謝軼男 胡錫文 孫 宇 張 海

(1.中國(guó)核電工程有限公司；2.中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司；3.哈爾濱工程大學(xué))

0 引言

船用燃?xì)廨啓C(jī)具有功率大、質(zhì)量輕、啟動(dòng)快、加速性和機(jī)動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)，某國(guó)產(chǎn)船用燃?xì)廨啓C(jī)為三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。該型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子輸出軸功，動(dòng)力渦輪可簡(jiǎn)化為懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子，該懸臂轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)行意義重大。

龔建政等[1]建立了壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)模型，利用動(dòng)力學(xué)分析軟件計(jì)算了轉(zhuǎn)子的固有頻率和振動(dòng)，求解了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和不平衡的響應(yīng)，分析了轉(zhuǎn)子前支撐剛度變化對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速和不平衡響應(yīng)的影響。提高了燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行可靠性，并且為轉(zhuǎn)子的優(yōu)化提供了依據(jù)。解夢(mèng)濤等[2]通過(guò)建立轉(zhuǎn)子模型，并進(jìn)行有限元分析發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在一階轉(zhuǎn)速附近時(shí)前端的不平衡量對(duì)轉(zhuǎn)子影響較為明顯，而在二階臨界轉(zhuǎn)速附近轉(zhuǎn)子后端的不平衡量對(duì)轉(zhuǎn)子影響較大。關(guān)琦等[3]使用SAMCEF/Field軟件的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析模塊對(duì)一轉(zhuǎn)子進(jìn)行了分析計(jì)算。根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的條件，計(jì)算了該機(jī)組轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)、葉片丟失瞬態(tài)響應(yīng)等。陳萌等[4]對(duì)某燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)果表明應(yīng)用動(dòng)剛度進(jìn)行計(jì)算比靜剛度更加貼近實(shí)際轉(zhuǎn)子的運(yùn)行情況。潘宏剛等[5]在輪盤(pán)質(zhì)量和位置對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速靈敏度分析一文中研究得出轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速隨著輪盤(pán)質(zhì)量增加而減小，隨著輪盤(pán)偏置量增加而增加，并且轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速受輪盤(pán)偏置量影響效果比質(zhì)量改變影響的效果明顯，偏置量對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于質(zhì)量的影響，大約是7至10倍。楊樹(shù)華等[6]對(duì)離心壓縮機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的動(dòng)力學(xué)失穩(wěn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，認(rèn)為應(yīng)將葉輪氣動(dòng)效應(yīng)作為轉(zhuǎn)子失穩(wěn)的重要因素，并通過(guò)增加阻旋柵，提高該轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。太興宇等[7-8]圍繞壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，同時(shí)考慮隔振器對(duì)系統(tǒng)的影響，計(jì)算了在復(fù)合基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)下的軸承動(dòng)力特性，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)會(huì)影響轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而隔振器可以改善這一影響。李品威等[9]對(duì)壓縮機(jī)在轉(zhuǎn)速不變但依然振動(dòng)無(wú)法保持穩(wěn)定的現(xiàn)象進(jìn)行分析，認(rèn)為在壓縮機(jī)組基礎(chǔ)裝置設(shè)計(jì)時(shí)，盡量縮短軸頭間距，減輕聯(lián)軸器的質(zhì)量，有助于維持轉(zhuǎn)子穩(wěn)定，保證機(jī)組正常運(yùn)行。何朝輝等[10]給出了在考慮密封作用下離心泵轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法，并對(duì)某高壓離心泵轉(zhuǎn)子進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算，發(fā)現(xiàn)離心泵轉(zhuǎn)子的密封結(jié)構(gòu)既提高了臨界轉(zhuǎn)速值，又降低了位移響應(yīng)，且直接影響其臨界轉(zhuǎn)速的變化。蔣楠[11]以離心式壓縮機(jī)三油楔固定瓦滑動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用Dyrobes 軟件計(jì)算分析了預(yù)載荷對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的影響，并給出了預(yù)載荷取值范圍，指出軸承的發(fā)熱量也與預(yù)載荷有關(guān)，增大預(yù)載荷的數(shù)值，軸承的發(fā)熱量會(huì)減小。其研究結(jié)論與Dyrobes 建模方法值得參考。李典來(lái)等[12]在對(duì)研究機(jī)組進(jìn)行改行的過(guò)程中，以滑動(dòng)軸承為研究對(duì)象，基于雷諾方程，利用Dyrobes軟件對(duì)圓柱瓦軸承、壓力壩軸承、四油楔軸承和可傾瓦軸承的特性進(jìn)行了計(jì)算。從軸承油膜壓力分布、油溫、功耗、耗油量、穩(wěn)定性和對(duì)外傳遞載荷等方面對(duì)4種軸承進(jìn)行分析對(duì)比，結(jié)果表明：該汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子采用壓力壩軸承可改善機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，提高轉(zhuǎn)子運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低軸承的外傳力，達(dá)到降低機(jī)組振動(dòng)和噪聲的目的。張俎琛等[13]對(duì)雙平面影響系數(shù)法與模態(tài)N+2 平面向前正交法的動(dòng)平衡機(jī)理進(jìn)行了研究，對(duì)低速平衡后轉(zhuǎn)子一階與二階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)影響規(guī)律進(jìn)行了歸納，提出了彈支剛性轉(zhuǎn)子模態(tài)動(dòng)平衡操作方法。用Dyrobes 軟件建立了彈支—多盤(pán)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型，進(jìn)行了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)振型仿真計(jì)算，同時(shí)搭建了鼠籠式彈性支承結(jié)構(gòu)下多盤(pán)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了兩種動(dòng)平衡方法的臨界處振動(dòng)控制效果實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明：對(duì)高階振型仍表現(xiàn)為剛體模態(tài)的彈性支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)平衡，低速動(dòng)平衡后利用影響系數(shù)法可以同時(shí)降低一階與二階臨界轉(zhuǎn)速處振動(dòng)幅值，在一階臨界處動(dòng)平衡后，模態(tài)向前正交平衡法可有效降低一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)，同時(shí)不影響二階臨界轉(zhuǎn)速處的振動(dòng)幅值。HamdiTaplak[14]指出轉(zhuǎn)子建模精確表達(dá)出轉(zhuǎn)子復(fù)雜的幾何形狀是十分重要的，有利于提高分析的精度，并給出了分析實(shí)例參考。Wagner[10]指出模型降階方法及其在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用的重要性。

