自平衡多级泵节流密封的泄漏流动特性

为研究高扬程大流量自平衡多级泵出水段节流密封的流体介质泄漏特性以及流动机理,建立了3类节流密封的三维数值模型,计算分析了5种径向节流间隙(0.5,0.8,1.0,1.2和1.5 mm)下3类节流密封的泄漏流动、湍动能耗散以及密封流体力等流动特征.研究结果表明:出水段节流密封的泄漏流动特性是密封流体径向缩流比和轴向湍动能耗散率共同作用的结果,径向节流间隙直接影响着径向节流间隙进口处的流体压力和径向缩流比,对节流密封的降压与减速作用显著,而迷宫齿对密封流体的湍动能耗散率的影响较大,膨胀腔体内流体的湍动能耗散率均接近于0,径向节流间隙内流体压力沿轴向方向大致呈现阶梯式下降规律,密封齿能够有效地降低密封流体的压力;转子面密封齿与密封流体的接触以及径向节流间隙增大,是导致第二、三类密封转子面的轴向力显著大于第一类密封的主要原因.

风电齿轮箱迷宫密封泄漏量分析及结构优化设计

为了分析某风电齿轮箱内迷宫密封各参数对泄漏量的影响,利用数值模拟和构建代理模型对迷宫密封的泄漏行为开展了研究。首先,根据风电齿轮箱三维实体模型构建了其迷宫密封三维流场模型;然后,基于FLUENT软件,通过单一变量法研究了迷宫密封泄漏量随进出口压力比、润滑液动力黏度、高速轴与低速轴的转速和迷宫密封的密封齿间隙的变化规律;最后,构建了径向基神经网络(RBF)代理模型,在该代理模型的基础上,在影响迷宫密封性能的因素中,选取了密封间隙、密封腔体高度和密封腔体宽度三个结构参数作为设计变量,以迷宫密封的最小泄漏量和出口最大速度为优化目标,使用非劣分层遗传算法(NSGA-Ⅱ)获得了最优解。研究结果表明:迷宫密封泄漏量受两个转轴的转速影响很小;泄漏量与进出口压力比、密封间隙成正比,而与润滑油动力黏度成反比;求得最优解对应的参数所对应泄漏量减小了47%,出口最大速度降低了36%,数值模拟与优化理论计算结果一致。该结果可为研究迷宫密封泄漏量的影响特性提供理论依据。

涡旋压缩机的径向迷宫密封研究

针对涡旋压缩机径向密封难以实现的难题,提出一种径向迷宫密封。用几何学和热力学方法证明基圆渐开线型涡旋压缩机径向光滑间隙密封中的泄漏气速达到声速,分析径向光滑间隙密封中泄漏气体的热力变化过程,根据临界截面上气体的气动热力特性,推导出考虑边界层摩擦损失的径向光滑间隙密封泄漏量的算法,根据能量方程和连续性方程,推导出判定径向迷宫密封中泄漏气速是否达到声速的判别式和径向迷宫密封泄漏量的算法。计算和实测两种密封在一系列相邻压缩腔压差对应下的泄漏量。理论计算和试验对比表明,给出的两种密封泄漏量的算法正确;径向光滑间隙密封和径向迷宫密封的泄漏量均随着相邻压缩腔压差的增大而增大;径向迷宫密封的直通效应随着相邻压缩腔压差的增大而更加明显;径向迷宫密封泄漏量实测值约为径向光滑间隙密封泄漏量实测值的79%,说明径向迷宫密封的密封性能优于径向光滑间隙密封的密封性能。

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。

涡旋压缩机径向迷宫密封中泄漏气体气动热力行为研究

以涡旋压缩机径向迷宫密封为研究对象,分别用宏观能量法和黏性流动理论计算该密封的泄漏量,通过泄漏量理论值与实测值的对比,以期探寻泄漏气体的气动热力行为。在假设无透气效应和泄漏气体在迷宫槽中作等压恒温恢复的条件下,建立求解泄漏量的数理方程;在考虑透气效应与非等压恒温恢复的条件下,利用热力过程方程与黏性流动理论推导出透气流是否达到声速的判别式及临界气速、临界密度、泄漏量的计算式。将两种算法所得泄漏量与实测泄漏量对比研究发现,直通型迷宫密封中气体泄漏过程是膨胀吸热过程,膨胀过程指数随相邻压缩腔压差的增大而减小;泄漏是由透气流与相邻迷宫槽间的二维泊肃叶流共同作用形成的,透气效应随相邻压缩腔压差的增大而更加明显;用黏性流动理论求解泄漏量具有较高的计算精度。

