基于热流固耦合的液膜密封动态追随性分析

为研究热流固耦合下液膜密封动态追随特性,基于小扰动法及热动力润滑理论,考虑非补偿环轴向振动、角向偏摆,建立补偿环三自由度运动方程,对比并分析纯流场和热流固耦合模型下力学元件参数、操作工况参数、结构参数对动态追随性的影响。结果表明:在热流固耦合模型下求解的液膜密封扰动量略小于纯流场模型下求解的扰动量;增加激励振幅,弹簧刚度和O型圈阻尼均会导致扰动增大,动态追随性变差;减小转速、增加介质压力会导致动态特性系数增加,有利于提高动态追随性;减少槽数会提高动态追随性,且在槽数给定时,槽深17μm,槽坝比0.8,螺旋角22°的结构参数设定会得到更好的动态追随性。

涡轮泵用不同槽型流体动压型机械密封运行特性对比研究

针对火箭发动机低温介质涡轮泵端面密封的泄漏突增问题,基于工程经验提出激光脸(槽深3、5μm)和螺旋槽3种槽型结构,并与原使用的雷列槽进行端面流场与密封性能对比分析,同时对4种槽型结构进行密封动态追随性比较分析。结果发现:低温介质下雷列槽端面密封流体动压较弱,影响端面开启的主要因素为流体介质静压力;在转速和压力增大的条件下雷列槽存在负动态刚度系数,角向的稳定性较差,存在泄漏风险;激光脸泄漏量较低且处于混合润滑状态,不会因密封端面脱开而引起密封动态不稳定;槽深5μm与槽深3μm激光脸相比有更大的开启力与较低的相变率,综合性能更优;螺旋槽结构动压效应较强,其开启力随转速和压力的线性变化都保障了密封环的追随性;螺旋槽结构具有较强变工况适应性,但泄漏量水平始终较高。

高压混相激光脸浅槽机械密封润滑状态转变特性及密封性能分析

以激光脸浅槽微接触式密封为研究对象,求解考虑混相介质特性和密封端面粗糙度效应的雷诺方程,通过分形接触理论求解微凸体接触力,利用不同微凸体接触状态下求解出的液膜承载系数对混相微接触式机械密封混合润滑状态进行分级,探究了压力及转速等工况条件和开槽形式对密封的润滑状态转变的影响规律.结果表明:混相微接触式机械密封混合润滑状态可分为弹性混合润滑状态、弹塑性混合润滑状态和塑性混合润滑状态3个级别;随着转速升高,液膜承载力不断增大,微凸体接触力逐渐趋向于0,密封环分开实现非接触,此时液膜承载系数为1;压差和槽深越大、混相介质气相容积比越高,矩形槽角度和周期数越小,临界转速越大,润滑状态更稳定,摩擦副分离越困难.

多相混输泵用超高压机械密封性能研究

针对超高压混输泵机械密封易磨损失效的问题,介绍了端面槽加工和涂层应用两种策略,用热流固耦合分析方法,分析了浅槽微接触式机械密封在实际应用中的温度分布和端面变形情况,阐述了表面涂层技术的应用,进行了一系列机械密封性能的试验研究。研究结果不仅证实了这些技术在提高机械密封寿命和可靠性方面的有效性,还证实了端面开槽和涂层技术在降低摩擦、改善耐磨性能方面的显著效果。为超高压混输泵机械密封系统的设计和优化提供了重要的理论依据及实践指导。

型槽参数对斜直线槽液膜密封性能的影响

为进一步探索斜直线型槽对密封性能的影响机制,基于质量守恒边界并定义液膜密度比,建立斜直线槽液膜密封动压润滑模型;采用有限差分离散方程,对比分析液膜空化理论与实验值,验证计算模型与程序准确性;研究斜直线型槽参数包括槽数、槽深、径向和周向槽宽比对密封性能的影响。结果表明:不同倾斜角时,在临界范围内,增加槽数或增大槽深均有助于提升液膜承载力、增大泄漏量并有效降低液膜空化,尤其在较大倾斜角下;在一定范围内,虽均增大径向和周向槽宽比可提升液膜承载力、促进液膜空化发生及增大泄漏量,但影响规律不尽相同。以提升液膜承载力为目标,得出的最优型槽参数为槽数42、槽深25μm、径向和周向槽宽比分别为0.7和0.6。

基于柔性转子的液膜密封稳态性能研究

为了研究转子柔性状态下动力学特征对航空发动机附件机匣轴端液膜密封的影响,结合转子的振幅、弯曲角度和热流体动力润滑理论,建立了柔性转子-液膜密封稳态分析模型,探究柔性转子-液膜密封的成膜机理,研究偏心量、倾斜角度、结构参数和工况参数对液膜密封性能影响规律。结果表明:当动环发生偏心时,液膜压力分布呈现不均匀性,随着偏心量由0.1 mm增至0.5 mm时,密封泄漏量上升了11.84%;倾斜角度的增加在一定程度上可以减弱膜压不均匀性,但对密封性能的影响不明显,当倾斜角度从1×10^(-5) rad升至3×10^(-5) rad时,泄漏量仅增加2.1%;在工况参数不变时,适当减少螺旋槽数,并选取合适的螺旋角度,可以有效抑制泄漏现象;在相同的结构参数条件下,适当降低转速及压差可以有效降低泄漏量;基于柔性转子的液膜密封由于较大偏心量的存在,会导致密封性能下降,此外,高转速与大压差会进一步增加泄漏量,工程应用中可通过减少槽数,修改螺旋角度的方式抑制泄漏。研究可为液膜密封的优化设计提供理论依据。