在迷宮密封對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性影響方面，李寬等[15]設(shè)計(jì)了一種新型偏心自適應(yīng)調(diào)節(jié)密封結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可自適應(yīng)地減小轉(zhuǎn)子偏心量，抑制密封流體激振。對(duì)其抑振機(jī)理進(jìn)行探究，得出當(dāng)偏心自調(diào)結(jié)構(gòu)的固有頻率和轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)的激勵(lì)頻率一致時(shí)，其抑振效果最好，隨著兩者差值不斷增大，其抑振效果變?nèi)?。賈興運(yùn)等[16-19]提出了一種T 型結(jié)構(gòu)的迷宮密封，相比傳統(tǒng)的迷宮密封，該密封具有較小的泄漏量，同時(shí)其誘導(dǎo)的氣體作用力有助于增強(qiáng)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。

由于動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與支承的特點(diǎn)，本文建立了懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)模型并求解了其臨界轉(zhuǎn)速及振型，揭示級(jí)間與葉頂迷宮密封結(jié)構(gòu)，及其冷熱態(tài)間隙值對(duì)懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

1 懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子計(jì)算模型

本研究針對(duì)某型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子開(kāi)展研究，為了能夠使轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算得出準(zhǔn)確的結(jié)果，在建模的過(guò)程中應(yīng)該盡可能模擬真實(shí)的工況，同時(shí)各個(gè)單元及節(jié)點(diǎn)的布置應(yīng)該合理且便于計(jì)算。對(duì)于轉(zhuǎn)軸，可以直接簡(jiǎn)化為質(zhì)量集中的連續(xù)軸，對(duì)于動(dòng)力渦輪葉片，可以通過(guò)軟件計(jì)算得出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量施加到葉片重心所在的位置。簡(jiǎn)化軸上的其他部件，將軸承和密封分別設(shè)置成節(jié)點(diǎn)以便后續(xù)添加對(duì)應(yīng)的剛度阻尼參數(shù)?；贒yrobes 對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行?；?，模型共設(shè)置八個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)2、3為迷宮密封，節(jié)點(diǎn)5、6、7為軸承，全長(zhǎng)2000mm。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算可以得出各葉輪的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和偏心距，最終得到完整的轉(zhuǎn)子模型，如圖1所示。

