斜线槽液体润滑非接触式机械密封性能研究

根据液体润滑理论建立了斜线槽液体润滑非接触式机械密封数值分析模型,定义了斜线槽的主要几何结构参数,采用有限元方法求解雷诺方程,获得了端面液膜压力分布,分析了斜线槽端面几何参数对端面开启力、泄漏量、液膜刚度等对密封性能参数的影响规律。结果表明,斜线槽槽根半径不能取值过大或过小,大约为58mm时能取得最优的密封性能;斜线槽液体润滑非接触式机械密封倾斜角α1不应该大于倾斜角α2,否则密封性能会很大程度上削弱。     

低速运转气膜机械密封端面波度和锥度对其密封性能的影响

气体润滑机械密封端面周向波度和径向锥度是影响密封低速运转性能的重要参数。以螺旋槽气体润滑机械密封为研究对象,采用有限单元法分别对周向波度、径向锥度对其低速运转性能的影响规律进行了分析研究。理论分析表明:在低速运转条件下,波度幅值及其起始角对螺旋槽气膜密封的各项性能都具有很大影响;密封端面正锥度的增加能使密封气膜刚度显著提高,但同时也使密封的泄漏量有所增加。     

航空发动机轴承腔气液两相润滑机械密封性能分析

针对航空发动机轴承腔气液两相环境非接触式机械密封启动过程的磨损问题,提出高压侧具有引流槽、可实现零泄漏的润滑密封端面结构。基于雷诺方程建立润滑膜流场分析模型,求解计算具有动压-润滑组合槽的机械密封性能,并与普通螺旋槽机械密封进行了性能对比,讨论高压侧引入润滑槽对液膜厚度、液膜刚度、泄漏率以及摩擦性能的影响规律,通过高速性能试验及摩擦磨损试验验证计算的准确性和端面的减磨效果。端面结构在低速阶段的接触摩擦试验显示,具有组合槽的密封端面在相同的启停工况下端面摩擦因数可以有效降低50%～75%,高速性能试验结果显示,具有组合槽和仅有动压槽的机械密封在工况范围内均能保持理想的负泄漏率,说明气液两相润滑机械密封能够在工作环境中处于理想的泵送状态,实现了对润滑油的绝对密封效果。外侧深槽与动压浅槽组合的机械密封端面结构可以显著改善端面摩擦磨损状况,可为高速和超高速轴承腔气液两相机械密封端面减磨优化设计提供参考。     

基于Fluent的树型槽非接触式机械密封的仿真计算

为了研究树型槽非接触式机械密封在不同工况下的密封性能,确定相关参数的变化规律,通过计算流场分析软件Fluent,采用Gambit软件对树型槽非接触式机械密封三维泄漏模型进行网格划分。基于N-S方程,选用层流模型与SIMPLEC算法,对树型槽非接触式机械密封的三维流场进行了数值研究,计算求得了密封面压力场分布及泄漏量。改变几何参数及操作参数再次模拟,得到了不同参数下流场的压力及泄漏量,并分析了相关参数对树型槽非接触式机械密封的影响,给出了相关几何参数的最优选择区间。     

全液体润滑机械密封及其加工技术

综述了近年来国内外非接触式全液体润滑机械密封技术的发展现状,重点介绍了这些机械密封的端面结构及其密封性能.研究表明：端面具有润滑腔和泵送槽的机械密封,能同时解决非接触和零泄漏两大难题.介绍了多种有泵送槽或凹腔结构的加工方法,其中激光加工技术不但可以较好地保证加工精度,而且还能优化金属材料的性能.特别是本文提出的“单脉冲同点间隔多次”激光加工工艺方法,能同时加工微观的润滑腔和宏观的泵送槽。     

基于无限窄槽理论的双向多重组合螺旋槽液膜密封流场分析

基于无限窄槽理论推导螺旋槽液膜润滑非接触式机械密封压力分布公式,并校正螺旋槽进出口处的边缘影响系数;计算表征液膜密封性能的承载力、泄漏量、摩擦扭矩等参数,并进行验证;根据双向组合螺旋槽液膜密封的特点,提出基于权重叠加的流场计算方法,并以交错槽为例进行计算,并与Fluent模拟结果进行对比。结果表明:提出的边缘影响系数计算方法更为合理;利用叠加法计算双向组合槽流场得到的结果与Fluent模拟结果的误差在工程允许范围内,验证该方法的可行性,为工程设计与分析提供了可靠的计算方法。     

