悬臂式柔性支撑柱面气膜密封力学性能研究

基于三维SolidWorks软件建立柱面气膜悬臂式柔性支撑结构模型,分析柔性支撑结构对柱面气膜密封结构稳定性的影响;采用单向流固耦合的仿真方法,研究悬臂支撑板厚度、支撑结构材料、悬臂支撑数量,以及气膜操作参数转速和压差,对悬臂式柔性支撑结构和浮环的最大变形、最大应力应变有影响。结果表明:随悬臂支撑板厚度增大,平均变形量和平均等效应力减小;随悬臂支撑板数量增加,最大变形量逐渐减小,最大等效应力先增大后减小;研究的铝合金、铍青铜、不锈钢及钛合金4种悬臂支撑板中,不锈钢材料悬臂支撑板的最大变形量最小,承受的最大等效应力最大;随着转速和压差的增加,悬臂支撑板最大变形量以及最大等效应力均逐渐增加。在研究范围内,柔性支撑结构可以减小浮环的变形量,浮环变形量小于最小气膜厚度,保证了密封结构稳定运行。

不同槽型柱面气膜密封性能的数值计算研究

为了探索柱面螺旋槽模型的密封性能,利用Fluent软件对柱面螺旋槽、T型槽和一字槽3种模型进行了数值模拟计算。在转速、压差以及偏心率3种变工况下,对3种槽型柱面气膜密封进行了研究。研究结果表明:在不同的工况参数和结构参数下,螺旋槽结构的密封效果优于T型槽结构和一字槽结构,且螺旋槽结构动压效应更优。转速、压差对螺旋槽密封性能有较大的影响,偏心率影响较小,当转速在20000~30000 r/min、压差在0.4~0.7 MPa、偏心率在0.5左右时,螺旋槽柱面气膜密封的各项密封性能参数均较好。该研究成果可为柱面气膜密封结构研究与优化提供指导。

一字槽柱面气膜两种参数拟合优化分析

针对柱面气膜密封中的一字槽结构,采用三维建模软件SolidWorks建立关于转速、压差、槽数、槽深、偏心率及长宽比参数的柱面气膜模型,利用流体仿真软件Fluent进行气膜流场仿真。通过改变单一变量转速、压差、槽数、槽深、偏心率及长宽比气膜参数,分析气膜的泄漏量、浮升力及气膜刚度的变化规律,对得到的密封性能变化曲线,采用力漏比、刚漏比拟合曲线对操作参数、槽型参数及密封面结构参数进行优化分析,得到合理的转速、压差、槽数、槽深、偏心率及槽长宽比参数。结果表明:在转速35000 r/min,压差为0.4 MPa,槽数为18,槽深为7μm,偏心率为0.4,槽长宽比为1.8时,一字槽柱面气膜模型得到最优的力漏比与刚漏比,密封性能达到相对最优值。

柱面气膜密封鼓泡型支承结构力学性能研究

柱面气膜密封常因转子系统所形成的振动和位移导致动环与浮环产生碰磨而破裂。为了探索柱面气膜密封新型柔性支承结构,使用SoildWorks软件建立流固耦合模型,应用有限元分析软件ANSYS对T型槽柱面气膜密封结构的气膜流场和柔性支承系统固体场进行流固耦合分析。通过定量分析鼓泡高度、半径及平箔厚度、结构材料等参数对柔性支承结构的影响,选取了合适的柔性支承结构参数,并为支承结构材料选择提供参考。研究结果表明,采用鼓泡型柔性支承结构提高了柱面气膜密封的稳定性,同时也提高了柱面气膜密封对冲击和振动的承受能力。