圖1 懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子模型Fig.1 Cantilever disc-hollow rotor model

2 懸臂盤(pán)空心轉(zhuǎn)子-迷宮密封計(jì)算模型

密封是轉(zhuǎn)子機(jī)械中不可或缺的一部分，在轉(zhuǎn)子建模過(guò)程中，考慮密封對(duì)轉(zhuǎn)子的影響可以有效提高建模和仿真的精度。在動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子中，密封形式主要是迷宮密封或者蜂窩-迷宮組合密封。在Dyrobes-rotor中，可以將密封部件?；癁檩S承，通過(guò)計(jì)算其剛度與阻尼來(lái)分析氣體密封對(duì)轉(zhuǎn)子的影響規(guī)律，迷宮密封的剛度阻尼值可以通過(guò)Dyrobes 自帶的laby-seal 模塊來(lái)計(jì)算，計(jì)算所需的參數(shù)主要是空氣的物性參數(shù)以及各級(jí)進(jìn)出口壓強(qiáng)。根據(jù)動(dòng)力渦輪運(yùn)行工況與熱力學(xué)參數(shù)共同確定，動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子第一級(jí)至第三級(jí)級(jí)間密封處的氣體比熱率分別是1.350、1.357與1.367。

懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子計(jì)算模型中主要考慮級(jí)間密封與葉頂密封，動(dòng)力渦輪級(jí)間迷宮密封其他參數(shù)如表1所示，基于kirk的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算獲得迷宮密封的剛度與阻尼結(jié)果如表2所示。

表1 迷宮密封參數(shù)Tab.1 Labyrinth seal parameters

表2 迷宮密封計(jì)算結(jié)果Tab.2 Labyrinth seal calculation results

相比級(jí)間密封而言，葉頂間隙密封更加復(fù)雜，主要原因是葉頂間隙密封的齒頂間隙難以確定，對(duì)于某型號(hào)重型燃?xì)廨啓C(jī)而言，其渦輪葉頂蜂窩-迷宮密封的冷態(tài)間隙為3mm，熱態(tài)間隙為0.78mm。該間隙不僅會(huì)影響泄漏量，還會(huì)影響密封動(dòng)力特性系數(shù)。為了探究不同迷宮密封齒頂間隙會(huì)對(duì)其剛度阻尼系數(shù)的影響規(guī)律，下面對(duì)動(dòng)力渦輪各級(jí)葉輪葉頂迷宮密封進(jìn)行計(jì)算來(lái)探究密封間隙的影響。動(dòng)力渦輪葉頂迷宮密封的參數(shù)如表3所示。并且對(duì)比分析了冷熱態(tài)葉頂間隙對(duì)剛度與阻尼系數(shù)的影響規(guī)律。每一級(jí)的間隙都設(shè)置一系列梯度，0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm、1.3mm，分別對(duì)這幾組不同的間隙進(jìn)行計(jì)算，得出各級(jí)的結(jié)果如表3-表7 所示。

表3 葉頂迷宮密封參數(shù)Tab.3 Blade tip labyrinth seal parameters

表4 葉頂迷宮密封計(jì)算結(jié)果（第1級(jí)）Tab.4 Calculation results of blade tip labyrinth seal(level 1)

表5 葉頂迷宮密封計(jì)算結(jié)果（第2級(jí)）Tab.5 Calculation results of blade tip labyrinth seal(Level 2)

表6 葉頂迷宮密封計(jì)算結(jié)果（第3級(jí)）Tab.6 Calculation results of blade tip labyrinth seal(level 3)

表7 葉頂迷宮密封計(jì)算結(jié)果（第4級(jí)）Tab.7 Calculation results of blade tip labyrinth seal(Grade 4)

