混合刷式密封泄漏特性的数值研究

为分析某型号汽轮机改进的刷式密封结构的密封性能,采用non?Darcian多孔介质模型的Reynolds?averaged Navier?Stokes方程数值求解方法,对泄漏流动特性及转子表面、刷束自由高度和保护高度的压力、速度、湍流动能分布规律进行数值研究,并与迷宫密封进行相应的比较。结果表明：相同的间隙和压比下,混合刷式密封流场分布要比迷宫密封复杂,泄漏量明显小于迷宫密封;相同的结构和参数下,泄漏量随着压比的上升而增加;转子表面的轴向压力和湍流动能从进口到出口呈现阶梯状递减趋势,保护高度的径向压力基本趋于常数值;刷束径向速度和湍流动能随着压比的上升而增加,刷束下半部分和后挡板保护高度对泄漏特性影响比较大。研究结果为汽轮机刷式密封的结构设计,改善性能,提供了理论依据。     

硬密封球阀主密封副接触的特性分析

为研究金属硬密封球阀主密封面密封比压变化规律,建立了球阀的主密封结构有限元模型及密封性能评价模型,采用硬接触小滑移算法对密封副接触进行非线性有限元分析。计算了不同压力角、密封宽度以及密封面平均直径与进口阀座套筒外径比值下的密封比压并评价其密封性能,讨论了这三个变量在设计时的取值范围。结果表明:在不同压力角与密封宽度下,密封面上比压分布分别呈现抛物线与反比例函数趋势;在满足密封条件下,尽可能选择较大的压力角以减小摩擦转矩;密封面宽度选择存在一个最优值,当径向投影宽度大于7mm时密封不严,小于5mm时造成应力集中。     

流动不稳定性对迷宫密封效率的影响

采用TVD格式求解非定常可压缩Navier－Stokes方程,数值研究恒定压比作用下不同空腔深宽比H／W和倾向6的迷宫密封内部流动。计算了3种矩形空腔模型（H／W=0．1,0．3,0．5,θ=0°）和两种倾斜空腔模型（θ=45°,-45°,H／W=0．5）的流动,结果展示了后倾空腔模型（θ=-45°）的稳态流动结构和其余4种模型的流动振荡及出口泄漏量的波动。通过分析涡运动与涡合并、分离泡生成与迁移、射流弯曲和冲击空腔前壁及其相关效应等流动现象的内在联系,揭示了局部不稳定效应增加能耗减小泄漏的作用机制。计算表明,矩形空腔模型中H／W=0．3的不稳定效应最强,前倾空腔比矩形和后倾空腔具有更强的不稳定效应;密封效率的变化趋势与此相同,与实验结果相符。最后,提出总体流动结构基本稳定和局部流动结构不稳定的迷宫密封流体动力学机理,指出不稳定效应的强弱差异是造成不同结构参数密封效果优劣的重要原因。     

旋转剪切阀门的设计与实验研究

对目前阀门存在的一些问题,有针对性地设计了一种新型结构的阀门。这种结构的阀门采用了与现有阀门不同的结构形式,可以较好地解决阀门内漏问题。设计的阀门采用了金属-金属的平面硬密封结构,在流道附近采用耐磨损的材料,提高阀门密封面的磨损寿命。阀瓣与阀座之间的运动是直线与旋转的联合运动,阀瓣依靠弹簧力与阀座始终紧密贴合,阀门以剪切方式推出密封面上杂质的同时,又形成一种旋转形式的自研磨效果,保持密封面的平面精度和较低的表面粗糙度数值,使介质不产生内泄漏。实验结果表明,该种结构的阀门是可行的。     

旋转剪切阀门的设计与实验研究

对目前阀门存在的一些问题，有针对性地设计了一种新型结构的阀门。这种结构的阀门采用了与现有阀门不同的结构形式，可以较好地解决阀门内涵问题。设计的阀门采用了金属－金属的平面硬密封结构，在流道附近采用耐磨损的材料，提高阀门密封面的磨损寿命。阀瓣与阀座之间的运动是直线与旋转的联合运动，阀瓣依靠弹簧力与阀座始终紧密贴合，阀门以剪切方式推出密封面上杂质的同时，又形成一种旋转形式的自研磨效果，保持密封面的平面精度和较低的表面粗糙度数值，使介质不产生内泄漏。实验结果表明，该种结构的阀门是可行的。     