高速动车组齿轮箱径向迷宫密封的数值研究

对高速动车组齿轮箱径向密封的几何结构进行分析，利用Fluent软件仿真计算径向迷宫密封的内部流场和泄漏量，研究径向迷宫的密封机制，分析密封齿相对啮合深度（啮合深度与齿高的比值）对密封性能的影响，对比研究不同密封齿结构下迷宫泄漏量的变化规律。研究结果表明：当相对齿啮合深度为0．1～0．6时，随着啮合深度的增加，迷宫透气效应增强，泄漏率增加，相对齿啮合深度为0．6时存在流体介质高速通道，密封性能最差，而相对啮合深度为0．1时径向迷宫的密封性能最佳；径向迷宫的密封性能随着密封齿夹角和齿顶长度的增大而减弱，工程应用中可以通过减小密封齿夹角和齿顶长度进行齿形锐化，密封齿存在最小夹角。

机车牵引齿轮箱径向迷宫密封流场分析及优化

基于有限体积法,通过建立RNG k-ε湍流模型,仿真分析了迷宫间隙尺寸、空腔结构尺寸及迷宫齿形对机车牵引齿轮箱径向迷宫的密封性能影响.并在此基础上,完成了机车牵引齿轮箱径向迷宫密封的结构优化.优化结果表明,齿轮箱径向迷宫密封结构优化可使迷宫的空间长度显著减小、迷宫泄漏量明显降低,有利于提高径向迷宫的密封性能.

基于相似理论的涡旋压缩机径向迷宫密封泄漏量研究

为准确分析和预测涡旋压缩机径向迷宫密封的泄漏规律,采用相似理论中的Π定理来研究径向迷宫密封泄漏量的影响因素,建立了径向迷宫密封泄漏量相似准数方程。根据实物建立了涡旋压缩机径向迷宫密封模型,结合模型试验分析了原型中泄漏量的变化规律。结果表明:量纲分析法可以预测原型中泄漏量的变化趋势;在相邻压缩腔压差不变时,泄漏量随间隙比和泄漏线长度比的增大而增大,随齿数比的增大而减小,且泄漏量-齿数比曲线斜率较稳定。

轮毂轴承径向迷宫密封齿型角的数值研究

以轮毂轴承径向直通式迷宫密封结构为研究对象,应用流体力学仿真分析软件研究了不同齿型角的迷宫流场和不同压比下泄漏量随齿型角的变化规律。结果表明:当其他结构尺寸一定时,相同压比下,泄漏量随齿型角的增大先减小后增大,即存在最佳齿型角使得泄漏量最小;当压比增大时,最佳齿型角仍存在,但其值减小。

航空发动机直通型篦齿径向变形稳健性优化

为了降低参数不确定性对发动机直通型篦齿径向变形的影响,提出了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)和概率分位数区间模型的稳健性优化方法。通过LS-SVM建立参数与篦齿径向变形的响应面近似模型,考虑到参数不确定性分布类型的差异性,采用概率分位数区间方法建立稳健性优化模型,对篦齿结构径向变形进行了稳健性优化设计。结果表明:优化后的篦齿结构径向变形概率分位数区间比优化前减少6%,参数灵敏度分析结果也验证了该优化方法的有效性。

直通型迷宫密封动力学特性研究

本文利用Fluent软件数值仿真研究了不同工况(进口预旋、转速和压比)下,偏心率分别为5%和10%、转子涡动速度为10%~240%倍转速的涡动转子–密封流场,获得了作用在涡动转子上的径向气流力和切向气流力,进而分析该气流力对转子振动的影响。研究结果表明:进口预旋速度对密封径向气流力影响不大,而对密封切向气流力影响很大。高转速下密封切向气流力在转子高频涡动下会变为正值,促进转子涡动,可能引起转子失稳。压比越高,密封气流力越大。密封径向气流力随着转子偏心率的增大而增大,但增大速率逐渐减缓。

