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超临界CO2透平机主轴冷却装置静动态特性分析

郑培培 李伦 李济顺 GurgenciHal 李俊 陈稳 许世钰

郑培培,李伦,李济顺, 等. 超临界CO2透平机主轴冷却装置静动态特性分析[J]. 机械科学与技术,2021,0(0):1-8 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200213
引用本文: 郑培培,李伦,李济顺, 等. 超临界CO2透平机主轴冷却装置静动态特性分析[J]. 机械科学与技术,2021,0(0):1-8 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200213
ZHENG Peipei, LI Lun, LI Jishun, GURGENCI Hal, LI Jun, CHEN Wen, XU Shiyu. Analyzing Static and Dynamic Characteristics of Supercritical CO2 Turbine Shaft Cooling Device[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200213
Citation: ZHENG Peipei, LI Lun, LI Jishun, GURGENCI Hal, LI Jun, CHEN Wen, XU Shiyu. Analyzing Static and Dynamic Characteristics of Supercritical CO2 Turbine Shaft Cooling Device[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200213

超临界CO2透平机主轴冷却装置静动态特性分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200213
基金项目: 2018河南省引智项目(杰出外籍科学家工作室)(GZS2018005)
详细信息
    作者简介:

    郑培培(1989−),硕士研究生,研究方向为超临界CO2润滑、冷却,ppz1204@foxmail.com

    通讯作者:

    李伦,高级工程师,硕士生导师,博士,lilunxn@163.com

  • 中图分类号: TH133; TK514

Analyzing Static and Dynamic Characteristics of Supercritical CO2 Turbine Shaft Cooling Device

  • 摘要: 以超临界二氧化碳(SCO2)透平机主轴冷却装置为研究对象,基于流体域圆柱曲面展开法建立了流体域压力分布的数学模型,推导出压力分布及承载力的函数表达式;采用CFD分析方法,针对进气压力、主轴转速、偏心率等不同条件下的流场压力、承载力、刚度进行了分析研究。研究结果表明:主轴低速对气膜压力影响极小,轴向压力以冷却装置轴向中心截面呈对称分布;相同偏心率下,承载力随进气压力的提高而增大;进气压力恒定条件下,气膜承载力随偏心率的增大逐渐增大;冷却装置刚度与偏心率呈非线性关系,随偏心率的增大,冷却装置刚度增大,到达极值点后开始减小,极值点出现在偏心率0.35位置。
  • 图  1  SCO2主轴冷却装置结构

    图  2  冷却装置流体域展开厚度分布示意图

    图  3  i等份弧长压力分布

    图  4  冷却装置流体域三维模型及网格

    图  5  不同压力下SCO2密度、比热容、导热系数、黏度拟合曲线图

    图  6  不同偏心率、压力下气膜压力分布云图

    图  7  z=L/2位置圆周压力分布曲线

    图  8  不同偏心率、转速下气膜压力分布云图

    图  9  不同偏心率、转速下,z=L/2位置圆周压力分布

    图  10  气膜承载力变化曲线

    图  11  冷却装置刚度变化曲线

    表  1  冷却装置结构参数

    参数及单位数值
    长度 L/mm30
    主轴直径 2R/mm30
    进气节流孔直径 d/mm2
    平均气膜间隙 h0/mm0.5
    节流孔与端面距离 l/mm15
    节流孔排数1
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    表  2  数值仿真计算工况

    参数及单位参数
    进气口压力P/MPa 7、7.5、8、8.5、9
    出气口压力p0/MPa 0.1
    进气温度/K 310
    主轴偏心率 0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5
    主轴转速/103(r·min−1) 0、2、4、6、8、10
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    表  3  不同网格数量承载力对比

    压力/MPa偏心率承载力W/N
    20万网格40万网格66万网格92万网格
    7.5 0.1 204.5 186.05 142.89 145.63
    0.3 599.1 531.74 363.99 362.05
    0.5 818.2 670.10 639.24 645.75
    8.5 0.1 202.2 198.67 152.56 150.64
    0.3 641.3 575.9 405.93 404.89
    0.5 924.5 778.42 749.14 744.34
    下载: 导出CSV
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