组合螺旋型槽干气密封密封性能的CFD仿真

设计一种由2个螺旋槽组合构成新型螺旋型槽干气密封结构,该组合螺旋型槽由沿外圈开设的大螺旋槽以及沿大螺旋槽根部开设的小螺旋槽组合而成。运用流体仿真软件Fluent对组合螺旋型槽干气密封的密封性能进行数值模拟,并与螺旋型槽干气密封进行比较。通过正交试验法对组合螺旋型槽干气密封的结构参数进行优化分析,获得了以开启力、泄漏量、扭矩为目标函数的组合螺旋型最优端面结构。结果表明,组合螺旋型槽干气密封在同等结构参数下的密封性能优于螺旋型槽干气密封,且压力、槽台宽比和槽深越大,组合螺旋型槽在减少泄漏量方面的优势更加明显;对于组合螺旋型槽干气密封,泄漏量、开启力、扭矩最优对应的端面结构参数组合不同,在干气密封设计时,应根据设计目标需要,选择合适的端面结构参数组合。     

螺旋槽上游泵送机械密封端面参数结构优化

介绍了一种性能优异的非接触式机械密封－－螺旋槽上游泵送机械密封。讨论了操作参数，端面结构参数对密封性能的影响规律。利用优化理论对螺旋槽上游泵送机械密封端面参数进行优化设计。     

螺旋槽上游泵送机械密封密封特性数值计算

建立考虑机械密封端面径向锥度的理论模型。采用有限元法求解修正的雷诺方程,得出螺旋槽上游泵送机械密封端面间液体的压力分布,分析不同黏度下膜厚、端面径向锥度对密封特性参数的影响规律。结果表明,螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜压力呈三维凸形曲面;液膜厚度越大,开启力越小,液膜刚度系数在某点取得峰值;径向锥度越大,径向压力峰值、开启力和摩擦因数越小,泄漏率在某点取得最小值;综合考虑较小密封泄漏量和较小摩擦因数,径向锥度取值范围为-1.5×10-4β-0.5×10-4较适宜。     

阶梯收敛槽机械密封空化效应及密封性能优化分析

为解决波度端面机械密封精密加工困难的问题,基于收敛型槽具有较低的泄漏量和较高的流体静压效应的特点,提出一种由波度端面机械密封结构衍生变化的阶梯收敛槽机械密封结构,考虑空化作用,对不同结构参数及工况参数下机械密封密封性能进行CFD流体仿真分析。结果表明：工况参数及结构参数对液膜空化效应有显著的影响,其中随着膜厚、密封压力以及槽深的增加,液膜空化效应均减弱,随着转速的增大,液膜空化效应变强。以开漏比评价密封性能,结果表明,阶梯收敛槽机械密封在小膜厚、高转速、较低密封压力以及较小静环开槽深度下运行时可获得最优密封性能;但为保证密封端面液膜具有足够的承载力,开槽深度不宜过小。     

新型动静压混合润滑机械密封结构参数优化

以流体膜为研究对象,建立了新型动静压混合润滑密封端面的三维模型,并利用流体力学软件FLUENT对端面流场进行数值模拟,得出主要结构参数(动压槽深度、静压槽深度、动压槽宽比、静压槽宽比)对端面开启力、两侧泄漏量等密封性能的影响规律。通过分析得出各结构参数的大致范围,从而对新型动静压混合润滑机械密封结构进行了优化。     

T型复合结构空气静压支承平台承载性能研究

为了深入研究空气静压轴承在径向和轴向复合工况下的承载性能和规律,设计并研制了一台T型复合结构空气静压支承平台装置。结合T型复合结构空气静压支承平台的三维模型,采用流体润滑理论和有限体积法对空气静压组合轴承与单独径向轴承进行了数值计算,研究了偏心率和供气压力以及转速等参数对空气静压轴承承载力和刚度的影响规律。结果表明：空气静压轴承随着偏心率和供气压力的增大其承载力呈逐渐增大规律;单独径向轴承的承载性能要优于组合轴承的承载性能。     

流体回流式机械密封技术研究进展

现阶段机械密封的操作条件更加苛刻和多样化。在一些高参数的密封工况下,传统的接触式机械密封磨损严重、寿命较短,已迭不到密封的基本要求。发展流体润滑的非接触式机械密封是保证设备长时间连续正常运转的迫切要求。流体回流式机械密封对普通机械密封端面进行简单改型,其结构简单、应用前景广阔,特别适合高压、高温、大尺寸等高参数工况。对具有回流特性的圆弧槽机械密封、螺旋槽上游泵送机械密封和水平槽机械密封的研究发展情况进行了综述。指出了开展深入研究水平槽机械密封的必要性。     

差速浮动式传输密封性能分析

介绍一种新型的非接触式轴端机械密封——差速浮动式传输密封的工作原理及密封机制,根据流体力学的基本原理和静压气体润滑理论,建立传输密封泄漏量、压力分布、摩擦转矩、端面温升、承载能力和液膜刚度的计算公式。利用MATLAB软件对传输密封的性能进行数值模拟,分析密封结构参数和动力参数对密封性能的影响。分析结果表明,端面泄漏量的重要影响因素是端面间隙、液压油的压力波动和液压油的黏度,动环转速对泄漏流量的影响很小;密封间隙中主要以混合摩擦为主,且摩擦转矩与端面压力成正比,与密封间隙近似成反比例关系;密封间隙中的液膜刚度在初始液阻比为1时取最大值,且液膜刚度与端面压力成正比,与密封间隙成反比例关系。     

