高压涡轮泵等叶轮机械常见而很难解决的问题

　　随着新材料、新技术与新工艺的出现与应用，液体火箭发动机的推力与性能得到了提高，从而要求涡轮泵的流量、出口压力与功率大幅度提高。由于涡轮与泵的效率不可能无限提高，质量与几何尺寸不能无限增大，而且有严格的限制，如果总体方案、组件结构设计不合理，振动可能会达到产品结构无法承受的水平。对短时间、一次性使用的发动机虽然可以采用抗振的办法来解决，但要得到运载器的许可。而对于长时间与多次使用的发动机来说，再采用抗的办法就可能不是佳选择，而必须从产生振动的机理上进行分析研究，从结构上找出产生振动的原因并采取有效措施减振，使得涡轮泵工作时的振动量级满足发动机的要求。涡轮泵装置的振动机理：组件能量损失引起的振动发动机工作时涡轮与泵的能量损失一定伴随着流体速度脉动和压力脉动，而部分脉动能量会转化为振动能量，即转化为表征结构振动载荷的振动能量，这部分能量需要由产品结构质量来吸收。但当振动比载荷超过60kW/kg时，振动就达到了相当高的水平，此时涡轮泵的结构质量已无法吸收这样大的振动能量，涡轮泵在工作中就有可能出现故障甚至破坏，这就要求提高涡轮泵组合件的效率，对结构进行改进，以降低振动比载荷。密封间隙中流体激振力引起的振动流体密封间隙中的流体激振是高压涡轮泵等叶轮机械常见而很难解决的问题。虽然对其机理的认识目前尚不十分清楚，但普遍认为密封中流体激振力是由于转子在动密封间隙中偏置，间隙周向存在不均匀压力分布所引起。流体在间隙中高速旋转，使得周向压力分布的变化与转子和密封之间的间隙变化不一致，这样，流体作用在转子上的力可分解成一个与偏置方向相垂直的切向力，该力将激励转子产生涡动。当激励力达到或超过一定值且主频率与转子的某阶固有频率相近时，特别是与转子的一阶固有频率接近时，就会使转子产生剧烈的振动。目前所了解到的造成密封间隙中压力沿周向分布不均匀的主要原因有：螺旋形流动效应；流体三维流动效应；流体二次流效应等。在分析密封流体激振力对转子稳定性的影响时，首先要考虑密封的动力特性系数。动力特性系数与其结构形式密切相关。密封流体激振力对转子的扰动反力是以一固定的角速度绕轴径旋转，流体激振力的旋转效应是诱发转子失稳的主要因素，该力在旋转坐标中可用下面的数学表达式来描述：应该指出的是流体密封间隙内的流体激振对产品振动的影响定性与定量研究都不十分成熟，采用的计算模型是经过了许多的假定与简化，这是一个非常复杂的流?固耦合振动问题。