迷宫密封结构与动力学参数影响因素

针对迷宫密封-转子系统的特点,建立密封-转子系统动力学模型,分析转速、入口预旋比、密封间隙、压差等重要密封参数对密封动力学特性系数的影响.对三维模型的流体动力学(CFD)进行分析,总结出密封结构和压差对泄漏量的变化规律,并通过与实验的对比分析验证了本方法的正确性.研究结果表明:减小密封入口预旋速度,适当增大密封间隙,可以减小引起不稳定的交叉刚度系数,提高稳定性.齿宽存在一个临界值(1.04 mm),高于这个临界值时,随着齿宽变大泄漏量变大;低于这个临界值时,随着齿宽变大泄漏量变小.在相同转速下,随着密封间隙的增大泄漏量增大,压差增大泄漏量增大,腔深增大泄漏量减小.     

国产超临界机组锅炉VTI球阀泄漏原因分析与治理

VTI球阀具有开关灵活、结构简单、便于维修等特点,但其出口法兰端面采用"金属八角垫"的单密封形式,容易产生阀门外漏,同时出口排气管长时间运行易造成杂质而损伤密封面。针对此类问题,从阀门结构、运行情况等方面进行全面的分析,并通过强度校核计算,提出了针对性的治理方案,对同型号锅炉VTI球阀的泄漏治理具有很好的借鉴意义。     

倾斜椭圆微孔端面机械密封的回吸现象及对泄漏量影响

目前研究成果直接或者间接表明机械密封端面加工孔或槽可能会产生间隙流体的回吸,从而减少泄漏量,回吸的现象和机理都需要深入研究。基于Fluent多相流空化模型,针对倾斜椭圆形微孔端面机械密封,建立了其中一个微孔周期的间隙流体的三维数值计算模型,通过改变内外径压差、转速等密封工况参数,研究了回吸现象产生的原因以及回吸现象对泄漏量的影响。首先,通过流动因子判定流动状态、网格无关性分析确定网格尺寸、和文献计算结果对照等,保证了计算模型的正确性。然后,通过数值模拟实验,在靠近泄漏侧微孔单元的r-θ平面流线图和密封间隙出口截面径向速度云图中直接观察到了回吸现象。随后,分析了r-θ平面的压力场、径向方向速度场,结果表明,由于微孔而存在发散间隙,因为动压效应引起出口附近的流体压力降低,低于了密封间隙出口压力,造成了间隙流体产生回吸现象。回吸现象因流体动压效应的增强而增强,而压力的降低将导致空化现象,空化效应阻止了回吸的增强。最后,通过分析外泄量和回吸量曲线,研究了回吸现象在不同内外径压差Δp和转速n下的变化规律。随着回吸现象的出现,泄漏量会出现明显的降低,甚至会出现零泄漏。可以利用倾斜微孔的回吸现象降低机械密封的泄漏量。     

基于改进CNN的阀门泄漏超声信号识别方法

为了检测输气管道阀门泄漏，对改进AlexNet网络结构进行了研究，提出了基于改进卷积神经网络（CNN）的阀门泄漏超声信号识别方法.针对泄漏信号短时稳定的窄带线谱特征，从图像邻域信息密度角度出发，将卷积核形状由图像识别领域通常使用的"正方形"改进为"扁横状".同时，对AlexNet层数进行优化，重新确定卷积核和全连接层神经元数目，并选择小尺寸卷积核，在减少参数量的同时增加网络容量和模型复杂度，防止模型出现过拟合.分别建立二分类和不同泄漏量下的多分类模型，通过输气管道实验平台采集阀门泄漏数据集，生成对应时频图样本，包括不同阀门开度、不同管道压力下的泄漏及背景声信号.结果表明，对比传统的CNN分类模型，改进CNN分类模型在测试集上取得了更高的识别性能.     

