螺旋槽端面干气密封的参数研究

螺旋槽干气密封试验分析了干气密封螺旋槽几何参数对开启力、功耗、泄漏率和气膜刚度的影响,并通过理论计算对试验数据给予了验证.理论计算和试验结果的对比表明了试验数据的可靠性.整体来讲,在其他参数固定的条件下,槽深比、螺旋角对密封性能的影响较为突出,而槽数、密封坝宽度比、槽台宽比、压力比对密封性能的影响相对较弱.最后给出密封结构和试验条件下的最优几何参数取值范围(12＜Ng＜18,14°＜β＜16°,0.4＜αg＜0.6,0.3＜l＜0.5,1.6＜δ＜1.8,10＜Pr＜20).     

掺氢天然气干气密封启动特性研究

为评估天然气掺氢对管线压缩机轴端干气密封性能的影响,提出一种考虑阻塞效应的干气密封性能数值预测模型,分析了不同掺氢比下干气密封的静态特性和启动特性。首先,采用空气介质螺旋槽干气密封的气膜压力分布和开启力实验数据,验证了数值模型的可靠性;然后,针对GE PCL800机型天然气管线压缩机螺旋槽干气密封,分析了4种掺氢比(H₂体积分数分别为0、10%、20%、30%)和5种进口压力(4、6、8、10、12 MPa)对干气密封开启力、泄漏量和气膜刚度等静态特性的影响规律;最后,分析了4种掺氢比和5种进口压力下,转速、进口压力、平衡比和弹簧比压对干气密封启动特性的影响规律。研究结果表明：所提出的干气密封性能数值预测模型能够可靠预测高压差下干气密封出口阻塞效应及其对密封性能的影响;掺氢比对干气密封开启力、泄漏量和气膜刚度等密封静态特性影响较小;干气密封开启临界转速随掺氢比的增加而增大(掺氢比增加30%时,开启临界转速增大8.51%～16.90%),因此天然气掺氢增大了干气密封的开启难度,需设计合适的平衡比和弹簧比压以保证干气密封顺利开启。该研究结果可为掺氢条件下天然气管线压缩...     

单双列螺旋槽上游泵送机械密封效果比较

为了提高上游泵送机械密封性能,针对单列槽和双列槽,2种不同槽型的密封效果进行对比研究。基于Muijderman无限窄槽理论推导了液膜压力、开启力、刚度等理论计算公式,类比水泵结构,给出了螺旋槽泵送效应表达式,并与单列螺旋槽进行比较分析。结果表明,双列螺旋槽具有上游泵送效应,能够实现密封,单列螺旋槽压力分布更平稳,相同膜厚下,液膜刚度比单列螺旋槽上游泵送机械密封大,相同开启力下,双列螺旋槽具有更小的液膜厚度和更大的液膜刚度。     

螺旋槽干式气体端面密封的刚度和泄漏量研究

干式气体端面密封(DGS)是一种非接触式机械密封,适用于大多数气体密封场合,了解密封特性尤其是气膜刚度和泄漏量对正确设计密封非常重要。针对螺旋槽气体端面密封结构,用有限元法计算了密封端面的气膜压力分布及密封的气膜刚度和泄漏量等特性参数,分析了密封面的槽深比、螺旋角和槽长坝长比等两两变化时对密封特性的影响。研究表明,当槽深比取2.0～2.5,螺旋角取15°,槽长、坝长比取1.5～2.0,槽台宽比取1.0,槽数取12～18时,可在确保密封泄漏量低的同时具有较大气膜刚度。     

螺旋槽干式气体端面密封的刚度和泄漏量研究

干式气体端面密封(DGS)是一种非接触式机械密封,适用于大多数气体密封场合,了解密封特性尤其是气膜刚度和泄漏量对正确设计密封非常重要.针对螺旋槽气体端面密封结构,用有限元法计算了密封端面的气膜压力分布及密封的气膜刚度和泄漏量等特性参数,分析了密封面的槽深比、螺旋角和槽长坝长比等两两变化时对密封特性的影响.研究表明,当槽深比取2.0～2.5,螺旋角取15°,槽长、坝长比取1.5～2.0,槽台宽比取1.0,槽数取12～18时,可在确保密封泄漏量低的同时具有较大气膜刚度.     

