验证径向透平机的轴向推力的估计方法

文摘

透平机的快速初步设计和安全运行需要一个简单的轴向推力和准确的预测。这些力量的低估可能导致不佳的轴承容易过载和受到损害。虽然大型安全利润用于轴承设计避免超载,这导致昂贵的扩界。在这项研究中,现有的轴向推力的准确性评估方法进行分析比较,理论压力分布,数值模拟和实验数据。可用的方法往往低估了最大的轴向推力和需要的数据不可用在透平机的初步设计。本文提出了一种新的、简单的轴向推力估计方法,该方法只需要几个初步设计参数作为输入数据,结合以前公布的方法的优势,导致更精确的轴向推力估计。验证了方法与之前公开数据从一个径向泵从离心式压缩机和新的实验数据,后者以Lappeenranta-Lahti科技大学附近地区,芬兰,和两个燃气轮机以蛹涡轮机Oy,芬兰。之间的最大偏差估计使用混合方法和轴向推力测量一个是不到13%,而其他方法偏离的百分比。

1。介绍

透平机的轴承和密封的设计是基于最大操作过程中产生的轴向推力。其最大价值估计涡轮机在初步设计阶段,并准确评估中强调的重要性,例如[1]。一个简单和准确的方法对轴向推力的评估是至关重要的快速初步设计和机器的安全操作,因为一个低估会导致薄壁轴承,从而导致重载甚至损坏轴承。为了防止低估,安全边际一样大两倍(使用的最大轴向推力2]。预计有一个准确的估计轴向推力将使利润率较低的安全在轴承设计的使用,从而防止昂贵的扩界。

轴向推力可以估计通过应用牛顿第二定律,这需要裹尸布上的可靠预测的压力分布和磁盘的一个叶轮。根据叶轮内流场的数值结果回盘腔(3),平均圆周速度叶轮腔中大约一半的当地的圆周速度,这是通常的假设在轴向推力估计方法4,5]。常数的假设漩涡0.5倍简化了轴向推力估计。然而,因素变化时,压缩机在非设计工况运行条件下,正面的因素是略高于腔(闭式叶轮,平均0.6 (6)比在圆盘腔(平均0.4 (6),这种差异增加在非设计工况条件6]。取决于漩涡的因素,例如,流体性质,腔的几何形状,和旋转速度,分析其价值无法估计,但计算流体力学(CFD)模拟是必需的(而不是7]。

径向方向的静压分布在磁盘侧不同取决于泄漏流量通过腔是负的,积极的,或零3]。零泄漏流量有关,例如,涡轮增压器,正流(叶轮出口流动方向)和多级真空压缩机,和消极的流(从叶轮出口)压缩机提供超压和工作在一个开放的循环。静压分布的形状建模在离心压缩机3)在不同泄漏流量在径向泵(类似的测量8]。

叶轮压力分布可以用数值模型;然而,占磁盘与可能的径向迷宫密封腔复杂模型。此外,简单的工具比CFD在初步设计阶段通常是首选。可选地,分析或半经验的表达式可以用来估计压力分布。已经在1955年,一个理论公式(9)提出了压力分布的迷宫式密封的正面和负面的流动。后来,一个方法(5)提出了假设流体元素是在径向力,这样压力平衡平衡离心力和压力变化作为叶轮半径的函数。第二种方法(4]接近压力分布的假设之间的关系总相对速度和压力的压力。第三种方法(10需要数据泄漏流量通过磁盘腔估计压力分布。然而,并没有普遍接受配方泄漏流量的文学。第四个方法(11]提出了涡轮增压器得到压缩机出口压力的叶轮的进口压力和涡轮转子的反应程度,它假定恒压盘背面,因为在涡轮增压器,通常是没有漏电流过圆盘腔。

