井底条件下牙轮钻头润滑系统工况的模拟实验研究

对牙轮钻头润滑密封储油系统在井底高温条件下的容积及压力变化进行了模拟实验。通过实验及对钻头实际工况的分析得出,在井底因高温及钻头动我所造成的密封储油系统的容积变化约为2％～3％,系统的内外压差约为0.3～0.5MPa.     

蜂窝密封技术在空分增压机级间密封上的应用

针对内蒙古某煤化工厂空分增压机组在生产过程中存在的推力轴承瓦温度偏高等问题,提出了对增压机级间密封进行整体蜂窝技术改造的方案。通过对级间密封结构优化前后叶轮端面轴向受力变化的理论分析及利用计算流体动力学（CFD）软件进行仿真验证,得出级间密封的失效是引起转子轴向力变大的主要原因,并对增压机级间密封进行了蜂窝技术改造。改进后的级间密封结构使得增压机级间串气量减小,叶轮两侧高压气体压力差有所降低,各级压缩效率得到提高,解决了推力轴承瓦温度偏高和气体出口压力不足等问题。蜂窝密封技术在空分增压机级间密封上的成功应用,为解决高速离心压缩机轴向力过大这一问题提供了新的有效方案和改进措施,值得进一步应用推广。     

端壁造型对轮缘密封流场和封严效率的影响

针对端壁造型设计在减少二次流损失的同时会影响轮缘密封的封严等问题,采用数值求解三维URANS(Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程和SST湍流模型的方法,研究了动叶前缘下端壁5种造型对轮缘密封流场和封严效率及动叶气动性能的影响;数值分析了轮缘密封的封严效率,并与实验数据比较,验证了数值方法的准确性。对比了5种动叶前缘端壁造型结构的轮缘密封封严效率和动叶气动性能,结果表明:动叶前缘端壁造型会影响局部的压力分布,进而影响轮缘密封封严效率;与轴对称端壁相比,凸壁面端壁造型使动叶前缘高压区前移,提高了轮缘间隙处主流周向压力波动,导致最小封严气量需求增加23%以上,而凹壁面端壁造型降低了局部压力和主流的周向压力波动,能够使最小封严气量减小14%以上;凹壁面端壁造型使得动叶流道内的通道涡扩大,级效率降低。     

液压自动增压阀的结构设计与应用

设计水压系统和供水系统时,都是按照水压系统的最高压力选择水泵.高压水泵结构复杂,对精度要求高,成本高,效率很低,随着压力的升高,泵的效率更低,能源浪费严重.1个水压系统中有不同压力的工作机构,如果通过选取高压泵、降低压力以满足低压工作机构的要求,会进一步浪费能源.因此,需研制结构简单、成本低、效率高的水压自动增压阀.通过研究发现,利用低压大流量水泵泵出的部分低压水流推动增压阀,可全自动地将泵出的大流量低压水增压到工作机构对压力的不同要求.研究结果表明利用低压大流量水泵结合水压自动增压阀增压,达到了显著增效、节能的效果.     

径向轮缘密封封严效率的数值研究

通过SST湍流模型求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程组,研究了涡轮径向轮缘密封封严特性,采用附加变量法研究了主流入侵程度,数值计算获得的主流通道压力及轮缘密封封严效率分布与实验数据吻合良好,在此基础上研究了几何结构参数对涡轮径向轮缘密封的封严性能的影响规律。结果表明:径向轮缘密封封严效率随着密封内齿长度的增加而升高,随着径向间隙尺寸的减小而升高;密封径向内齿向下倾斜时,密封封严效率提高;与径向内齿安装在静盘侧相比,安装在动盘侧时的密封封严效率更高;密封的轴向及径向等几何参数一定时,采用迎风齿结构可以提高径向轮缘密封的封严性能。     

透平级气动及运行参数对轮缘密封封严性能影响的数值研究

以燃气轮机中常用的径向轮缘密封为研究对象,系统深入地研究了透平级压比、转速等参数的改变对轮缘密封封严性能的影响规律。通过求解三维RANS方程组和SST湍流模型,在基于添加示踪流体湍流输运附加变量控制方程的基础上,首先计算得到了4种透平进出口压比、4种透平级转速工况条件下的典型径向轮缘密封的封严效率;其次,对比了不同动静叶片周向相对位置对轮缘密封封严性能的影响。研究结果表明:当透平级压比和转速变化时,将通过影响动叶前缘压力势场分布来影响轮缘密封封严性能;随着压比的增加,周向压力不均匀程度变大,封严效率降低,入侵强度明显强化;当转速由小到大变化时,周向压力不均匀程度得以改善,因此轮缘密封的封严效率得以提高;动静叶相对位置变化会引起静叶尾迹与动叶前缘势场的相对干涉,导致轮缘密封封严效率出现变化,随着动叶的旋转,盘内的入侵流呈现出周期性的强化与减弱。     