將表格中的數(shù)據(jù)繪制成曲線圖可直觀的觀察到剛度及阻尼隨間隙的變化規(guī)律，各級(jí)的剛度阻尼曲線圖如圖2所示。由圖2可以看出，葉頂迷宮密封的主剛度隨著間隙的增大而減小。各級(jí)葉頂迷宮密封的交叉剛度都是先增大后減小，在葉頂間隙為0.5mm時(shí)出現(xiàn)最大值，第一級(jí)葉頂密封的交叉剛度最大，第四級(jí)葉頂密封的交叉剛度最小。各級(jí)葉頂迷宮密封的主阻尼系數(shù)隨著間隙的增大而減小，且在0.3mm和0.5mm間減小幅度最明顯，第一級(jí)葉頂密封的主阻尼最大，第四級(jí)葉頂密封的主阻尼最小。交叉阻尼數(shù)值較小，且對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性影響不大。

圖2 不同葉頂間隙下各級(jí)葉輪葉頂迷宮密封剛度阻尼值Fig.2 Stiffness and damping values of impeller tip labyrinth seals at all levels under different tip clearances

密封部件可以?；癁檩S承支承加載到轉(zhuǎn)子模型上進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算與振型分析，修改前文所建立的轉(zhuǎn)子模型，并增加節(jié)點(diǎn)數(shù)用于設(shè)置密封參數(shù)。其中節(jié)點(diǎn)4，7，9為級(jí)間密封，節(jié)點(diǎn)3，5，8，10為葉頂密封?？紤]迷宮密封修改后的模型如圖3所示。

圖3 考慮迷宮密封后的轉(zhuǎn)子模型Fig.3 Rotor model considering labyrinth seal

3 迷宮密封對(duì)懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響規(guī)律與改進(jìn)方法

經(jīng)過(guò)計(jì)算后得出的轉(zhuǎn)子前三階臨界轉(zhuǎn)速與振型如圖4所示，與不考慮密封下的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速與振型結(jié)果對(duì)比可知，轉(zhuǎn)子在考慮迷宮密封后對(duì)臨界轉(zhuǎn)速及振型影響較小，一二階臨界轉(zhuǎn)速有所增加，但數(shù)值較小。這是由于級(jí)間密封與葉頂密封的剛度值約為105N/m，遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)子本身的軸承支承剛度值，約為108N/m，因此，氣體密封對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速與振型的影響不大。

圖4 考慮密封后轉(zhuǎn)子模型前三階振型及臨界轉(zhuǎn)速Fig.4 The first three-order vibration shapes and critical speed of the rotor model after sealing

燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力渦輪軸運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)槟撤N原因而產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，密封部件中氣流的作用力、各個(gè)部件間的摩擦和不平衡量的積累等都是造成振動(dòng)的原因。當(dāng)振動(dòng)幅度大于可控范圍時(shí)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)就會(huì)不穩(wěn)定。如果在實(shí)際工作中產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子的失穩(wěn)，那么就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全問(wèn)題，首先，大幅度的失穩(wěn)振動(dòng)會(huì)造成轉(zhuǎn)子和定子的碰撞與摩擦，從而破壞其結(jié)構(gòu)；其次，失穩(wěn)的轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生低頻渦動(dòng)，使轉(zhuǎn)軸承受交變應(yīng)力，從而使其疲勞破壞。如果不進(jìn)行轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，那么失穩(wěn)隨時(shí)有可能發(fā)生，難以預(yù)測(cè)。因此，在動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子工作時(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析是十分有必要的，考慮到添加迷宮密封會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性造成一定的影響，可以通過(guò)Rotor 模塊計(jì)算出對(duì)數(shù)衰減率圖來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，考慮迷宮密封前后轉(zhuǎn)子的對(duì)數(shù)衰減率，如圖5所示。

圖5 轉(zhuǎn)速-對(duì)數(shù)衰減率圖Fig.5 Rotation speed-logarithmic decay rate diagram

為了使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定性裕度，在工作轉(zhuǎn)速下對(duì)數(shù)衰減率的值應(yīng)足夠大，根據(jù)美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《API617 石油、化學(xué)和氣體工業(yè)用軸流、離心壓縮機(jī)及膨脹機(jī)-壓縮機(jī)》規(guī)定：轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性要求其一階正進(jìn)動(dòng)對(duì)數(shù)衰減率大于0.1。對(duì)比兩圖可以看出，在轉(zhuǎn)子計(jì)算模型中考慮密封，對(duì)計(jì)算轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性具有顯著影響。此外，對(duì)增大迷宮密封間隙后再次計(jì)算各間隙下的對(duì)數(shù)衰減率如圖6所示。