本研究比较了第一(5,第二4),和第四(11)方法,以后他们的发明者的名字命名的方法Larjola, Japikse和Nguyen-Schafer分别。这些方法相互比较以及新的实验数据、数值模拟以及理论公式(9),以后Kearton命名的。部分2描述了离心式压缩机的实验方法与新数据在不同的操作点轴向推力测量Lappeenranta-Lahti大学的附近地区。压缩机作为示例案例在不同的轴向推力估计方法的比较,提出在部分3。部分4介绍了数值方法,部分5比较分析,实验和数值结果。比较提供了有价值的信息的轴向推力估计方法的准确性。估计轴向推力比现有方法更准确,提出了一种新方法,给出了部分6。验证之前的公共和新的实验数据离心式压缩机,径向泵,两个燃气涡轮机。验证情况下节中给出7,并对验证结果进行了讨论8。本研究最后一节的结论。

本研究的新奇事物的混合法,对不同径向透平机验证,新实验数据离心式压缩机的轴向推力。混合法的优点是它更好的精度比现有方法和它的简单,因为它只需要在初步设计数据可用。混合方法具有科学意义,设计师,工程师和科学家使用涡轮机械:首先,它可以加强与一个简单的设计过程中,轴向推力的估计更准确,确保操作的透平机的轴向推力不是低估;其次,它可以加快设计过程数值模拟与圆盘腔是不必要的。

2。实验方法

闭环测试平台在实验室附近地区大学流体动力学,芬兰,是用来测量离心式压缩机的轴向推力。研究了压缩机设计在附近地区。开式叶轮,9和9分流叶片,平行墙无叶片的扩压器和蜗壳。压缩机的轴是垂直的位置,有一个径向迷宫密封盘腔。压缩机与主动磁轴承控制。轴向轴承和力的图解视图组件的轴向推力呈现在图1。

测量以下参数:静态压力和温度在压缩机阶段进口和出口;总压、总温度和在叶轮出口静压;在扩散器出口静压;和环境压力、质量流量和轴向推力。性能测量设置符合ISO 5389。九个操作点的测量需要大约2.5小时的稳态在15分钟之内就完成了。总在叶轮出口压力和温度( )基尔探针测量。在叶轮出口静压测量153.50毫米的半径( ),和扩散器出口静压测量264.00毫米的半径( )。测量位置如图2。叶轮之间的轴向间隙回磁盘和套管背面是约5毫米。

最大测量不确定性是46 N轴向推力,2.19 kPa扩散器出口压力,和0.86 kPa叶轮出口压力。主动磁轴承的轴向推力测量控制软件、校准与负载细胞。轴的质量和轴向推力的风扇,冷却电机,在净占轴向推力计算。风扇的作用分别进行了测试,没有压缩机叶轮。风扇的轴向推力是大约15%的压缩机在压缩机的设计点的轴向推力。

热膨胀的影响上的轴向推力测量测试之前和之后的测试时间2.5小时。在测试前期间,测量轴向推力冷不旋转压缩机的26个N,测试期之后,不旋转压缩机的轴向推力为-49 N;这些值是75 N之间的区别。轴向推力的测量不确定性是46 N和热膨胀的影响(75 N)不到6%的轴向推力测量压缩机操作期间(1.3 - -2.2 kN),可以得出结论,热膨胀的影响是微不足道的。展示在表测量操作点1在压缩机性能的映射图3。

3所示。分析方法

不同的方法已经被提出了通过应用牛顿第二定律估算轴向推力。下面,Nguyen-Schafer提出的方法(11],Japikse [4],Larjola [5]。此外,压力分布的理论预测在一个迷宫密封Kearton提出(9)所示。

3.1。Nguyen-Schafer

Nguyen-Schafer的方法(11]的计算轴向推力负荷在一个汽车涡轮增压器假设稳态流和可以忽略低粘滞摩擦墙壁。压缩机上的轴向推力的涡轮增压器由压缩机进气压力 ,裹尸布上的压力 ,脉冲力 ,和压力在磁盘上 ,如下: 在条款 , , , ,和指的是直径、压力、质量流量、特定的气体常数,分别和温度。下标0,1,2, ,和压缩机入口参考轴,叶轮出口,中心,分别和裹尸布。压力是集成在表面,冲击力是解决从动量定理。涡轮的方程是类似的。表中给出的方法需要的参数2。