具有周向贯通槽的螺旋槽干气密封的数值模拟

为研究具有周向贯通槽的螺旋槽干气密封的工作机理,运用Fluent软件对螺旋槽干气密封模型上加开周向贯通槽的端面流场进行了数值模拟分析,同时对比分析了运动参数对单开螺旋槽和加开周向贯通槽两者的影响。结果表明:加开周向贯通槽的螺旋槽干气密封具有更小的泄漏量,较大的开启力,端面压力周向分布均匀,对动、静环端面稳定地非接触运行起到重要的作用,保证了密封工作的稳定性。经数值模拟分析,周向贯通槽槽形几何参数最佳取值范围槽宽为2.0～3.0μm,深度为2.0～4.0μm。     

干气密封气膜流场数值分析

基于计算流体动力学(CFD)中的动压效应基本理论,建立了T型槽干气密封气膜流场控制微分方程,采用CFD软件包Fluent工具对气膜压力场进行求解,得到了计算区域径向压力的分布,由此得出T型槽干气密封能产生较好的流体动压效应的结论,并就部分槽型几何参数对密封性能中的无量纲开启力和气膜刚度的影响进行分析,得到了部分参数的最佳值.     

油气两相动压密封端面结构多参数正交优化及试验研究

针对油滴均匀分布在气相中的油气两相动压密封,利用Fluent软件建立两相动压密封端面间流体模型,并采用多参数正交优化法,分析密封性能参数（工作膜厚、流体膜刚度、泄漏量及摩擦扭矩）随两相密封动压槽结构参数（螺旋角、槽深、槽宽比、槽坝比和槽数）的变化。分析结果表明：在恒定转速、压差和闭合力条件下,通过调整各结构参数均可获得最大工作膜厚;流体膜刚度随着螺旋角和槽深的增大而减小;气体泄漏率和液体泄漏率随密封槽结构参数变化规律相同,且变化规律与工作膜厚相同;得到了定工况下的最优动压槽结构参数。最后通过自主设计的气液两相动压密封实验装置进行静压试验和运转试验,验证了动压密封在油气两相介质工况下应用的可行性。     

深槽浅槽机械密封的对比分析

通过对深槽和浅槽机械密封的端面开槽的结构，工作压力，转速对密封性能的影响进行了分析，使广大从事机械密封的工作人员对这类密封有较全面的了解，并对设计和选型有一定的帮助。     

基于空化模型的阶梯收敛槽机械密封性能分析

为解决波度端面机械密封精密加工困难的问题,提出一种由波度密封衍生变化而来的阶梯收敛槽机械密封结构,采用CFD数值模拟,考虑液膜空化效应,对其密封性能进行参数化分析.结果表明：随着槽深、槽数、槽区开口及密封压力的增加,液膜承载力和泄漏量都增大;随着转速的增加,承载力增大,泄漏量减小;随着膜厚的增加,承载力减小,泄漏量增大.在小膜厚,高转速及较低密封压力的工况条件下,更容易产生液膜空化现象,流体泄漏量降低;较小的槽深会增强流体剪切作用,空化效应增强,泄漏量降低,实现减小泄漏的目的.     

螺旋密封的密封能力及参数优化

建立了流体作层流运动条件下螺旋密封的封液能力模型.用CFD分析了压差力作用下密封介质受力分布和压差力作用下密封介质速度分布,并以此求出泵送流量和压差作用下产生沿螺旋槽的泄漏量和环形间隙产生的泄漏量.根据流量平衡理论求解出密封系数,并对螺旋密封结构的参数进行了参数优化,得出最佳螺旋密封结构参数,即当齿顶宽和齿槽宽比值为1,齿槽深和间隙比值为2.61,螺旋升角为15.6°时密封能力最强.为层流条件下螺旋密封结构参数的选择提供了参考.     

螺旋槽上游泵送机械密封有限元数值计算

研究了螺旋槽上游泵送机械密封的工作机理 ,分析了该密封端面间的液体运动规律并建立了用于计算机械密封端面内液体二元流动的雷诺方程。用有限元数值计算的方法得出了一定条件下螺旋槽上游泵送机械密封端面间液体的压力分布、开启力及上游泵送量等。计算结果表明 ,螺旋槽上游泵送机械密封端面液膜内的压力分布呈三维凸形曲面 ,该密封具有明显的流体动压效应 ,低压侧的流体向上游泵送到槽底直径处压力增至最大值。该密封稳定性较好 ,理论上能实现零泄漏     

螺旋槽式液体机械密封的动力学性能分析

采用有限元法求解螺旋槽式液体机械密封的雷诺方程，得到了机械密封中的二维压力分布，并在此基础上建立了机械密封的动特性参数的表达方式和计算方法．结合对某典型的人字形螺旋槽式液体机械密封的动特性参数的计算与分析，给出了结构参数和运行参数对螺旋槽式液体机械密封动力学性能的影响，在密封间隙大于10μm时可忽略流体动力学的影响．分析了液体机械密封的动力学稳定性，在一定工况下机械密封的力刚度和力矩刚度系数会成为负值而造成密封系统失稳．在机械密封设计中引入了密封动力学设计的概念．     

