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.     

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.
     

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...     

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.     

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...     

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.     

KDY400-96×5 KDY400-134×3型多级输油泵用H75N/90-G9型机械密封的改进

机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。常用机械密封结构由静止环（静环）1、旋转环（动环）2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成,防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。     

KDY400-96×5 KDY400-134×3型多级输油泵用H75N/90-G9型机械密封的改进

机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。常用机械密封结构由静止环(静环)1、旋转环(动环)2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成,防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。     

化工高压设备静压干气密封特性研究

干气密封最突出的优点是可以在密封端面间建立刚度较高的气膜,在密封受到外界干扰时可以自动调节端面间隙,自动补偿干扰所造成的偏差,使密封面保持长期稳定的非接触状态。因为不接触,所以带来一系列的好处,如无磨损、能耗低、维修少、寿命长,再加上高精度的加工、静力和动力学的技术校订最佳工况点等等,就使泄漏量极低甚至可以忽略不计,和普通的机械密封相比省去一套昂贵的密封油系统,避免了工艺气体和密封油的互相污染。     

螺旋槽干气密封润滑气膜角向涡动的稳定性分析

螺旋槽干气密封操作的稳定性和可靠性与其槽形参数密切相关,优化槽形参数一直是该领域研究的热点。应用PH线性化方法及变分运算干气密封螺旋槽内瞬态微尺度流动场的非线性雷诺方程,得到了气膜角向涡动刚度的解析式。继而利用复数转换和迭代法对稳态下气膜边值问题进行求解,求得了气膜涡动刚度的近似解析解。通过动态稳定性分析,获得了不同介质粘度、压力和转速下稳定性最佳的螺旋角数值。研究结果表明：随介质压力和转速增大,气膜涡动刚度越大,稳定性越好。     

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。     

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。     

基于半解析法的极端工况干气密封动态特性研究与参数设计

采用Miller与Green提出的半解析方法,对极端工况下螺旋槽干气密封的动态特性进行了研究。首先运用有限元方法数值求解可压缩气体Reynolds方程,通过计算气膜对膜厚阶跃变化的响应,建立了干气密封中气膜的动刚度模型。在频域内将该模型应用于密封环的动力学分析,通过数学变换得到密封环在时域内的运动,从而建立了干气密封动态响应的解析式分析方法。利用该方法分析了干气密封对轴向、角向位移扰动的响应,并研究了密封端面几何参数对动态特性的影响规律。通过参数设计,可以得出端面参数的合理取值范围,从而改善密封动态性能。     

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.     

干气密封补偿环O形圈的变形与应力分布规律

采用有限元分析软件ANSYS建立干气密封补偿环O形橡胶密封圈二维轴对称模型,对其在不同压缩率与介质压力下的变形、Von Mises应力及密封面处接触压力、接触摩擦应力分布规律进行探讨,确定O性橡胶密封圈易失效位置;分析压缩率和介质压力对其最大Von Mises应力、最大接触压力、最大接触摩擦应力的影响.分析结果表明:O形圈密封最大Von Mises应力、密封面最大接触压力、最大接触摩擦应力随介质压力的增大而增大,在中低压下提高O形圈的压缩率既能提高密封圈的密封性能,也不影响补偿环的追随性.为干气密封补偿环上的O形密封圈结构设计及选型提供参考.     

T型槽干气密封内微流动特性的数值计算

在N-S方程的基础上,考虑微尺度效应对干气密封内部流动的影响,推导出T型槽内气体稳态流场的非线性运动方程.应用有限差分思想,将非线性偏微分方程通过迭代增量线性化方法转化为线性代数方程组,通过迭代进行数值求解,获得T型槽内气体的速度分布和压力分布,近似求得不同气膜厚度时T型槽内气体泄露量和开启力分布.计算结果和其他文献中的实验结果基本符合,证明该理论分析方法在干气密封系统优化设计的可行性.     

球面对锥面特殊螺纹气密封性能影响因素分析

针对油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构,基于Hertz接触力学理论和密封接触能机理,建立了考虑密封面作用扭矩的特殊螺纹气密封压力计算理论模型,研究了球面半径、锥面锥度和密封面作用扭矩对螺纹气密封性能的影响规律,结果表明：随着球面半径增大,螺纹气密封压力呈幂指数规律降低;随锥面锥度增大,螺纹气密封压力逐渐降低,但降幅较小;随密封面附加上扣扭矩增加,螺纹气密封压力呈抛物线型增大。总体来看,球面半径和密封面附加上扣扭矩对特殊螺纹气密封性能影响显著。建议一方面优化球面半径,另一方面合理控制密封面作用扭矩,使得密封接触应力分布既能满足足够的气密封能力,又能保证密封面不发生屈服。     

唇形密封圈润滑性能的数值模拟

在同时考虑密封压力,密封唇口和轴表面微观形貌、密封唇口过盈量、密封唇的弹性变形等因素的基础上提出了一种对唇形密封圈润滑面进行流体动压润滑性能计算的数值模拟方法。该方法可以有效地对不同密封压力下具有不同初始过盈量的唇形密封圈的润滑性能进行模拟计算,与现有的模拟计算方法相比更为合理。将所建立的模拟计算方法应用于江苏容天乐公司生产的WR型汽车水泵轴承密封圈的研究,数值计算了轴承工作时密封区域内两粗糙表面间的最大油膜压力、平均油膜压力、最小油膜厚度、平均油膜厚度,密封唇表面摩擦力等参数,得到了不同密封压力下初始唇口过盈量变化对密封面润滑性能影响的规律曲线,并对其进行了分析。     

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。