在叶轮出口压力估计使用的反应程度。 下标5指压缩机级出口,这个词吗指的比热比,反应程度定义如下: 在这个术语是指特定的焓。在磁盘表面,恒压。该假设是适用于涡轮增压器的情况下,往往没有泄漏流入或回盘腔的12]。

轴向推力之间的差异估计使用Nguyen-Schafer使用CFD方法和轴向推力估计不到10%的汽车涡轮增压器(11]。

3.2。Japikse

在Japikse [4)方法,近似腔压力分布假设速度与压力的关系总相对压力如下: 在条款 , ,和指圆周速度、相对速度和密度,分别。这个词是指在密封的压力在裹尸布方面,而且它假定腔的相对速度是当地转子圆周速度的一部分

分数一般简化为恒定在0.5至1.0的范围,但它可以表示为半径的函数。在这项研究中,一个恒定的分数0.5使用。

压力的轴向推力由叶轮的鼻子 ,叶轮的压力 ,裹尸布上的压力 ,脉冲力 ,和压力在磁盘上如下: 在条款 , ,和指的是绝对速度、转速和平均气体密度腔,分别。

表中所示的方法需要的参数3。叶轮进口的绝对速度在(14质量流率)可以解决:

Japikse [4)不给任何估计的压力在密封两侧裹尸布的一面或后面的磁盘 。然而,在这篇文章中,半开式叶轮并没有封裹尸布的一面。因此,在叶轮进口的压力用作压力裹尸布,和环境的压力作为压力的密封盘背面的一面。

下Japikse的方法(4),平均压力的轴向推力的计算方法是用裹尸布和磁盘蛀牙,即使压力分布可以写成半径的函数。

3.3。Larjola

提出的方法Larjola [5)与别人的不同之处在于,压力分布是半径的函数写的。因此,压力分布比压力更精确的近似线性变化的腔。轴向推力由裹尸布上的压力 ,脉冲力 ,和磁盘上的压力如下:

压力分布计算,假定流体元素在径向力,这样压力平衡平衡离心力。 的因素占滑,和术语 , ,和是绝对的切向速度、半径和角速度。任意一点的压力方程推导出等熵流动方程 结合压力分布(20.)。

所需的参数表中列出的方法4。沿程压力分布计算磁盘,轴半径之间的足够数量的点(或迷宫式密封半径在迷宫密封)和叶轮出口半径是选择。每一个点的压力计算如下: 的分数= 0.5的磁盘。研究了压缩机,压力在轴半径等于环境压力。在这项研究中,假设的压力减少环境压力的迷宫式密封(62.5毫米)的半径。半径的 ,的压力等于 。

还裹尸布,裹尸布半径之间的足够数量的点和叶轮出口半径选择压力分布计算应用(22)。在进口的径向部分 ,的压力等于在叶轮出口 ,的压力等于 。这个分数是未知的裹尸布,因此需要一个初始猜测,这是迭代叶轮半径裹尸布,这样的压力吗从(22)等于压力从(23)。 在条款和是在叶轮进口和出口具体等熵焓变,然后呢是等熵效率。在叶轮入口的相对速度和出口解决的速度三角形和等熵流动方程如下: 在条款 , , , ,和指的是声音的速度,叶片高度、边界层堵塞因素,马赫数,分别和总压强。下标的和分别指的是径向和圆周。

部队的压力和集成0和半径之间的每一点吗裹尸布和回盘: 从动量定理和脉冲力是解决:

净轴向推力计算使用(17)。

3.4。Kearton

迷宫式密封的压力分布取决于流方向。Kearton [9)提出了一个理论迷宫式密封的压力分布与负流(腔)。理论不占任何可能影响旋转压力分布和假设均匀轴向间隙。密封环之间的压力被定义如下: 在哪里在密封的压力入口,是特定的气体常数,是在密封入口温度,是该地区函数,系数是一个函数的压力比在一个单一的收缩,是理论渗漏质量流率,通过第一次缢痕的面积。面积函数定义如下: 在哪里密封环的数量,任何两个相邻环之间的径向距离,然后呢外层环的半径。的系数是压力比的函数在一个单一的收缩值见表5。