端面弧形浅槽机械密封温度场及变形研究

利用有限元分析软件ANSYS,采用整体法计算了端面弧形浅槽机械密封的温度场,并在温度场的基础上利用ANSYS生死单元技术分析了其力热耦合变形。研究表明,端面弧形浅槽机械密封较普通机械密封能有效降低密封端面温度及变形锥度值,使密封性能明显改善。

上游泵送机械密封的研究开发及应用

分析了上游泵送机械密封的工作原理、结构型式、技术特征 ,并给出了其工业应用范围 ,有助于指导上游泵送机械密封的产品开发、工业设计和使用维护。

螺旋槽气膜浮环密封结构参数设计分析

介绍了螺旋槽气膜浮环密封的结构特点，利用CFD—FLUENT软件分析比较了普通浮环、无坝区螺旋槽浮环和有坝区螺旋槽浮环3种结构的密封性能，建立了螺旋槽几何结构参数变化对浮升力、泄漏量等影响的规律曲线。计算结果表明：有坝区螺旋槽浮环结构密封性能最好；螺旋槽结构参数对密封特性影响较大，综合考虑较小的泄漏量和较大的浮升力，取较小的螺旋角，槽数26～30，槽长7—9mm，槽深25um左右，槽宽比0．5较适宜。

泵用零逸出非接触式机械密封

介绍了转子泵用新型零逸出非接触式机械密封的工作原理和技术优势 ,综合了其最新研究及开发成果 ,简要给出了其各自的使用条件及范围 ,旨在推动干气密封和上游泵送机械密封在国内石油石化等工业领域转子泵上的推广使用。

上游泵送机械密封在液化汽泵上的应用研究

针对液化汽泵现场工况条件，分析了泵用普通接触式机械密封存在的问题，开发设计出适用于液化汽泵的零逸出上游泵送机械密封。工业应用结果表明，上游泵送机械密封可实现易挥发性介质的零逸出，且具有使用寿命长、运行费用低、安全可靠等优点。

零逸出上游泵送密封特性分析及设计

零逸出上游泵送机械密封是指带缓冲流体系统的上游泵送机械密封 ,可以实现被密封流体的液相零泄漏和气 (汽 )相零逸出。借助无限窄槽理论对零逸出上游泵送机械密封进行了性能分析 ,并初步给出了该密封的设计步骤、方法及相关的设计内容 ,希望有助于指导该密封的工业开发。

新型上游泵送机械密封的性能研究

针对内径开槽的螺旋槽型上游泵送机械密封易于吸入固体颗粒而产生磨粒磨损的缺陷 ,研制开发出具有内外双密封坝的新型上游泵送机械密封端面结构。实验研究结果表明 ,新研制的双密封坝型上游泵送机械密封在密封性能、摩擦性能等方面明显优于普通的接触式机械密封 ,且与内径开槽上游泵送机械密封相比 ,其防固体颗粒能力大大提高。

波度及静环静态角偏差对螺旋槽气体端面密封稳态特性的影响

建立了考虑螺旋槽气体密封端面周向波度及静环静态角偏差的理论模型。利用有限元法数值求解稳态雷诺方程,得到了端面周向气膜压力分布,进一步分析了不同压缩数下周向波度及静环静态角偏差对密封稳态特性参数的影响规律。结果表明:中、高压缩数下,波度及静环静态角偏差对气膜周向压力分布及径向压力梯度产生显著影响;波幅及波数对密封稳态特性影响不尽相同;过大的静环静态角偏差会导致端面气膜压力出现不均匀的峰值及谷值,使密封产生剧烈偏摆,造成端面瞬间接触,加剧端面磨损,最终导致密封泄漏失效。

单列双向螺旋槽干气密封主要结构参数对性能的影响

针对一种用于高速高压等极端工况下的新型单列双向螺旋槽端面密封装置,采用商业CFD分析软件FLU-ENT,在等密封闭合力的假设条件下,研究了动环槽形几何结构参数,如螺旋角φ、槽深膜厚比Hg及槽长坝长比γ等对密封性能(泄漏量及气膜刚度)的影响。综合考虑了较小密封泄漏量和较大的气膜刚度,计算结果表明结构参数18°<φ<19°,4<Hg<7,0.5<γ<0.7较适宜。

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。

锥度及静态静环角偏差对低速干气密封气膜动态特性的影响

利用小扰动法结合有限元法求解气膜控制方程——动态雷诺方程,得到了端面稳态及动态压力分布。计算了表征气膜动态特性的主要参数——刚度系数和阻尼系数,分析了端面锥度和静态静环角偏差对气膜动态特性的影响规律。结果表明:负锥度对主气膜刚度系数和主阻尼系数有显著影响,正锥度影响较小;静态静环角偏差对主气膜刚度系数和主阻尼系数以及耦合气膜刚度系数和阻尼系数都具有明显的影响;通过调节密封端面锥度和角偏差可以改变气膜动力学行为,进而可以改善密封环的角向运动。

密封填料侧压系数的确定

从弹塑力学理论出发,建立了密封填料的侧向压力与测力环变形之间的函数关系,为精确测定密封填料的侧压系数提供了可靠的手段。以膨胀石墨模压成型填料、石棉线浸渍聚四氟乙烯编织填料和碳素纤维编织填料为试验样品,实验确定了单圈填料的侧压系数。该方法既可用于确定静态条件下多圈填料的侧压系数,又可用于确定动态条件下多圈填料的侧压系数,为今后的动态研究创造了条件。

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。

零泄漏上游泵送机械密封特性分析及设计

利用无限窄槽理论对零泄漏上游泵送机械密封进行了分析 ,给出了其设计方法、步骤及相关的设计内容 。