圖6 不同間隙與不同轉(zhuǎn)速下對(duì)數(shù)衰減率Fig.6 Logarithmic decay rate under different clearances and different rotational speeds

通過(guò)圖6 可以明顯看出，隨著密封間隙的增大，轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下的對(duì)數(shù)衰減率值不斷減小，間隙大于0.7mm后，轉(zhuǎn)子的對(duì)數(shù)衰減率開(kāi)始小于0.1，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，原因是過(guò)大的密封間隙會(huì)引起較大的氣流激振力，從而會(huì)導(dǎo)致較大的振動(dòng)，引起轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。

轉(zhuǎn)子增穩(wěn)措施方面，由于迷宮密封交叉剛度較大，容易促使轉(zhuǎn)子自激振動(dòng)，誘發(fā)轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。通常采用有效阻尼系數(shù)Ceff以綜合評(píng)估主阻尼與交叉剛度在轉(zhuǎn)子渦動(dòng)切向方向?qū)D(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響，有效阻尼系數(shù)計(jì)算方法如下：

式中C為主阻尼，k為交叉剛度，有效阻尼為主阻尼減去交叉剛度與渦動(dòng)速度的比值。有效阻尼值越大說(shuō)明密封-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)越穩(wěn)定。以某艦船燃?xì)廨啓C(jī)為例，其壓氣機(jī)級(jí)間密封、渦輪級(jí)間密封、軸端密封與葉頂間隙密封全部采用了蜂窩-迷宮密封結(jié)構(gòu)（如圖7），主要原因是在相同幾何尺寸與運(yùn)行工況下，蜂窩式密封（包括蜂窩-迷宮密封）可以比迷宮密封產(chǎn)生更大的有效阻尼，有助于改善密封氣流激振問(wèn)題，增強(qiáng)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。

圖7 先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)中廣泛采用蜂窩密封結(jié)構(gòu)Fig.7 Widely used honeycomb sealing structure in advanced gas turbines

圖8 給出了不同迷宮密封進(jìn)口預(yù)旋對(duì)主阻尼與有效阻尼的影響規(guī)律。通過(guò)增加密封進(jìn)口氣體的反向旋轉(zhuǎn)可以顯著增大有效阻尼。因此，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子密封施加反旋措施可以提高轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。上述規(guī)律就為密封改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了新思路，可以通過(guò)在迷宮密封的進(jìn)口位置布置反旋柵或者阻旋柵，改變密封進(jìn)口預(yù)旋角度，降低迷宮密封內(nèi)部旋流的切向速度，進(jìn)而大幅降低交叉剛度，最終增大迷宮密封的有效阻尼，提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。

圖8 不同迷宮密封進(jìn)口預(yù)旋對(duì)主阻尼與有效阻尼的影響Fig.8 Influence of different labyrinth seal inlet prerotation on main damping and effective damping

4 結(jié)論

本文針對(duì)船用燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與支承的特點(diǎn)，建立了懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)模型并求解了其臨界轉(zhuǎn)速及振型，揭示級(jí)間與葉頂迷宮密封結(jié)構(gòu)，及其冷熱態(tài)間隙值對(duì)懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響規(guī)律，主要結(jié)論如下：

1）本文建立了典型的懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子計(jì)算模型，模型中包含軸承與密封等關(guān)鍵因素，密封是通過(guò)剛度阻尼系數(shù)的形式加進(jìn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)內(nèi)，增加轉(zhuǎn)子計(jì)算模型的真實(shí)性；

2）求解了級(jí)間密封的剛度阻尼系數(shù)，求解了冷熱態(tài)葉頂間隙迷宮密封的剛度阻尼系數(shù)，不同迷宮密封齒頂間隙對(duì)剛度阻尼系數(shù)有顯著影響。此外，探究了有無(wú)密封下懸臂盤(pán)-空心轉(zhuǎn)子計(jì)算模型的對(duì)數(shù)衰減率，由于密封的剛度阻尼系數(shù)要遠(yuǎn)小于軸承的，密封對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速與振型的影響不大，但會(huì)影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性；

3）采用蜂窩密封結(jié)構(gòu)或者在迷宮密封進(jìn)口增加反旋措施都可以一定程度上增大轉(zhuǎn)子-密封系統(tǒng)的有效阻尼，有益于增加轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。