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透平机械密封间隙流体激振和蜂窝密封2008-03-1222:52一、密封间隙流体激振  密封间隙流体激振是燃气轮机、汽轮机、离心压缩机等叶轮机械普遍存在而不易解决的问题。随着叶轮机械向着高效、稳定、大功率方向的发展,传统密封间隙流体激振的危害日益突出。降低密封间隙的泄漏量,抑制密封间隙的流体激振,确保机组运行的稳定性,已成为现代叶轮机械发展的关键技术之一,下面先探讨一下梳齿迷宫密封气流激振的产生机理。  第一种观点:  一般认为,由于Lomakin效应、Alford效应、螺旋形流动效应、三维流动效应、二次流效应等造成迷宫密封腔压力沿周向分布不均匀。当气流进入密封体时,不仅以很大的轴向速度通过各腔,而且在轴的带动下具有很大的周向速度,所以气流在密封体内是以螺旋的形式向外流动的。另外,由于轴系因制造等因素导致与密封齿在圆周上间隙的不一致,密封腔中的螺旋形流动使周向压力分布的变化与转子和密封腔之间的间隙变化不完全对应,最高压力点滞后密封腔最小间隙一定角度,这样,流体作用在转子上的力可分解成一个与偏置方向相垂直的切向力,该切向力将激励转子产生涡动,当激振力超过一定值时,就会使转子产生强烈的振动。第二种观点:  研究人员从流体弹性耦合的角度认为,密封腔中的流体在转子的干扰下,形成脉动的流场,该流场又激励转子振动。在一定条件下,当流场脉动频率与转子的某阶固有频率相耦合时,将会产生强烈的自激振动。  试验表明,梳齿迷宫密封气流激振力的特点是:  a密封腔中气流周向速度分量是产生气流激振力的主要原因,密封腔中气流周向速度分量是由进汽预旋和转子旋转所产生的,周向速度增加,直接导致密封的交叉刚度系数迅速增大,从而使气流激振力增大。  b气流激振力与密封间隙呈反比例关系。密封间隙的减小,将直接导致密封交叉刚度系数增大,不利于转子的稳定运动。  c气流激振的频率一般不高于转速频率,接近一阶频率。  d气流激振力与转子偏心量是线性关系,正是由于偏心问题存在而导致气流激振的产生,当偏心越大时,所产生激振力越大,轴的振动亦越大。  e气流激振力随介质的增大而近似呈线性关系。  由于密封腔中气流的周向速度是产生气流激振的主要原因,目前,多采用下面二种方法来消耗其周向速度:  a从机体内引出一股高压介质,以与转子转向相反的方向注入到密封腔中,抵消密封腔气流的周向运动,但这种方法缺点是,增加了有效介质的损失和动力能源的浪费,而且计算较为困难。  b阻尼减振密封,即在轴向上适当定位一些插件,从而达到限制密封腔中气流的周向运动,避免不稳定问题,这种阻尼减振密封形式有多种,具有代表性的阻尼密封主要有以下几种:(1)圆孔窝密封:圆孔窝密封的内孔表面上,分布着许多一定深度和直径的盲孔,试验表明,圆孔窝密封的泄漏量是光滑密封的1/3,交叉刚度系数减少20%,最佳结构为:,。(2)锯齿密封:锯齿密封环的内孔表面沿周向排列着许多锯齿,齿的斜方面正对着转子的旋转方向,以抑制流体的周向速度,试验表明,锯齿密封的抗泄漏性和阻尼方面,好于光滑密封,但差于圆孔密封,锯齿越多、越深、越有利于降低密封的泄漏量,但主刚度下降,齿深与半径间隙之比为2:9,齿面积占密封环内孔表面积的33%时,锯齿密封的阻尼和刚度都达到最大值。  (3)三角形密封