水力喷射压裂孔道内部增压机制

在室内试验基础上,结合计算流体力学方法,得到水力喷射压裂孔道内的压力分布,并对喷嘴压降、喷嘴直径、套管孔眼直径对孔道增压的影响进行分析.结果表明:在水力射流和套管孔眼密封的共同作用下,水力喷射产生的孔道内部存在增压现象,从而在套管压力低于地层起裂压力下压开地层;孔道压力随喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增加;套管孔眼起到的密封作用能够大幅提高孔道压力,对孔道的增压影响很大;水力喷射压裂技术应用于裸眼井时,孔道增压有限,需要提高套管压力才能压裂地层.     

燃气透平轮缘密封流动特性和气动性能

轮缘密封是二次空气系统的重要组成部分,能有效抑制燃气入侵盘腔,但过量的封严冷气进入主流会显著影响透平气动性能。采用数值求解三维非定常雷诺时均纳维斯托克斯(URANS)方程组和剪切应力传输(SST)k-ω湍流模型的方法研究了燃气透平轮缘密封流动特性和气动性能。数值模拟得到的轮缘密封封严效率与实验数据吻合良好,验证了数值计算方法的可靠性。研究了3种封严冷气量下的透平轮缘密封的封严效率和气动性能,分析了透平静动盘腔的流场结构和燃气入侵与冷气出流特性。仿真结果表明：在所研究的3种封严冷气流量下,轮缘密封内腔完全封严,较小的封严冷气流量能使末级透平轮缘密封达到较高封严效率;在最小冷气流量时外腔动盘面平均封严效率比静盘面高4.4%。对于末级透平,主流周向压力不均匀分布导致的外环诱导入侵占主导,且动叶前缘附近压力场对燃气入侵的影响大于静叶尾迹压力场。封严冷气质量流量比每增大1.0%,透平级总总效率降低约1.0%,相对动盘壁面封严效率的影响,封严冷气流量对动叶气动性能的影响更大;出流冷气的流动方向相对主流在切向上滞后,使掺混气流以负攻角冲击动叶吸力面前缘,吸力面前缘压力增大。该工作可为轮缘密封流动特性...     

叶顶形状对动叶顶部流动和传热的影响研究

应用数值方法和标准k-ω湍流模型,研究了燃气轮机轴流透平不同叶顶密封方式对透平动叶顶部间隙内流动与传热的影响.计算叶型采用GE-E3发动机高压透平第一级动叶片,考虑了4种不同的叶顶密封方式.详细分析了不同叶顶密封时叶项的流动结构和传热分布.研究了旋转对动叶顶部流动和传热的影响,并与静止的平面叶栅中获得的结果进行了对比.结果表明:不同叶顶密封方式对叶顶间隙泄漏流场影响很大;双侧肩壁密封具有最好的密封性能,而压力面肩壁密封性能最差;采用吸力面肩壁密封获得了最低的叶顶传热系数,压力面侧肩壁密封的叶顶传热系数则最高;相对于静止叶栅,旋转改变了叶顶泄漏流动结构,增加了叶顶的传热系数.     

连杆外滚柱型双定子马达及其密封机理研究

为了实现双定子液压马达的径向间隙补偿与可靠密封,提出了一种连杆外滚柱结构形式.依靠马达工作时产生的离心惯性力与液压力差,将连杆与滚柱分别压紧内、外定子曲线,形成密封容积;对不同工况下的双定子液压马达进行了受力分析,得到了各接触面正压力的数学表达式;同时搭建了试验台进行验证.结果表明:连杆外滚柱结构的双定子液压马达能够在实现滚压的同时具有更高地容积效率和比功率,连杆滚柱组与外定子间有滚动摩擦,减少了对定子曲线的磨损,延长了马达的工作寿命.     

1GPa新型密封结构的理论分析

为探讨一种新型超高压密封结构的可行性 ,对超高压下钢筒和柱塞的变形量进行了理论推导 ,通过雷诺方程数值求解 ,获得了新型密封结构的漏耗特征曲线、液膜压力分布曲线及初始间隙对泄漏量的影响曲线。分析了新型超高压密封结构的密封机理 ,讨论了新型密封的特点。结果表明 :新型的超高压动密封结构是一种自适应的动态密封结构 ;初始间隙对密封性能的影响表现出不敏感性 ,新型超高压密封是可行的密封结构 ,可实现 1GPa压力的动密封     

黏土岩的成岩作用对毛细管封闭能力的评价——轮南地区石炭系泥岩为例

利用温度、时间、压实、黏土矿物的组成等成岩作用影响参数,构建成岩指数。通过对黏土岩的成岩指数与泥岩的排替压力的良好的相关关系,实现黏土岩盖层的封盖能力评价。特别是对毛细管压力封闭能力的评价。该方法在塔里木轮南地区石炭系泥岩段的应用表明,成岩指数与排替压力之间具有较高的线性相关性,这可以说明从成岩阶段(成岩指数)的拟合来预测毛细管压力封闭能力是有效的。这样可以避免大量的压汞试验就实现对泥质岩盖层毛细管封闭能力的评价,值得推广应用。     

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。     

油缸密封的失效及压力补偿

对高压油缸的密封失效提出了一种理论解释。通过分析液压缸密封圈的受力情况和泄漏情况，论述了密封间隙出现非磨损性增大会引起高压油罐密封失效的观点，介绍了防止这种失效的压力补偿方法，此方法的有效性已在实践中得到了证明。     

环冷机磁流变液密封研究

考虑到环冷机普遍存在着严重漏风问题,依据磁流变液在外加磁场作用下能呈现出可调的流变特性和可控的屈服应力这一特性,将磁流变液密封技术应用于环冷机,以达到有效解决环冷机漏风的目的。将磁流变液看作Bingham流体,建立磁流变液磁场力和屈服应力数学函数表达式,通过有限元分析,研究非磁性密封槽内的磁流变液在外加磁场力作用下流变和屈服特性,仿真结果表明磁流变液在磁场中具有一定的耐压能力,可平衡环冷机内外压差,起到密封作用,并且非磁性隔板边界处磁流变液屈服应力随密封间隙的增大而减小,同时采用线性拟合方法得到了磁流变液屈服应力表达式以计算非磁性隔板移动所需拉力。在此基础上,通过实验验证了有限元仿真结果的正确性,即采用磁流变液密封的方法可有效地解决环冷机漏风问题。     

Study on seal improvement and rotor thrust control of centrifugal compressor

Fluid pressure variations due to process fluctuations or balance drum seal degradation can result in rotor thrust increasing that may jeopardize thrust bearing and compressor’s reliability. Also, the leakage flow through balance drum seal can seriously affect the efficiency of compressor. A method that can improve both the efficiency and reliability of centrifugal compressor is presented. The method focused on rotor thrust control and balance drum seal upgrading. The low leakage feature of Dry-Gas-Seal（DGS）, high reliability of labyrinth, and the feasibility of upgrading existing structure are taken into account at the same time to design a combined labyrinth-dry gas seal system on the balancing drum. Based on the combined seal system, a Fault Self-Recovering（FSR） system for the fault of rotor shaft displacement is introduced to assure the safety and reliability of centrifugal compressor. The modern Computational Fluid Dynamics（CFD） is used to validate this envision. The numerical result and relevant information indicate that the combined sealing system could improve the efficiency of the centrifugal compressor by about 4%.     

静压式机械密封流固耦合的理论分析

针对一种收敛间隙静压式机械密封,建立了机械密封流固耦合模型,采用有限元方法求解不可压缩Reynolds方程,得到密封间隙流体压力分布,采用ANSYS有限元软件计算密封组件的弹性变形,利用两者之间自动迭代计算实现流固耦合分析。结果表明,高压工况下,静压式机械密封间隙的压力分布受到密封端面变形的影响,同时又会影响到端面的变形。该流固耦合分析考虑了密封组件之间的接触摩擦和预紧作用,能够准确反映高压流体和密封结构的相互影响。计算得到的泄漏量与实验值吻合,对特殊工况下静压式机械密封的流固耦合研究具有参考意义。     

粘土岩的成岩作用对毛细管封闭能力的评价—轮南地区石炭系泥岩为例

利用温度、时间、压实、粘土矿物的组成等成岩作用影响参数,构建成岩指数;通过对粘土岩的成岩指数与泥岩的排替压力的良好的相关关系,实现粘土岩盖层的封盖能力评价,特别是对毛细管压力封闭能力的评价。该方法在塔里木轮南地区石炭系泥岩段的应用表明,成岩指数与排替压力之间具有较高的线性相关性,这可以说明从成岩阶段（成岩指数）的拟合来预测毛细管压力封闭能力是有效的,这样可以避免大量的压汞试验就实现对泥质岩盖层毛细管封闭能力的评价,值得推广应用。     

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。