柱面气膜密封槽底导流织构性能提升及作用规律研究

研究如何提升柱面气膜密封的稳定性对保证该类密封在高速、高压工况下的安全运行至关重要,鉴于导流织构能够有效提升系统稳定性,本文通过在柱面气膜密封槽底设置一定数量和造型的导流织构,系统研究了不同工况下导流织构对柱面气膜密封性能的作用规律。结果表明：导流织构对柱面气膜密封微尺度流场具有良好的导流作用,最高压力及高压区面积都显著增大;一定工况和泄漏条件下,导流织构可以显著提升密封开启力;有导流织构的柱面气膜密封还可以显著降低高速、高压工况下微尺度流场中的压力波动方差,且转速越高,抑扰效果越显著。     

基于CFD的螺旋槽干气密封端面开孔流场的分析

为了测量静环端面安装传感器开孔对流场气膜压力的影响因子,应用Solidworks软件建立三维螺旋槽干气密封端面气膜模型,包括在动环槽底根径相对的静环端面开孔和不开孔的2种模型建模.在特定工况下,运用Fluent软件对螺旋槽干气密封内部微间隙三维气体流场2种模型以层流模式分别进行数值模拟,得到2种模型的泄漏量,且与试验值...     

节流孔径对静压圆弧槽干气密封端面流场影响的数值模拟

应用SolidWorks软件分别建立4种不同节流孔径静压干气密封三维几何模型,并运用Gambit软件对4种模型分别进行网格划分.利用Fluent软件对端面流场进行数值模拟,得到流场的压力分布、速度分布以及泄漏量、气膜开启力.同时对节流孔直径与气膜推力泄漏量比值进行优化,获得最佳结构参数.数值结果表明:端面压力在节流孔处最高,向四周逐渐下降,密封气在流经节流孔后形成显著的压力降,随节流孔径的增大泄漏量上升;随节流孔径的增大气膜推力增大.     

基于流线的拟合曲线槽干气密封流场的数值模拟及分析

推导两光滑平板间干气密封微尺度流动场的非线性雷诺方程,应用PH线性化方法、迭代法对非线性雷诺方程近似求解,得到气膜压力的近似解析式,利用极坐标下的流线方程,通过Maple程序求解压力方程和流线方程得到符合条件的拟合曲线.建立拟合曲线槽干气密封的三维立体模型,运用Fluent软件对拟合曲线槽干气密封在气膜厚度为3～5μm时3种工况下的压力和泄漏量进行数值模拟和分析,并与螺旋槽进行比较.研究结果表明:在低压低速下,拟合曲线槽和螺旋槽的动压效果都不明显,且泄漏量相差不大;在中压中速下,气膜厚度δ=3μm、δ=4μm时拟合曲线槽的动压效果比螺旋槽好,但两种槽的泄漏量相差不大;在高压高速下,气膜厚度δ=3μm时拟合曲线槽的动压效果比螺旋槽好,并且泄漏量比螺旋槽小.     

干气密封三种不同槽型线端面流场数值模拟

应用Gambit软件建立三维螺旋槽、圆弧槽、直线槽干气密封模型,运用Fluent软件对此三种不同槽型线干气密封内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到流场的压力分布,速度分布.分别对每一种槽型线进行优化,将优化后的三种槽型的压力与泄漏量进行比较.结果表明:在干气密封动环或静环密封面上精加工的浅槽能够产生动压效应;螺旋槽产生的动压效应最强,其次是圆弧槽,直线槽最弱;螺旋槽的密封性能最好,圆弧槽次之,直线槽最差.     

热弹变形下螺旋槽干气密封泄漏量的计算与分析

螺旋槽干气密封在高速旋转时内部会产生一定量的热,导致密封环发生热弹变形,从而对密封性能产生影响.在速度滑移边界条件下,求出螺旋槽内的气膜压力和气膜速度,推导出气膜的能量方程,进而利用气膜的压力、速度和能量方程,通过Maple和Matlab软件求解槽内气膜的温度分布.然后由热弹变形理论,求解出密封环的变形量,获得螺旋槽内气膜厚度的解析式.利用广义雷诺方程求出理论泄漏量,并与泄漏量的实验值进行比较.研究结果表明:随着气体从外径流入内径,槽内温度的分布规律是先升高后降低,槽根部周围温度较高;热弹变形量与温度变化的规律一致,而气膜厚度的变化趋势与之相反;干气密封中的泄漏量随变形量增大而增大,有变形量的泄漏量更接近于实验值.     

