可控吸气实时抑制叶顶密封气流激振的研究.pdf

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1、第34卷第2期振动、测试与诊断V01．34NO．22014年4月JournalofVibration。Measurement&DiagnosisADr．2014可控吸气实时抑制叶顶密封气流激振的研究何立东，邢健，丁磊，尹德志(北京化工大学诊断与自愈工程研究中心北京，100029)摘要利用叶顶吸气抑制密封气流激振，实现对密封气流激振的主动实时控制。开发了一套基于LABVIEW的可控闭环流量调节系统，可根据叶片振动幅值反馈调节喷射流量或吸气流量。在叶片两侧为光滑密封和蜂窝密封两种条件下，实验研究了闭环可控吸气对叶顶密封气流激振的控制。研究结果表

2、明，吸气流量随叶片振动幅值变化而实时调节，叶片振动幅值被实时控制在工况设定的阀值内。光滑密封条件下，闭环可控吸气减振效果能达到3O，蜂窝密封条件下的减振效果可提高到4O，主动控制与被动控制结合的效果更佳。关键词叶顶密封气流激振；主动控制；吸气；蜂窝密封；减振中图分类号TK263．3；TP29；TP272气流量或反旋流射流量进行实时自动闭环控制。通引言过模拟实验，研究了该系统控制吸气量时对叶片振动的影响规律，并研究了该主动控制方法与蜂窝密流动控制技术是流体力学研究领域的一个热点封被动控制方法_1他]结合抑制密封气流激振的效问题，它在改善飞行器

3、和叶轮机械性能方面有着巨果。本研究成果为旋转机械密封气流激振提供了一大的应用潜能。早在1904年，Prandtl就开展了利种主动控制的新方法，开发的叶片振动主动控制系用喷气或吸气来减缓气流分离的研究。后期的大量统有一定的工程应用价值。研究都表明，稳恒射流、脉动射流、合成射流等各类射流及吸气均能有效减缓叶片边界层气流分离，减1实验系统与设计小气流阻力E1-2]，而且对叶轮机械旋转失速和喘振有一定的控制作用，有利于提高机组运行稳定性]。1．1实验系统叶轮机械上射流和吸气的应用研究主要集中在提高机组静特性上，针对动态特性改善的研究较少。反实验系统

4、主要由叶片装置和闭环流量调节系统旋流l5是利用射流来控制机组动态特性的一种主两大部分组成，实验系统示意图和实物图如图1所要方法，它能有效抑制密封气流激振。动叶片叶顶示，图2为吸气嘴和叶片侧边蜂窝密封。吸气方法也能有效抑制叶片振动[7]。脉动气泵通过工况调节阀与叶片装置连接，脉恰当的反旋流对于减缓迷宫腔内的气流激振具动气流激励叶片振动。叶顶光滑密封块上设计有通有明显的作用，但反旋流的流量等参数不能根据需气结构，通过电动调节阀与外部气源连接，与真空泵要进行调节，参数不合理时反而会导致转子振动加连接即可进行吸气抑振实验。叶片后上方装有电涡剧¨8。

5、课题组前期研究了基于单片机的流量开关控流位移传感器，用来采集叶片振动信号。可控流量制系统]，与传统反旋流技术结合，突破了传统反旋调节系统以该振动信号作为反馈信号，控制电动调流存在的不足，但只能实现吸气或喷气装置开和关节阀的开度，从而控制叶顶吸气流量大小，实现实时两种状态的自动调节。闭环控制。笔者开发了一套基于LABVIEw的多点可控叶片侧边和顶部密封间隙为0．2mm，侧边密闭环流量调节系统，可根据旋转设备运行工况对吸封结构拆装方便，实验设计了光滑和蜂窝两种侧边*教育部博士点基金资助项目(20110010110009)；国家重点基础研究发展计

6、划(“九七三”计划)资助项目(2012CB026000)；北京市教育委员会共建专项资助项目收稿日期：2013—01—10；修回日期：20130411244振动、钡0试与诊断第34卷m)，主动控制系统作用后，电动阀开度自动调节到0．22530，以此开度吸气后振动值降低到了46．1Fm。0．200I＼越0．175OOOOOOOOOMum∞∞目0．150口0．1250．1000．0750．0500．025t

7、s(a)自动吸气前(a)Beforeairsuctiont／S(a)自动吸气前(a1Beforeairsuction§＼(b)自动吸气后t

8、

9、s(b)Afterairsuction(b)自动吸气后图6光滑密封条件下叶片激励工况3(b)AfterairsuctionFig．6Bladevibrationbyexcitingcondition3with图4光滑密封条件下叶片激励工况lsmoothsealFig．4Bladevibrationbyexcitingcondition1withsmoothseal激励工况2下，振幅为116．5m(80～120m之间)，主动控制系统作用后，电动调节阀开度自动调节为6O，振动值降低到8O．8m。激励工况3下，振幅达到178．1m(超过12O肚m

10、)，主动控制系统作用后，电动调节阀开度自动调I＼节到100，振动值降低到127．2m。实验数据表坚明，光滑密封条件下，叶顶吸气分段式主动控制减振效果可达到30左右。2．2蜂窝密封