叶片振动的抑制方法研究

• 作 者: 霍耿磊
• 机 构: 北京化工大学
• 出 处: 北京化工大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 叶片振动 振动抑制 蜂窝密封 共振 激振 旋涡

叶片是叶轮机械中完成功能转换的关键部件，其安全可靠直接影响叶轮机械的安全运行。叶片的损坏事故绝大部分是由于振动特性不良引起的。当叶片受到周期性激振力时，就会来回振动。激振力的频率与叶片的固有频率相等或成整倍数时，就发生共振。叶片一般会受到以下几种激振：谐频激振、尾迹流激振、随机激振、自激振以及外力激振。
被动控制时，应用蜂窝密封能抑制约20％的振动。增加蜂窝密封的长度可以抑制叶片振动。蜂窝深度为5.4mm时能最好地抑制叶片振动。加叶冠3mm时，能抑制约40％的振动。主动控制时，不断增大喷口流速非但不能有效抑制叶片振动最终反而能导致叶片振动的增大。单纯反旋流喷射时，喷口流速为20m/s-24m/s时抑制振动效果最好。在密封间隙小的时候，喷口距离叶片小对抑制叶片振动有较好的效果，随着密封间隙的增大，喷口距离叶片大能更好的抑制叶片振动。综合控制时，抑制振动最好的喷口流速为14m/s-18m/s。以密封间隙0.3mm为例，综合控制可以抑制30.6％的叶片振动，效果比单纯被动控制的19.3％好11％左右，比单纯主动控制的10.1％好20％左右。
通过对叶片振动的细观分析发现，蜂窝密封减振效果明显的原因是，对流经流体有很好的能量耗散作用，以及在叶片密封流场形成进一步耗散流体能量的旋涡。空腔内的旋涡的增大和流体在空腔内的充满程度对应着振动幅值的减小。安装蜂窝密封之后，实验腔内流体速度大大降低。定量证实了流体通过蜂窝密封后产生的旋涡具有很好的能量耗散作用。