动静压机械密封的结构设计及端面槽型优化研究

针对液体火箭发动机机械密封的二次利用问题,为避免碰磨进行了动静压机械密封的结构设计及端面槽型优化研究.采用动压和静压联合工作的原理,设计了动静压机械密封结构,并对静环节流孔及动环动压槽进行了重点设计;基于流体力学方程求解了静环的开启力及泄漏量,通过课题组已有机械密封计算软件计算了动环的开启力及泄漏量等指标;针对外螺旋槽内人字槽的组合槽型,采用正交试验的方法对槽型进行了优化,选定了最优槽型方案,该槽型优化方案的开启力为8.2 kN,泄漏量为0.66 mL/s,在保证泄漏量的前提下可以获得更大的开启力.研究结果表明,采用动静压形式的机械密封在工作中可有效减少磨损,保证泄漏量较小,满足二次利用的要求.该研究成果也可为其他高速旋转机械的机械密封结构优化提供参考.     

螺旋槽机械密封在气液两相下的工作特性研究

为了分析螺旋槽机械密封在气液两相润滑工况下的性能，采用液氮模拟涡轮泵的低黏介质润滑环境，获得了不同试验条件下液氮在两相中的比例k。引入气液时变混合因子λ，建立了λ与两相介质混合密度ρ和混合黏度μ的关系。给出了螺旋槽机械密封的气液两相量润滑计算模型，计算得到了两相润滑时机械密封的开启力F和泄漏量Q，并和试验结果进行了对比，在150～190 s时添加时变混合因子计算方法计算出的开启力和泄漏量较实测数据平均误差分别为6.71%和4.32%。结果表明：考虑两相影响的开启力和泄漏量计算值均小于不考虑两相影响的计算值，且端面液膜气化降低开启力的同时也减小了泄漏量。气液两相量润滑计算模型增加了螺旋槽机械密封性能计算的准确性，研究结果可为两相工况下的机械密封设计及性能优化提供参考。     

新型双列螺旋槽端面密封的静态性能分析

研究了一种新型双列螺旋槽机械密封结构的工作机理。从可压缩流体Reynolds方程出发,用有限元数值计算的方法得出了一定工况条件下双列螺旋槽机械密封端面间稳态下的密封间隙、液体的压力分布、开启力、供液小孔的压力损失及泄漏量等。计算结果表明,供液小孔所产生的压力损失提高了双列螺旋槽机械密封的静态轴向刚度。     

流体动力润滑螺旋槽非接触机械密封的发展及应用

详细地分析了非接触机械密封商业产品中的一些二维及三维流体动力槽形、特别是螺旋槽形的动态性能,包括对径向对称与径向弯曲类槽形的流体动力品质;明确地提出了避免非接触机械密封系统发生“半频自激涡动”及流体膜“共振振荡”的理论概念及螺旋槽非接触干气密封应采取顺流方式以获得高刚度而增加其运行稳定性和液体湿式密封应采取逆流方式以实现密封的无泄漏的设计准则;系统地阐述了非接触机械密封在离心气体压缩机和液体泵类上应用的2类体系及其干运行非接触气体密封的检验规范。     

几种流体动压和静压机械密封

机械密封属接触式密封,为了获得良好的密封性能,密封面上必须保持一定的比压。此外,两滑动摩擦面间要能形成流体动压液膜或静压液膜,以利于减小摩擦系数和磨损。根据动压液体润滑原理知,两平行滑动面间无流体动压效应,不能形成承载液     

基于质量守恒边界条件的螺旋槽旋转密封性能分析

针对车辆传动系统旋转轴转速与工作压力(pv值)不断提高,传统雷诺边界条件不能准确预测螺旋槽旋转密封流体润滑特性的问题。基于Elrod空化算法,求解质量守恒边界条件的稳态Reynolds方程,应用贴体坐标变换生成规则计算网格,采用有限体积法进行数值离散,迭代方法采用Gauss-Seidel松弛迭代,分析螺旋槽结构参数对旋转密封性能的影响。结果表明:相比于雷诺边界条件,在高pv值工况下质量守恒边界条件预测的密封泄漏量与试验结果更接近;槽数、槽深比与螺旋角等螺旋槽结构参数对旋转密封性能影响显著,选择合适的结构参数能改善旋转密封的开启性、稳定性、经济性与密封性;旋转密封螺旋槽的结构优选值范围如下:槽数为10~12,周向槽台比为0.5~0.7,径向槽台比为0.5~0.6,槽深比为1.4~1.5,螺旋角为27o~30o。