双列螺旋槽机械密封效果对比研究

为了在实际生产中提高双列同向螺旋槽密封效果,分析了其机械密封端面的液膜流场分布。基于计算流体力学(CFD)软件对所建立的双列同向螺旋槽机械密封端面和普通接触式机械密封端面结构的三维模型进行了数值模拟分析。针对各种工况模拟液膜在动环端面上的流场状态,计算模型的泄漏量。利用实验设备测量实际工作中液膜的压力分布与泄漏量。将普通接触式机械密封端面实验数据与其模拟结果进行对比,两者之间存在误差的主要原因是实验过程中设备的振动。模拟结果显示在0.1~0.5 MPa范围内相同转速的工况下,双列同向螺旋槽结构的密封效果约为普通接触式机械密封结构的2倍。     

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.     

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.     

微孔端面机械密封间液膜的CFD数值模拟

应用Pro/E软件建立微孔端面间液膜的三维立体模型,Gambit软件对模型进行划分网格,F1uent软件对微孔端面间特定工况下的内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到流场的压力分布、速度分布以及泄漏量.改变微孔深径比再次模拟,得到不同参数下流场所对应的压力分布、速度分布及泄漏量,分析在同一液膜厚度情况下,微孔深径比对端面...     

压差对旋转直通式迷宫气封流场及流场力影响规律研究

基于稳态计算流体动力学（CFD）方法,研究了压差对旋转直通式迷宫气封泄漏、流场和流场力的影响。通过网格密度分析验证了稳态CFD方法满足计算精度要求,通过影响和敏感度分析给出了压差的变化对泄漏量、流场速度流线、总压强分布、流体压力和流体粘滞力的影响。研究结果表明：随着压差的增大,泄漏量、径向流体压力、轴向流体压力、总流体压力、径向流体粘滞力、轴向流体粘滞力和总流体粘滞力均增大。     

泵出型螺旋槽机械密封端面间隙气液两相流动数值分析

针对泵出型螺旋槽气膜密封由于阻塞气压力降低,被密封液相介质进入密封间隙的情况,以密封端面间隙流体膜为研究对象,利用Fluent软件VOF模型模拟阻塞气压力恢复到正常值时端面间隙的流动状况。此时流体膜处于气液两相非稳定流动状态,研究密封端面间气液两相介质分布、压力分布及密封性能随时间的变化规律。结果表明:在假设条件下,内径处阻塞气压力恢复到正常值,流体膜能够恢复成纯气相流体膜;液相介质能增强流体动压效应,增大气相介质流动阻力,降低泵送量;气液两相掺混,改变了气液两相分布、压力分布、泵送量等密封性能,增大了流体膜恢复成纯气相的难度,且在液相介质进入螺旋槽状况下,流动过程中少量液相介质在内径处发生泄漏。     

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.     

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.     

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.     

迷宫密封内部结构尺寸对密封特性的影响

迷宫密封是一种通过曲折通道增大流动阻力来实现封严的非接触密封,通常用于密封气体,广泛应用于航空、能源、流体等领域的动力机械中。基于workbench ansys分别对迷宫密封内部流场进行建模、网格划分,然后利用Fluent软件分别改变间隙宽度、空腔深度等内部结构尺寸进行数值计算,以得出结构尺寸对迷宫密封特性和密封效果的影响。结果表明:泄漏量随着间隙宽度的增加而增加;泄漏量随着空腔深度的增加而增加。     

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。     

刷式密封流场和温度场的3维数值计算

该文建立了一种刷式密封的3维模型,结合ANSYS系列商用软件,利用计算流体动力学(CFD)方法计算了刷式密封的流场和温度场。研究了刷丝排数对泄漏量的影响,对刷丝排数为14排,厚0.93mm的刷式密封进行了流场和温度场计算,重点研究了刷丝间隙中的流动和刷丝及刷丝间隙中温度分布的细节及规律,讨论了不同工况参数及压差、干涉量、线速度对最高温度的影响。结果表明:随着刷丝排数的增加,泄漏量先呈指数下降,后呈趋缓的线性下降,最后基本趋于稳定。干涉量和线速度对最高温度的影响更为明显。     

超临界二氧化碳向心涡轮泄漏特性计算与分析

针对超临界二氧化碳(SCO_2)向心涡轮轮背空腔泄漏流,采用典型的迷宫密封,对设计参数进行参数化研究与流场分析,并计算轴向力.首先建立迷宫密封泄漏流动CFD模型,运用NUMECA软件对迷宫密封的可靠性进行验证,进而从气动参数和结构参数两方面对SCO_2向心涡轮轮背泄漏特性进行研究.结果表明,涡轮泄漏量和轴向力随密封出口压力的升高而减少,在一定间隙范围内线性增大,当密封齿高较小时,泄漏量和轴向力随齿高的增加而减小,当密封齿高超过6.3 mm时,泄漏量和轴向力不再随之变化;在密封轴向长度给定的情况下,齿数为6时能实现最佳的密封效果;通过改变密封齿的形状,得到一种密封性较好的等腰梯形齿.