Kearton [9]给出了方程的理论质量流率通过迷宫密封泄漏。 在哪里压力密封插座和吗面积函数定义如下: 在哪里的总数是印章戒指。

研究了离心压缩机,任何两个相邻环之间的径向距离1.5毫米,轴向间隙为2.5 mm,戒指的总数吗是16,外层环的半径吗是94.5毫米。

4所示。数值方法

轴向推力估计的基础上,从数值模拟获得的压力分布。叶轮入口管,无叶片的扩散器,回盘腔建模和ANSYS 19.2只。边界条件是基于实验数据(表9个不同的操作点1)。92.7 - -98.0 kPa的总压强和温度18.4 - -25.3°C的湍流强度为5%在计算域入口定义。网点的扩散和磁盘腔,静态压力的140.0 - -226.2 kPa和100.2 - -100.3 kPa定义,分别。根据调查结果在13),叶轮和扩压器位于之间的接口 。因为叶轮之间的交互和无叶片的扩散较弱,冻结转子的方法是用来固定和旋转部件之间的接口模型。的SST湍流模型是选择模型基于涡轮机械应用程序的验证(14)和推荐(15]。无叶片的扩散器,使用结构化网格和非结构化网格用于叶轮圆盘腔。平均无量纲壁距离下面是团结。计算域的网格和迷宫式密封如图4。

Larjola提出的方法可以根据是否被修改的情况下忽视或帐户迷宫密封。因此,两种情况下,忽视了迷宫式密封和会计,分别研究了数值。压缩机几何没有迷宫式密封用于网格独立研究。研究网格独立性,压缩机建模的设计点。比较三种不同的网格(好6000万元素,与2500万个元素中,粗和1100万个元素)如图5提出了裹尸布上的压力分布和回盘。不同的网格给类似的结果,压力分布与设计值相匹配。媒介网与2500万个元素被选为研究。图中灰色区域5介绍了离散误差估计的方法(16]。

轴向推力引起的裹尸布上的压力和回盘比脉冲力引起的轴向推力。因此,更重要的是,压力分布是正确预测的数值模型,和低估的压缩机质量流率的数值模型不显著影响净轴向推力。

表6介绍了建模的质量流率在压缩机进口回盘腔建模时没有和迷宫式密封。结果在表6表明,回盘腔的泄漏流量减少只有大约1 g / s(总质量流量的0.1%)建模迷宫式密封时,当腔相比,不包括迷宫密封。根据数值结果,渗漏质量流率在5到10 g / s,这是压缩机的质量流率的0.4 - -0.7%。Kearton的9]理论预言渗漏质量流率是十倍的数值结果,即79 - 159 g / s(5 - 10%的压缩机的质量流率)。研究了压缩机的泄漏质量流率大约是1 - 2%的压缩机的质量流率。因此,模拟值更接近实际值比基于Kearton [9)理论。在(41),密封进口和出口的压力,分别测量静压叶轮出口和环境压力。因为密封进口和出口的压力完全不测量,利用叶轮出口和环境压力值会导致错误的渗漏质量流量估计,稍后将展示。

建模和测量质量流率之间的差异在0.5%的范围(1)到11.2%(7点)。然而,模型total-to-total压力比更接近于测量,最大的区别是2.6%(分5和8),如表所示7。在图6,回到磁盘上的压力分布建模计算结果相比,在离心式压缩机的情况下(3),实验结果的情况下径向泵(8]。的相对价值渗漏质量流率给出括号的传奇。建模的压力分布和类似于在没有迷宫密封(3),但不同腔几何形状引起的差异。

5。比较的分析方法

轴向推力值和压力分布从上述分析方法相比,测量和建模的结果。展示在表9测量操作点1和中提供的数据表2- - - - - -4是代替方程的三种方法来估计轴向推力。首先,净轴向推力估计使用这些方法相比,测量和模拟值。第二,压力分布估计的方法是测量值相比,建模的分布,从理论上预测分布。

