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Gap excitation forces Flow forces in sealing labyrinths for radial and axial rotor displacements with respect to the stator. Final report / Spalterregungskraefte Stroemungskraefte in Dichtlabyrinthen bei radialer und axialer Verschiebung des Rotors gegenueber dem Stator. Abschlussbericht

Authors
  • Thieleke, G. (comp.)
  • univ., stuttgart
  • Forschungsvereinigung Verbrennungskraftm...
Publication Date
Jan 01, 1990
Source
OpenGrey Repository
Keywords
Language
German
License
Unknown

Abstract

For the stability analysis of turbomachinery rotors one must have a knowledge of all forces that might influence the vibrational behavior of rotors. These also include previously insufficiently known flow forces generated in the chambers of labyrinth seals. Within the framework of the present research project, the lateral and resetting forces of various short labyrinth designs used in practical applications at the periphery of turbomachinery rotors were experimentally determined as a function of pressure ratio, pre-rotation and rotor rotation. At the same time the through-flow behaviour was measured. As a result now documents for determining the flow forces and flow rate are available to the user of such labyrinths. This also enables the designer to optimize labyrinths with respect to rotor stability and gap losses. The aerodynamic forces were determined from the pressure distribution at the circumference measured in each labyrinth chamber. It is shown that the geometry in particular of the first chamber and pre-rotation greatly influence the generation and amount of flow forces. The lateral force in general reaches a maximum in the first chambers, decaying more or less in the subsequent chambers depending on the relative size of frictional surfaces of the stator and rotor and depending on the magnitude and direction of rotor speed. The resetting force exhibits an alternating behavior usually well-developed from chamber to chamber so that its accumulated value for the labyrinth becomes very small. The linear dependence of flow forces from rotor eccentricity has been confirmed by the measurements. (orig.) / Fuer die Stabilitaetsanalyse von Turbomaschinenrotoren muss man alle Kraefte kennen, die das Schwingungsverhalten der Rotoren beeinflussen koennen. Dazu gehoeren auch die bislang nur unzureichend bekannten Stroemungskraefte, die in den Kammern von Labyrinthdichtungen entstehen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden die Quer- und Rueckstellkraefte verschiedener in der Praxis an der Peripherie von Turbomaschinen-Laufraedern eingesetzter kurzer Labyrinthbauformen abhaengig von Druckverhaeltnis, Vordrall und Rotordrehung experimentell bestimmt. Gleichzeitig wurde das Durchflussverhalten gemessen. Als Ergebnis stehen dem Anwender derartiger Labyrinthe nun Unterlagen fuer die Ermittlung der Stroemungskraefte und des Durchflusses zur Verfuegung. Dadurch wird dem Konstrukteur auch eine Optimierung der Labyrinthe im Hinblick auf Rotorstabilitaet und auf Spaltverluste ermoeglicht. Die aerodynamischen Kraefte wurden aus der in jeder Labyrinthkammer gemessenen Verteilung des Druckes am Umfang ermittelt. Es zeigt sich, dass die Geometrie insbesondere der ersten Kammer und der Vordrall die Entstehung und die Groesse der Stroemungskraefte stark beeinflussen. Die Querkraft erreicht in den ersten Kammern im allgemeinen ein Maximum, in den folgenden Kammern klingt sie je nach relativer Groesse der Reibflaechen von Stator und Rotor und je nach Groesse und Richtung der Rotorgeschwindigkeit mehr oder weniger schnell ab. Die Rueckstellkraft zeigt ein meist ausgepraegt von Kammer zu Kammer alternierendes Verhalten, so dass ihr Summenwert fuer das Labyrinth sehr klein wird. Die lineare Abhaengigkeit der Stroemungskraefte von der Exzentrizitaet des Rotors wird durch die Messungen bestaetigt. (orig.) / SIGLE / Available from TIB Hannover: RA 1581(452) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische Informationsbibliothek / Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Koeln (Germany) / DE / Germany

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