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。     

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.     

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。     

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。     

液氧涡轮泵新型螺旋阻尼密封泄漏特性研究

针对某液氧涡轮泵离心轮前凸肩密封,提出了一种新型螺旋阻尼密封结构(静子面孔腔和转子面螺旋槽)。为研究离心轮凸肩密封进口高预旋影响,提出了能够同时模拟动密封进口压力场和速度场的“双进口边界”数值模型。采用液体(水工质)孔型阻尼密封和螺旋密封的泄漏量实验结果,验证了基于三维定常Navier-Stokes(RANS)方程的动密封稳态泄漏流动数值预测方法的有效性和准确性。对比研究了迷宫密封、孔型阻尼密封、双螺旋密封等3种传统动密封结构和新型螺旋阻尼密封在某液氧涡轮泵6种变负载运行工况(负载率?为23%、31%、54%、77%、100%、108%)、2种进口预旋比(λ为0、0.75)下的泄漏特性。结果表明：相比于3种传统动密封结构,新型螺旋阻尼密封在全工况下均具有最佳的封严性能(泄漏量减小10%～50%),尤其在高负载工况(更高转速、更大压差);新型螺旋阻尼密封的泄漏量对进口预旋、压差和转速等运行条件的变化敏感性最低(在23%～108%变载荷运行、无预旋时,新型螺旋阻尼密封的泄漏变化量相对于迷宫、孔型和双螺旋密封减小了45%、40%、29%),具有优良的变工况适应能力,能够满足液氧涡轮泵深度变推...     

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.     

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。     

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...     

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。     

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.