5.1。净轴向推力

当的参数的最大轴向推力(点9点表1和数据表2- - - - - -4)研究了压缩机的替换上述方程,三个轴向推力计算方法给表中给出的结果8。这些分析方法的结果相比,测量轴向推力在同一个表,和比较表明,Larjola的方法给出了最好的,尽管仍然低估了,预测。

其他操作点的估计由三种分析方法和数值模型如图所示7。在图7(一)相比,轴向推力估计测量轴向推力。在图7 (b),估计之间的相对偏差和测量轴向推力。结果在图7表明Nguyen-Schafer的方法给出相对较近的轴向推力估计低转动的速度,但它高估了49%的轴向推力的最大测量轴向推力(点9)泄漏时忽视了。当泄漏占,Nguyen-Schafer的方法低估了70 - 85%的轴向推力。Japikse方法低估了轴向推力的55 - 72%。迷宫式密封时被忽视,最大的低估Larjola下64%的方法是(1)和最大的过高的估计是24%(点9)。最现实的情况就是Larjola迷宫式密封作为估计的方法在这种情况下偏离测量轴向推力仅为-12%的最大轴向推力(点9)。数值模拟的结果低估了轴向推力26 - 58%。

净轴向推力的估计可以分为三个部分,即压力作用在裹尸布方面,压力作用于回磁盘,和冲击力。这些三股势力,估计的三种方法和数值模拟,给出了图8。正如上面提到的,脉冲力并不能促进净轴向推力和压力一样显著。图8(一个)表明所有的方法和数值模型给出一个几乎等于估计的裹尸布上的压力。图8 (c)的数值结果表明,脉冲力从估计的三种方法略有不同,结果不同的建模质量流率(表6)。最重要的区别在轴向推力估计发生在磁盘上的压力(图8 (b))。

5.2。压力分布

轴向推力估计之间的差异,尤其是在磁盘,结果估计压力分布的轴向推力的产物和区域的压力。裹尸布上的压力分布和磁盘的研究压缩机画在图9设计点(点8)。裹尸布上的压力分布和回磁盘,有无漏/迷宫式密封,给出数据10- - - - - -12。数据呈现两种极端点(操作1和9分,列在表中1)自其他分属于两个极端。图10介绍了裹尸布端的压力分布估计的三种方法和CFD。静态压力测量叶轮入口,叶轮出口,扩散器出口也呈现。图11介绍了压力分布在磁盘当泄漏和迷宫式密封被忽视。图12介绍了压力分布在磁盘占当泄漏和迷宫密封。

图10表明,压力分布之间的裹尸布边不偏离大大不同的方法和数值模型。然而,线性假设Japikse与分数的方法0.5提供了一个更好的分布比预测的其他方法。

图11清楚地表明,恒压在后面的假设圆盘腔研究离心压缩机是无效的,尽管它可能是有效的涡轮增压器(11]。假设近恒压在磁盘表面导致高估了压力分布在磁盘Nguyen-Schafer下,轴向推力的方法。然而,如果漏电流过磁盘腔占,Nguyen-Schafer的方法在图下12的方法低估了轴向推力因为高估了压力分布在裹尸布边(图10)。

Japikse的方法低估了压力分布在腔方面,特别是在迷宫密封不是建模(图11)。压力在磁盘的低估导致低估净轴向推力的研究点。

Larjola的方法估计裹尸布上的压力分布方面类似于数值Nguyen-Schafer和Japikse提出的模型和方法。假设轴迷宫密封在Larjola的方法,但径向迷宫密封用于压缩机进行了研究。尽管Larjola径向迷宫密封,轴向推力的方法给最近的估计价值相比,9点的测量,即使压力分布在磁盘不遵循一个数值结果。

