 偏心密 工程力学, 2009, 26(S2): 68–79].
封腔室内压力呈正弦分布，周向压差随偏心率增大而 [ 7 ] Vance J. Machinery vibration and rotordynamics[M]. New York,
逐渐增大，各密封腔内周向压力高点沿流动方向逐渐 USA: John Wiley & Sons, Inc, 2010: 271−278
[ 8 ] Rosenberg S S, Orlik W G, Marcenko U A. Investigating aero-
偏离最小间隙处.
dynamic transverse forces in labyrinth seals in cases involving
b. 在低偏心率( ε ⩽ 0.5)下，静态直接刚度 与静态
K
rotor eccentricity[J]. C E Tran 7083. Translated From
交叉刚度 k变化较小；高偏心率( ε > 0.5)下 和 k的绝对
K
Energomasinostroenie, 1974, 8: 15–17.
值减小. 随着偏心率的增大，密封小间隙侧流动黏性
[ 9 ] Benckert H, Wachter J. Flow induced spring constants of labyrinth
效应增强，齿顶间隙处流动的加速度增大，引起密封 seals[C]. Proceedings of the Second International Conference on
大间隙侧压力大于小间隙侧压力，是产生负静态直接 Vibrations in Rotating Machinery, Cambridge, England, UK, 1980: