基于ANSYS的井下增压器活塞间隙密封研究

针对井下增压器活塞密封问题,提出以非接触式迷宫间隙密封代替原有填料密封。构建迷宫间隙密封的二维增阻槽模型,基于ANSYS-Fluent流体仿真软件,采用SST模型和SIMPLE算法,分析单个槽槽深和槽宽与泄漏量之间的关系,并探讨有限长度下增阻槽的布置方法。结果表明:槽深一定时,泄漏量随着槽宽的增大而增大;槽宽在1 mm以上时,当槽宽深比在2∶1左右泄漏量最小;槽深增大达到槽宽深比为1∶1时,随着槽深增大泄漏量的变化趋于平缓。在有限长度下,槽间距增大,槽与间隙进出口的距离减小,泄漏量随着槽间距的增大呈现出先减少后增大的规律,因此必须合理匹配槽间距及槽与间隙进出口的距离,才能达到较好的密封效果。     

增压泵换向滑阀间隙密封仿真研究

以CFD软件FLUENT为基本工具,应用有限体积法对流场进行数值模拟,采用SSTk-ω模型和SIMPLE算法,对间隙密封内部流场进行了数值模拟。得出了间隙大小、槽深、槽宽、槽数对间隙密封流场和泄漏量的影响,研究成果具有一定的实际价值。结果表明:间隙越小,泄漏量越小,关系呈线性;密封槽数增加,泄漏量线性减小;槽宽增大,泄漏量近似线性增大;槽宽0.5mm时,槽深增加,泄漏量减小;槽宽大于0.5mm时,若槽深宽比小于1.5,泄漏量增大,大于1.5时泄漏量减小。     

双作用斯特林热机活塞密封流阻特性数值计算

考虑活塞前部环形间隙的影响,建立斯特林发动机活塞密封结构的流阻模型,分别展开动、静态下数值计算,得到活塞各密封段内压力与流量的关系,分析工质随结构参数变化的流动特性。结果表明：动、静态下活塞密封处流阻呈现不同特点,动态时流阻随流量增加而增大,静态时流阻为一恒定值;活塞环泄漏面积对流阻的影响较大,可以通过使用组合式活塞环以增大流阻而减小泄漏;而前部间隙宽度对流阻的影响较小,适当加大间隙宽度能在不影响密封的前提下减小活塞与气缸的摩擦。     

液压冲击机构活塞泄漏量的影响因素权重分析

为分析液压冲击机构泄漏量影响因素权重,结合同心及偏心环形缝隙流动理论,确定影响因素包括密封长度、间隙高度、均压槽的宽深比和数量、活塞偏心量以及压差等因素。通过正交试验搭建16组数学模型,基于计算流体力学数值模拟的方法,研究分析了环缝间隙内的流动状态。利用方差分析对仿真结果进行处理,结果表明间隙高度对液压冲击机构内泄漏影响最大;压差、均压槽宽深比、密封长度以及槽的数量对内泄漏量影响依次减小;活塞的偏心对泄漏量影响最小。这为液压冲击机构减少泄漏量的设计提供了参考。     

新型流线槽流体动压型机械密封性能*

以核主泵用新型流线槽流体动压机械密封为研究对象,建立密封间隙内液体膜的压力控制方程,应用有限差分法求解,分析特定工况下流线槽的结构参数对密封性能的影响。结果表明：泄漏量和刚度对密封间隙的变化最为敏感,间隙增大时,泄漏量迅速增加同时刚度急剧下降;刚度随槽深、槽长比、堰宽比增大而先增后减,并在一定区域获得峰值。流线槽槽数为12、槽深为2 μm、密封端面间隙为1 μm、槽长比为0.6、堰宽比为0.6时,液体膜具有较大的开启力、刚度和刚漏比,密封端面产生的流体动压效应显著,密封工作性能达到较佳状态。     

一种基于等效平行间隙的静密封漏率预测方法

工程中由于密封件形状多样化和表面接触压力复杂多变,现有分析方法难以快速对密封性能进行定量分析。提出一种将密封接触压力引起的粗糙表面泄漏间隙变化等效为平行泄漏间隙,进而采用可压缩雷诺方程进行漏率计算的方法。该方法可快速计算各种工况下的密封性能。通过设计测量漏率实验,标定出接触压力和泄漏间隙的关系。基于该关系,将由有限元模型计算得到的密封接触压力分布转变为等效平行泄漏间隙分布,进而通过雷诺方程计算出密封界面的漏率。通过D形截面垫片验证漏率预测方法的准确性,实验验证表明,该方法能够快速准确计算出不均匀密封接触压力表面的漏率。     

稳态性能下T型槽柱面气膜密封结构参数非线性回归分析

为探究T型槽柱面气膜密封的稳态性能(气膜刚度、浮升力、泄漏率),使用计算流体力学(CFD)的方法，在转速为8 000 r/min的工况条件下，分析了密封系统结构参数的改变对系统稳态性能的影响。在不改变气膜厚度和气膜偏心的条件下，拟合了密封长度、T型槽槽数、T型槽深度与稳态性能之间的多元非线性方程，并通过对回归系数大小的比较确定了各因素的影响程度。结果表明：系统泄漏率受密封长度的大小影响最为显著，T型槽数量和槽深的改变对泄漏率的影响并不显著；随着密封长度的增加，气浮力几乎呈线性增长，而T型槽深度和T型槽的数量的改变对浮力的影响依次减小；影响气膜刚度最大因素的是T型槽深度，其次是T型槽的数量，密封长度的影响最小。     

综合传动装置胀圈密封轴槽间隙设计方法

研究一种基于理论计算与CFD仿真的胀圈密封环轴槽间隙尺寸设计方法。基于流体力学的基本方程,建立胀圈密封流场的数学模型;结合实际工况与使用要求,确定胀圈密封环与轴槽径向间隙、轴向间隙及配流衬套与旋转轴之间的间隙尺寸的约束范围;建立流场的计算流体力学模型,通过正交试验设计,分析影响胀圈密封性能的高灵敏度因素;以密封泄漏量最小为目标函数,选取最佳的轴槽间隙设计参数。结果表明,研究的3种间隙中,相比于胀圈密封环与轴槽的径向间隙、轴向间隙,配流衬套与旋转轴之间的间隙对密封环的泄漏量影响更为显著,当配流衬套与旋转轴之间的间隙增大,泄漏量也随之增大。     

栅板密封对流道侧壁变形的随动模型

针对可变流道栅板密封，以外凸变形的流道侧壁为边界条件，建立了栅板密封在弹性元件预紧力作用下适应流道侧壁变形的理论分析模型。基于合理假设，通过分析桥接元件和栅板工作状态，指出栅板密封存在泄漏间隙和悬浮间隙；提出了工作状态下栅板密封间隙大小及分布的计算方法，为研究栅板密封流固热耦合问题提供了几何边界条件；分析了栅板厚度、桥接元件刚度和弹簧参数等对栅板密封随动效果的影响，指出泄漏间隙随栅板厚度减小而单调减小，悬浮间隙随桥接元件弹性模量和截面惯性矩减小而减小，并随弹簧刚度或数量的增加而线性减小。     

超高速涡轮泵机械密封热弹流润滑特性研究

以超高速涡轮泵用机械密封为研究对象,针对超高速工况下密封界面多场耦合变形行为和热弹流润滑特性不明等问题,建立密封动静环和润滑液膜的耦合数学模型,研究不同转速和密封压力下的密封界面润滑特性和端面变形行为,分析相应的密封性能变化规律。结果表明：超高速工况下密封端面产生沿泄漏方向收敛的液膜间隙,密封动环的高温热变形是主因;随密封压力的增大,液膜间隙的收敛角减小,最大膜厚和泄漏率增大,端面温升明显减小;随着转速的增大,液膜间隙的收敛角、端面温升和泄漏率增大,摩擦扭矩减小。建立的流固热力耦合模型可为超高速涡轮泵用机械密封端面的优化设计提供理论指导。     

低压螺旋槽上游泵送气体端面密封零泄漏特性

采用有限差分方法,基于对螺旋槽端面气膜压力分布、流速分布和泄漏率变化的数值计算分析,探讨低压上游泵送螺旋槽气体端面密封实现被密封介质零泄漏的作用机制和变化规律。结果表明,螺旋槽上游泵送作用可在高压侧形成周向封闭的高于密封压力的高压流体环带,阻止被密封介质进入密封间隙,实现被密封高压介质的零泄漏,形成密封介质的完全的反向泄漏;泄漏率随转速、槽数和膜厚的增加先减小后增大,随槽深、螺旋角和槽台宽比的增加先增大后减小,随槽根半径增加而减小;当转速、膜厚和槽数达到一定值时,泄漏方向会发生改变;开启力随转速和槽数增加而增大,随着膜厚的增大而减小,随槽深、螺旋角、槽台宽比和槽根半径的增加呈先增大后减小的趋势。     

斯特林机动力活塞间隙密封动态特性仿真分析*

在自由活塞斯特林机动力活塞间隙密封中,间隙内的气体泄漏会引起工作腔内压力和气体质量的变化,进而影响斯特林机的工作效率。为研究在压缩循环过程中气体泄漏量对压力的动态影响,建立间隙密封长度不变、间隙密封长度单侧变化和间隙密封长度双侧变化3种不同的间隙密封物理模型,采用时间推进法,分析求解不同形式的密封对泄漏量的影响。结果表明：间隙密封在启动阶段时单向泄漏量最大,随着时间的推进,泄漏量逐渐减小后达到稳定,间隙密封长度不变的模型相较于其他2种模型的单向泄漏量最少。基于间隙密封长度不变的模型,分析气膜厚度、背压、密封长度对泄漏量的影响,对气膜间隙和背压进行优化设计。结果表明：气体质量的泄漏随气膜厚度和背压的增加而增加,随活塞长度的增加而减小;当气膜间隙为20~30 μm,活塞长度为10~15 cm,背压在3~5 MPa时,间隙密封泄漏量在3%以内,符合动力活塞间隙密封的设计要求。分析结果为自由活塞斯特林机动力活塞间隙密封提供了设计依据。     

螺旋式泵效环结构参数对泵送性能的影响

为研究机械密封用螺旋式泵效环的结构参数对其泵送性能的影响,利用Fluent对不同结构参数的螺旋式泵效环内部流场进行数值模拟,使用模拟得到的泵效环内部流场的压力计算出泵效环的扬程,并获取流量-扬程性能曲线,分析不同结构参数对螺旋式泵效环的流量-扬程关系的影响。结果表明:螺旋槽轴向槽宽、泵效环外径与过渡座内径之间的间隙对泵送性能影响明显,增加螺旋槽轴向槽宽,扬程先增加后减小,增加泵效环外径与过渡座内径之间的间隙,扬程明显减小;泵效环螺纹头数、螺旋槽槽深、螺旋槽螺旋长度对泵送性能也有一定的影响,增加螺纹头数,扬程先增加后减小,增加螺旋槽槽深和螺旋槽螺旋长度,扬程均增加。     

高压工况下车氏螺旋密封几何结构优化设计

在车氏螺旋密封的研究基础上,通过建立理论分析模型,计时高压工况对其几何结构进行了优化设计.分析了高压工况下介质螺旋长度、齿宽、齿高对泄漏量的影响规律,提出了高压工况下车氏螺旋密封设计方法.结果表明,增大螺旋长度可以使泄漏量迅速减小；齿宽为2 mm时可以使泄漏量取得最小值；泄漏量随着齿高的增大逐渐减小,但当齿高大于2mm时,泄漏量的减小趋势趋于平缓.     

N330MW汽轮机组润滑油压波动问题浅析

主油泵正常运行中为机组提供润滑油压,油压摆动频繁联动交流润滑油泵。通过各项试验排除主油泵入口吸入真空过高,主油泵自身存在问题,油系统存在泄漏的地方。存在的疑点最有可能是主油泵的入口法兰,在法兰周围采用保温灰做底,表面涂抹1587硅橡胶做密封。试验结果显示滑油压波动情况大为好转。摆幅值大为降低。经停机对主油泵解体发现法兰接合面存在1.5mm的斜向间隙。由此推测主油泵入口法兰存在间隙,法兰结合面出现泄露,从而导致主油泵出口油压波动。     