如果测量叶轮出口压力和环境压力是用来估计压力分布根据Kearton [9)理论,压力分布(绿色虚线图12)明显偏离了数值结果。同时,渗漏质量流率(79 - 159 g / s)超过10倍数值结果(5 - 10 g / s)。然而,理论压力分布(绿色虚线)等于数值结果的数值预测如果密封使用的是进口和出口压力。理论和数值之间的接近的比赛压力分布是一个令人鼓舞的结果,当没有密封进口和出口的压力测量。然而,为了保持方法简单,CFD结果不能包括在轴向推力估计方法,否则CFD建模需要轴向推力估计之前。

在图的压力分布12表明接近设计点(点9),假设的压力减少环境压力的迷宫式密封(在62.5毫米的半径)抵消了高估了压力的影响在迷宫密封压力。因此,Larjola的方法给出了一个估计的净轴向推力与衡量一个好协议。然而,在其他点,假设轴之间的环境压力和迷宫密封的最后结果低估了压力在磁盘和净轴向推力(点1所示图12)。

可用的方法的主要缺点是,他们倾向于低估了最大的轴向推力,和他们需要的数据无法获得透平机的初步设计。压力分布的精确预测回盘一侧引起轴向推力估计中最困难。根据上面给出的结果,结论是,Larjola的方法效果最好的最大轴向推力(9点),但不能预测低转动速度的轴向推力。以来旨在估计最大轴向推力轴承设计,轴向推力的准确预测的高旋转速度和低流量比它更重要的是较低的旋转速度,轴向推力值较低的地方。

为了避免轴向推力的低估,导致大型安全利润率和超大的轴承,需要一个更精确的轴向推力估计方法。因此,提出了一种新的混合方法估计的最大轴向推力的径向透平机的初步设计阶段。以下部分的混合方法。

6。混合法

混合的方法结合了最好的元素分析方法相比,在前面的部分。计算净轴向推力的脉冲力和力的总和在叶轮的眼睛和鼻子,裹尸布,和背面磁盘如下:

叶轮的眼睛和鼻子的力量计算如下:

裹尸布上的压力分布估计与速度之间的关系,压力和相对压力,所显示Japikse [4]。 的相对速度被认为是当地转子圆周速度的一半。 在哪里 。裹尸布上的力计算离心压缩机/泵和径向涡轮如下: 在哪里平均转子进口和出口之间的气体密度。

脉冲力计算如下:

在磁盘,流体元素被认为是在径向平衡,这样压力平衡离心力,所显示Larjola [5]。 在哪里 绝对的切向速度被认为是当地的转子角速度的一半。如果使用一个轴向迷宫式密封轴,转子出口的压力不同径向密封的位置。如果使用径向迷宫密封,转子出口的压力不同径向密封的外半径,和压强变化线性外半径的轴密封。对于可压缩流,等熵流动方程给出了密度和压力之间的关系如下:

对于不可压缩流体,密度是常数。来自压力分布(52)为可压缩和不可压缩流如下:

力作用在磁盘一边计算离心压缩机/泵和径向涡轮如下: 在哪里轴向迷宫式密封的位置或径向迷宫密封的外半径。如果没有在涡轮机迷宫式密封,然后第二项(57)和(58)被忽视和从积分而不是 。

混合方法只需要数据可用在透平机的初步设计。所需的参数如表所示9。

7所示。验证情况

7.1。离心式压缩机

离心压缩机的设计和测量在附近地区和部分中给出2作为验证的情况。最大测量轴向推力为2190 N,轴向推力的测量不确定性是46.3 N。的初步设计参数和实验结果的最大轴向推力是用于混合法;这些表所示10。

7.2。径向泵

径向泵(17,18)二维叶轮叶片,闭式叶轮,密封裹尸布。根据图纸(17,18),没有后面的迷宫式密封盘腔。在这篇文章中,轴向推力估计泵的设计点,因为所有所需的数据是可用的。在设计点,测量叶轮是总压强上升23.3 kPa和测量叶轮出口速度是3.0米/秒(17]。的不可压缩流和水密度1000公斤/米³估计120.2 kPa的静压时假定在叶轮出口。在设计点,测量轴向推力为428 N和轴向推力的测量不确定性是2.7 N [18]。径向泵的参数中使用混合方法如表所示11。