阶梯式迷宫密封泄漏量和动特性数值研究

涡动转子与迷宫密封中的泄漏流体相互作用能产生诱发涡轮机械失稳的气流激振力。迷宫密封动特性系数能描述激振力的重要特性。传统的迷宫密封动特性分析方法基于整体流动理论,尽管求解迅速,但对工作在小间隙、高速、高压条件下的密封动特性预测精度不高,且不适用于求解复杂结构密封的动特性。为了提高迷宫密封动特性的预测精度,利用三维计算流体动力学方法模拟迷宫密封内部流动。这一方法适合于任意齿形和结构的迷宫密封,当仅计算泄漏量时采用轴对称模型,计算激振力采用三维偏心模型。计算结果与实验数据比较,表明计算流体动力学方法预测阶梯迷宫密封的泄漏量和动特性系数精度较高。     

具有正弦波模型间隙流动的研究

把粗糙表面简化为近似正弦波形状的平面模型,研究了平面粗糙度对缝隙流动的影响。通过对高频正弦粗糙表面模型建立N-S(Navier-Stokes)方程和液流连续性方程,采用逐步迭代法求出一级和二级压力、流速分布规律,以及适用于光滑表面、粗糙表面的流量公式,并求出表面粗糙度对流量影响的流量修正系数。实验结果与理论计算结果基本吻合。     

球阀流场的数值模拟与分析

首先应用前处理软件GAMBIT生成简化计算模型,并采用T-Grid格式划分网格,利用FLUENT软件,对球阀流场三维分离流动进行模拟．分析不同阀芯开口度下的阀门内部流场,并提出如下结论：球阀开口度为20°时在球阀内形成了漩涡流动,整个流场以回流为主,有一对大小相等方向相反的漩涡控制阎芯的流场;当球阀开口度继续增大时,漩涡尺寸随开口度增大而持续增大;当球阎开口度大于70°时,整个流动区域漩涡流动全部消失．球阀流量系数随球阀开口度的增大而增大并呈抛物线状,开口度越大,增长的速度越快．     

基于FLUENT技术的迷宫密封泄漏量分析

采用GAMB IT软件建立迷宫通道的二维非结构化网格模型,利用FLUENT模拟迷宫密封的内部流动,分析空腔深度、间隙宽度、节流片的倾斜角对迷宫密封性能的影响,得到较为优化的迷宫密封结构。结果表明:间隙宽度增加,迷宫密封泄漏量逐渐增大,空腔深度和节流片倾斜角增大,泄漏量减小;间隙宽度和空腔深度对密封性能影响较大,而节流片倾斜角的影响较小.     

高速动压密封的气液两相性能对比分析和试验

为明确气相介质和液相介质分别对高速流体动压密封性能的影响,进行两种相态的密封性能对比分析与试验研究.分别建立动压密封端面流体域的气相和液相数值分析模型,分析转速、压差、槽深、槽数、槽坝比等操作参数和端面结构参数对动压密封气相和液相的泄漏量、开启力等性能的影响.自主研制动压密封试验装置,进行变转速、变压差和密封端面磨损试验,得出了转速、压差等操作参数对密封气相泄漏率、液相泄漏率和端面磨损率的影响.数值模拟和试验研究结果表明:相同的转速和压力时,液相密封开启力和泄漏量都比气相密封更大;不同结构参数下,气相和液相密封开启力均有极大值,气相密封和液相密封开启力达到极大值的最优结构参数有所不同,液相密封的最优槽坝比、最优槽数较气相密封小,液相密封开启转速较气相密封低,说明液相动压密封比气相动压密封更容易开启;低速时密封端面磨损较严重,高速时密封端面几乎无磨损,动压密封更适合在高速工况下运行.     

