某旋转机械闭式叶轮推力的计算

王娟丽 王 松 王 姗 王 鑫 靳亚峰 张晓丹

(东方电气集团东方汽轮机有限公司，四川618000)

旋转机械叶轮的轴向推力计算关乎机组的安全性，如果推力过大，会影响推力轴承的寿命，严重的会使轴瓦烧坏，引发安全事故。因此，推力计算的准确性非常重要。由于轮盖、轮盘侧汽封腔室中气流流动比较复杂，腔室中压力分布随腔室中漏气量、壁面粗糙度等变化而变化，因此轮盖、轮盘侧推力计算的准确性，是叶轮推力计算的重点。国内外对腔室中压力分布有广泛的研究，Russell Marechale等[1]通过试验及CFD的方法验证了汽封间隙改变对压缩机性能、腔室中压力分布、旋转因子的影响。Sun Zhigang等[2-3]研究了叶轮背部腔室对离心压缩机性能的影响；还研究了轮盘腔室对气体流场细节、推力、功率和效率的影响。王维民等[4]考虑了轮盖、轮盘侧压力对推力的影响，得出叶轮两侧间隙中流体泄漏导致压力分布存在着明显的差异。以往的研究没有明确指出汽封腔室推力计算中旋转因子的具体取值，或者给出的取值范围很大。本文针对某旋转机械闭式叶轮，介绍了叶轮推力的计算方法，在计算轮盘侧、轮盖侧推力时引入旋转因子，得出旋转因子的具体取值，即可快速计算叶轮轴向推力。使用CFD数值计算，分析了壁面粗糙度、转速、流量、腔室结构的宽度、腔室结构的倾斜角度、漏气量等对旋转因子的影响，从而得出旋转因子的取值。

1 叶轮推力计算方法

图1为单级叶轮轴向受力示意图，把轴向力分解成3个力，F1为由进气到出气压力和动量变化引起的轴向推力，F2为轮盖外侧的轴向推力，F3为叶轮背面轴向推力。……