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圆周石墨填料环非稳态计算

    结构动力学分析的目的,是在动力载荷作用下,确定结构的内力、位移、反力等量值随时间的变化律,找出最大值作为设计分析的依据。动力分析方程如式(1)、式(2)所示。式中:[M伪质量矩阵,C伪阻尼矩阵,a为质量矩阵乘子,月为刚度矩阵乘子,K伪结构刚度矩阵,Nm为具有材料阻尼的材料数目,为材料J的刚度矩阵乘子,式为材料J的结构刚度矩阵,C、为一些单元特有的单元阻尼阵,Nr为具有特有单元阻尼的单元数目。转子运动轨迹方程为研究密封装置在转子涡动条件下的动力学性能,在进行圆周石墨填料环非稳态计算前,需先确定转子涡动时与密封对应的转子运动轨迹方程,即仿真分析的位移边界。根据动力学关知识,当转子出现一个偏心转动(图1)后,其跑道外表面对应点的行程如式(3)所示式中为转子行程,R为转子半径,n为转子径向偏移量,为涡动频率,t为运动时间。动态分析模型图2为一典型的圆周石墨填料环结构,主要由密封座、石墨填料环、圆周拉伸弹簧、轴向压缩弹簧、卡圈、弹簧挡板以及跑道等组成。
    石墨填料环受到的作用力,主要有圆周拉伸弹簧的径向箍紧力、圆周压缩弹簧的轴向作用力、密封座或挡板对石墨填料环的径向摩擦力以及气体不平衡压力。综合虑圆周石墨填料环的结构及受力,建立如图3所示的仿真分析模型,主要包括一瓣石墨填料环、挡板、弹簧、跑道、涡轮轴、防转销等。建模时主要考虑了以下几点:
    (1)取一瓣(圆周石墨填料环为分瓣结构)用于动态分析。
    (2)将箍于石墨填料环上的圆周拉伸弹簧等效为如图3所示的5个拉伸弹簧,这5个拉伸弹簧分别对应圆周石墨填料环环凸台的位置,弹簧刚度计算方法见式(4)一式(7)。
    (3)挡板用于实现对石墨填料环的轴向位移限制以及径向摩擦。
    (4)将跑道的转动和涡动分解为转子的自转及轴的公转。
    (5)防转销用于限制石墨填料环的周向转动及径向活动范围。式中:F;为弹簧产生的径向力,D为密封直径,天;为弹簧的单位径向力,fa为单个弹簧力,A为等效弹簧个数,D。为弹簧工作长度,Dz为弹簧自由长度,K为等效弹簧刚度,L为等效弹簧自由长度,L。为等效弹簧工作长度。www.hbxsmf.net

 

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