旋转与热效应对齿轮箱轴向迷宫密封泄漏特性的影响

探索润滑油与理想气体混合介质下齿轮箱密封泄漏机理,分析转子旋转效应和热效应对迷宫密封泄漏特性的影响,研究旋转效应和热效应造成密封系统转子结构变形和流场变化导致密封性能变化的影响规律. 研究结果表明：旋转效应和热效应减小了迷宫密封间隙宽度,其中,热效应膨胀变形量高于旋转效应离心变形一个量级;转子转速存在一个阈值（4 000 r/min）,当转速超过阈值时,迷宫密封泄漏量明显降低,当转子转速为10 000 r/min时,相对无旋转工况,泄漏量下降了18.5%;润滑油温度升高,黏度降低,密封结构的泄漏量呈近线性增大,当温度为140 °C时,相比温度为40 °C工况,泄漏量上升了58.6%;旋转效应和热效应造成流场变化是影响密封系统泄漏特性的主要因素,结构变形是次要因素.     

水下连接器密封性能分析及实验研究

针对水下连接器需要具有良好可靠性的问题,对连接器的密封性能进行了研究。通过对卡爪式连接器的密封圈进行弹性力学分析,用数学模型揭示了金属密封机理,并根据其受力形式计算了密封比压;根据密封比压公式对密封圈密封面的角度进行了改进,提出了一种新型复合式内外压密封结构。经过有限元仿真分析及样机试验研究,验证了新型密封圈所需的预紧力载荷只有82 t,比原始的标准透镜式密封圈预紧力载荷小了将近30 t,证明了新型复合式内外压密封结构的优越性。     

L形槽织构化机械端面密封性能的研究

针对L型槽织构化机械端面密封,建立理论模型,利用基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的数值模拟方法研究L型槽表面织构在不同槽深、槽型长宽比、偏转角度及动环转速下的密封性能。结果表明:L型槽的动压效应能改变密封端面的压力分布;随偏转角度的增大,密封端面承载力和泄漏量呈波浪式变化规律;偏转角度为225°、长宽比为1的L型槽能改善高速条件下机械端面密封承载能力,并能维持端面泄漏的稳定。     

粗糙度对边界层流动及压气机气动性能的影响

为了研究叶片表面粗糙度对边界层流动及压气机气动性能的影响,本文以T3系列平板转捩实验为对象,通过构建Gauss型粗糙表面来验证等效砂粒模型计算方法的适用性,并采用商业软件ANSYS CFX对NASA Stage35型压气机进行了表面粗糙度的数值模拟研究。研究结果表明:采用等效砂粒模型进行表面粗糙度的数值研究能够满足工程要求;当动叶表面粗糙度ks由1μm增大至100μm时,压气机峰值效率减小3.5%,对应工况点的压比减小0.8%,总温比升高0.4%。同时,粗糙度增加后的压气机最大压比与光滑情况下相比减小4.5%;计算得到了总损失系数ω和效率损失系数ζ与叶片表面粗糙度的关系,具有一定的工程价值。     

大口径全焊接球阀双向密封性能研究

运输有毒或可燃性气体的管道泄漏易导致起火、爆炸等灾难性后果。大口径球阀常用于矿山通风或天然气集输管道,球阀的密封性能是设备安全稳定运行的关键指标。文章在高压密封和低压密封工况下对40英寸全焊接球阀的密封结构组件正、反向密封时的密封性能展开研究。结果表明:正、反向密封时,高应力区出现在阀座支撑圈上,最大等效应力小于屈服强度;阀座密封圈的高应力和最大变形均出现在与阀座支撑圈接触的2个尖角位置。高压密封时,阀座与球体接触区域的接触压力均大于介质压力,满足密封要求。相比于高压密封工况,低压密封时阀座与球体的接触区域明显减小,需确保介质工作压力大于设计压力,防止过低的介质压力降低其密封性能。该研究可为大口径球阀密封压力范围的确定提供参考,为大口径球阀双向密封性能分析提供研究方法。     

氮肥厂脱硫循环泵的改造

针对中、小型化肥厂生产中脱硫循环泵泄漏的问题，分析了造成泄漏的主要原因是机械密封的动、静环失效与弹性压紧元件的失效或由于种种原因造成的动环比压不足。提出了通过改变动、静环材料，提高压紧元件比压，防止弹性元件失效等措施，改进离心泵的密封结构，改善机械密封的工作环境，使脱硫循环泵的泄漏问题得到了解决。