改良T型槽干气密封多参数CFD数值分析

借助高性能工作站计算机,在改良槽型确定的基础上,对T型槽干气密封多参数进行系统性仿真分析,类比分析100余组实验结果。在相关参数固定情况下,得出各个参数对密封开启力及泄漏量的影响规律;然后,采用相对变化率累加计量方式得出几何参数、操作参数对密封性能的影响权重及其与密封性能参数的相互关系;最后,通过将仿真结果导入Matlab中,得到密封间隙内流场三维动压和静压。研究结果表明:所得到的密封间隙内流场三维动压和静压实现了密封压力分布直观三维显示,动、静压力对外压和转速的良好响应揭示了干气密封对高压高速工况具有良好的适应性。     

螺旋槽上游泵送机械密封有限元数值计算

研究了螺旋槽上游泵送机械密封的工作机理。分析了该密封端面间的液体运动规律并建立了用于计算机械密封端面内液体二元流动的雷诺方程，用有限元数值计算的方法得出了一定条件下螺旋槽上游泵送机械密封端面间液体的压力分布，开启力及上游泵送量等，计算结果表明，螺旋槽上游泵送机械密封端面液膜内的压力分布呈三维凸形曲面，该密封具有明显的流体动压效应，低压侧的流体向上游泵送到槽底直径处压力增至最大值。该密封稳定性较好，理论上能实现零泄漏。     

上游泵送机械密封两种优化槽形及性能的对比

针对单列槽和人字槽,两种不同槽形的上游泵送机械密封进行性能对比.通过多目标优化理论构建液膜开启力与泄漏量之比的协调函数,并利用Maple软件对两种不同槽形进行优化和实例求解,获得最佳槽形参数.采用Solidworks软件建立两种不同槽形的端面微间隙液膜几何模型.在特定工况下,使用Fluent软件对密封内部微间隙三维流场进行数值模拟,获得两种不同槽形的端面开启力和端面压力的分布规律,并且通过计算,得到两种不同槽形的泄漏量.结果表明,人字槽形的端面最大压力、端面开启力均大于单列槽形,人字槽形的泄漏量(0.018L/h)小于单列槽形的泄漏量(0.072L/h).从而证明,人字槽上游泵送机械密封的动压效应及密封性能均优于单列槽.     

浅析端面摩擦状态对机械密封性能的影响

机械密封端面摩擦状态是决定机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。介绍了机械密封端面分别处于干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦状态时的工作特性,分析了端面摩擦状态对机械密封性能的影响。对于普通机械密封,端面的最佳摩擦状态应该是混合摩擦状态,如密封性能要求较高,则应该是边界摩擦状态。     

深水卡爪式连接器密封优化分析及试验研究

针对深水卡爪式连接器的密封性能,以赫兹理论为基础,建立了透镜式密封的接触力学模型,得出半接触宽度、最大接触应力及压紧力之间的关系,指出透镜式密封圈的球面半径和法兰锥面角度是影响深水卡爪式连接器密封性能的主要结构参数.对深水卡爪式连接器的密封结构进行参数化建模,以最小压紧力为目标函数对其进行了优化,通过敏感性和相关性分析验证了设计参数对密封性能的影响,得到设计最小解.对优化前后的密封结构进行有限元仿真分析,证明优化后的结构可以有效地提高密封性能,最大接触应力增加了37.9%,接触宽度增加了36.0%.建立卡爪式连接器密封性能等效试验模型,对优化前后的密封结构进行静水压力试验,给出了相应的试验结果对比,证明了优化后结构尺寸的正确性和合理性.     

气体热黏效应对干气密封性能影响的数值分析

基于气体多变过程理论和气体润滑理论,通过对雷诺方程的多变指数进行修正,建立了分析螺旋槽干气密封热黏效应的数学模型.采用有限元法对黏度对于干气密封性能的影响进行数值分析.结果表明：多变指数和黏度越大、压力和温度越高,则干气密封的端面气膜承载能力越强;在高速或中、高压工况下,需考虑气体热黏效应对干气密封性能的影响;当端面平均气膜厚度大于2 μm时,气体热黏效应对干气密封性能参数与气膜厚度关系的影响可以忽略不计.
     

考虑空化效应的螺旋槽液膜密封特性数值研究

为了研究空化效应对液膜密封性能的影响,获得最佳的工况参数,建立螺旋槽液膜密封端面三维模型,在引入JFO空化边界条件下利用ANSYS FLUENT14.0对其流场进行数值模拟,考察空化效应时工况参数对开启力、液膜刚度、泄漏量及空化区域变化的影响。结果表明:在本文的参数下,Sommerfeld条件下液膜在厚度1.6μm左右出现最大刚度,JFO条件下刚度在膜厚为1.5~2μm比较稳定,且此时刚漏比出现拐点,最佳膜厚在1.5~2μm;液膜温度在65℃时空化效应最弱;开启力、液膜刚度、泄漏量、空化区域随转速的增加而增大。