7.3。燃气轮机

中给出的结果部分5表明,该分析方法有困难在预测一个透平机的轴向推力。离心式压缩机时的任务更加困难和径向涡轮连接到相同的轴。显示混合法的优越性,两个燃气轮机的初步设计参数从蛹涡轮机Oy,芬兰,使用混合的方法来估计净轴向推力。初步设计参数是专有信息,并没有提出。燃气轮机低压和高压涡轮总共提供400 kWe。他们后来被称为燃气轮机1和2,分别。预测网络相比,燃气轮机的轴向推力从蛹涡轮机Oy实验结果。摘要轴向推力估计压缩机和涡轮机的设计点,因为实验数据是可用的。

8。验证结果

新的混合方法相比,使用四个的其他分析方法验证情况。比较的结果如图所示(13日)。轴向推力的三个以前公布的方法预测数十倍高于或低于测量推力。在图13 (b),只有混合法的结果显示当初步设计值(灰色)和实验数据(紫色)作为输入数据。之间的最大相对偏差测量和13%的混合法的预测是实现高压燃气轮机。离心式压缩机的径向泵和低压燃气轮机,预测和测量推力之间的相对偏差小于10%。

输入数据的敏感性参数的混合法预测压力分布在裹尸布(48和49)和背面磁盘(54、55和56)分析了类似的测量不确定性,即。通过计算偏导数。图(14日)提出了参数的影响(48岁至49岁)裹尸布上的压力分布。图14 (b)提出了参数的影响(54、55和56)压力分布在磁盘上的。对压力分布的影响更同样分为不同的参数对裹尸布比背面磁盘。背面磁盘,叶轮出口压力(转子进口压力的情况下涡轮)影响主要的压力分布。的分数和裹尸布和回磁盘面影响分布的压力只有5 - 6%,分别。

的分数和磁盘上裹尸布和背部两侧只有边际对压力分布的影响,如图14。一般来说,平均圆周速度在叶轮圆盘腔是一半的本地圆周速度( )(3- - - - - -5]。净轴向推力的敏感性在裹尸布上的分数在图分析15,分数在磁盘保持不变而裹尸布上的分数则不同。结果在图15表明,0.5的分数在裹尸布端给了最好的预测净轴向推力的情况下离心压缩机和燃气涡轮机。在径向泵的情况下,0.7的分数给一个更好的预测比0.5的分数。

9。结论

本研究三个分析轴向推力估计方法相比数值和实验结果来分析它们的准确性。结果显示,Japikse的方法给了最准确的估计对裹尸布上的压力分布和Larjola方法给了最准确的估计的压力分布在磁盘一侧的出口的离心压缩机叶轮的外半径径向迷宫密封。相比,提出的方法Japikse Nguyen-Schafer, Larjola的方法的主要优势是,压力分布不回盘腔近似线性变化;相反,它估计不同半径的函数。

提供一个简单的和更精确的轴向推力估计工具,设计师,工程师和科学家使用径向透平机,最好的元素分析方法相比是组合成混合法和压力假定的线性变化的外半径径向迷宫密封轴。混合法是根据离心压缩机的实验数据进行验证和径向泵。新方法显示其优越的预测能力也在两个燃气涡轮机。之间的最大偏差预测混合方法和测量轴向推力的人不到13%,而其他方法倾斜的百分比。因此,混合方法提高透平机设计过程和轴承尺寸,因为它预测操作点的轴向推力最大预期推力比其他方法更准确。这也是一个简单的方法,因为它只需要数据可用在初步设计阶段。

为未来的工作,建议延长混合方法的验证不同径向透平机包括多级机器。

CC冲锋队4.0下的混合方法是共享的许可。

数据可用性

离心式压缩机的数值和实验数据建模和测量Lappeenranta-Lahti科技大学附近地区,芬兰和用于支持本研究的发现可以从相应的作者。混合方法是共享CC冲锋队4.0许可下发布库Lappeenranta-Lahti大学的技术。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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