反旋流对密封静力与动力特性影响的理论与试验研究

设计加工无/有反旋流共4种密封结构,从理论与实验两个方面研究反旋流对密封静力与动力特性的影响规律。建立反旋流密封静力特性CFD模型,理论分析反旋流对密封间隙流体切向速度、周向压力分布以及泄漏特性的影响;设计搭建反旋流密封动力特性试验台,试验测试无/有反旋流密封的泄漏特性,应用不平衡同频激励法试验研究反旋流对密封动力特性的影响。研究结果表明:反旋流可减小密封间隙流体的切向速度,进而降低密封间隙流体的周向压力差,且密封间隙流体周向压差随切向速度的减小而降低,这是反旋流抑制密封气流激振力的主要原因;密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大,两者近似呈线性关系;与无反旋流密封相比,反旋流密封增加了密封的泄漏量,且随着进出口压比的增加,两者泄漏量差异增大;密封的动力特性系数的随密封进出口压比与转速的增加而增大。在相同工况下,主刚度大于交叉刚度约一个数量级,主阻尼与交叉阻尼数量级相同,且主阻尼大于交叉阻尼;反旋流可有效降低密封的等效刚度,增加密封的等效阻尼,提高密封的稳定性。     

影响迷宫密封因素的分析

运用Fluent模拟仿真技术及经验对比,对影响迷宫密封性能的主要参数:空腔形状、数量、间隔和密封间隙进行分析研究,找出对迷宫密封的影响规律及其优化。得出:在不同形状的空腔结构对比下,一定深宽比下的矩形齿具有与半圆齿形一样好的密封性;任一空腔尺寸下都存在一个最优的空腔数量,在保证泄漏量下空腔利用率最高,而且随着空腔尺寸的增加,最佳空腔数量有减少趋势;随着密封间隙的增大,泄漏量逐渐增大;空腔间隔在一定压强与密封间隙下存在最优值。得出在进出口压比为3,间隙为0.2 mm,齿厚为0.2 mm时迷宫密封效果最好。     

离心压缩机磁流体密封设计及优化分析

针对现有密封方式难以解决离心压缩机旋转主轴线速度高所引发的密封困难问题,设计一种带有降温和降压功能的新型磁流体密封装置,基于磁流体运动方程建立考虑离心力影响的磁流体旋转动密封耐压计算公式,利用有限元数值分析方法研究该密封装置密封间隙内磁感应强度分布规律,分析各结构参数对密封性能的影响,运用正交试验和响应曲面优化方法对关键结构参数进行优化设计。结果表明：当转轴线速度较高时,离心力对密封性能有显著影响;密封压力值随着永磁铁厚度和永磁铁宽度的增加,先增加后趋于平稳,随着密封间隙的增加而降低,随着齿宽、齿高和槽宽增加,先增加后减小,各参数对密封性能的影响程度由大到小依次为密封间隙、齿宽、槽宽、永磁铁宽度、齿高、永磁铁厚度;优化后磁流体密封的结构参数为密封间隙0.1 mm、极齿宽度1.274 mm、齿高1.8 mm、槽宽2.236 mm、永磁铁厚度7 mm、永磁铁宽度20 mm;优化后密封压力值为0.721 MPa,远高于工况要求密封压力值。     

涡旋压缩机径向迷宫密封迷宫槽的优化研究

针对涡旋压缩机的直通型径向密封效果欠佳的难题,提出了多种形式的迷宫槽结构。采用GAMBIT软件建立迷宫槽非结构化网格模型,利用FLUENT软件模拟计算了迷宫槽内的流体流动状态及泄漏损失,搭建迷宫槽的烟雾示踪剂试验台,结合试验分析了泄漏气体的泄漏流动状态及泄漏损失。结果表明:理论分析与模拟计算的泄漏损失情况相吻合;泄漏会随着间隙的增大和漩涡的增加而增大;槽型对泄漏量的影响会随着间隙的增大而逐渐减小;得到了双阶梯槽在间隙为0.002mm时的密封性能最好。为涡旋压缩机迷宫密封的优化设计拓宽了思路。     

圆弧槽流体动压型机械密封的性能研究

以核主泵用圆弧槽流体动压机械密封为研究对象,建立了端面液膜压力控制方程,应用有限元法分析了稳态工况下圆弧槽几何结构参数对密封性能参数的影响,以在较高液膜刚度条件下获得较低泄漏量为几何参数的优化准则,得到了密封具有优良综合性能的几何参数优选范围.结果表明:当槽深比为2.0～6.0,槽数为8～24,槽宽范围在0.75 mm至端面外内半径之差的1/2,圆弧槽内半径小于和等于时端面外内半径之差的1/2时,密封具有优良综合工作性能.