超临界二氧化碳向心涡轮泄漏特性计算与分析

针对超临界二氧化碳(SCO2)向心涡轮轮背空腔泄漏流,采用典型的迷宫密封,对设计参数进行参数化研究与流场分析,并计算轴向力.首先建立迷宫密封泄漏流动CFD模型,运用NUMECA软件对迷宫密封的可靠性进行验证,进而从气动参数和结构参数两方面对SCO2向心涡轮轮背泄漏特性进行研究.结果表明,涡轮泄漏量和轴向力随密封出口压力的升高而减少,在一定间隙范围内线性增大,当密封齿高较小时,泄漏量和轴向力随齿高的增加而减小,当密封齿高超过6.3 mm时,泄漏量和轴向力不再随之变化;在密封轴向长度给定的情况下,齿数为6时能实现最佳的密封效果;通过改变密封齿的形状,得到一种密封性较好的等腰梯形齿.

偏心工况下梳齿、蜂窝与蜂窝-梳齿密封的泄漏特性

针对化工行业中透平机械运行过程中梳齿及蜂窝密封存在的偏心问题,本文搭建了高速旋转密封试验装置,通过试验真实还原化工行业高速旋转机械不同密封径向偏心和角向偏心工况,开展了不同径向与角向偏心状态下的不同结构密封的泄漏特性试验研究,揭示了偏心下梳齿密封、蜂窝密封及蜂窝-梳齿组合密封的封严机理,为化工透平机械的梳齿密封与蜂窝密封的设计与优化提供理论支撑。本文主要对比了梳齿密封、蜂窝密封及蜂窝-梳齿组合密封在径向偏心与角向偏心工况下的泄漏特性。主要结果表明:蜂窝-梳齿结构在所有测试条件下泄漏率最大,但其对偏心的敏感程度最低,受偏心的影响程度最小;蜂窝-光轴结构在所有测试条件下泄漏率最小,可以有效阻碍气体流动;梳齿-光轴结构在所有测试条件下对偏心的敏感程度最高,受偏心的影响程度最大,体现出显著的不稳定性。

回转窑窑尾密封的安装探讨

回转窑密封安装质量直接影响着密封的使用效果、寿命和回转窑的运转率。安装窑尾密封存在的主要问题是密封处的筒体径向跳动值过大,密封的找正非常困难。作者以轴向迷宫式密封和径向接触式密封为例,介绍了安装技巧和要点。其中,轴向迷宫式密封的安装关键是找准窑尾筒体最凸点,静、动圈及窑尾密封外罩等设施的安装方法;径向接触式密封的安装关键有:遵循合理的安装顺序以及动摩擦圈的安装技术等。

基于Mixture模型的机车齿轮箱径向密封机理研究

本文基于Mixture模型,以油雾-空气混合物为研究对象,运用Fluent软件数值计算重载机车齿轮箱径向迷宫密封的内部流场和泄漏量,研究径向迷宫的密封机理,分析节流齿啮合深度对密封性能的影响,对比研究不同的油雾参数(油雾颗粒直径、体积分数)和密封结构参数(径向间隙、节流齿厚度)对介质高速通道的形成和迷宫密封性能的影响规律。研究结果表明;径向迷宫密封在节流齿相对啮合深度为0.5时形成与迷宫结构相适应的介质高速通道,径向间隙和节流齿厚度对介质高速通道的形成无影响,介质高速通道的形成仅取决于空腔宽度(即节流齿相对啮合深度),最佳相对啮合深度为0。径向间隙增大、节流齿厚度减小,高速通道效果更明显。随着油雾颗粒直径或径向间隙的增大,油雾体积分数或节流齿厚度的减小,迷宫泄漏量增加,密封性能减弱。

蜂窝面迷宫密封泄漏特性和鼓风加热特性研究

基于标准k-ε紊流模型和三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解方法,采用商用CFD软件ANSYS CFX数值研究了转子轴向偏移和径向伸长对典型航空发动机蜂窝面迷宫密封泄漏特性和鼓风加热特性的影响。计算了2种流量,3种转速下蜂窝面迷宫密封的鼓风加热系数和腔室旋流强度,并与实验结果进行了比较,验证了数值方法的准确性。分析了蜂窝面迷宫密封在4种转速、4种转子轴向偏移量和4种径向伸长量下的泄漏特性、鼓风加热特性和腔室旋流发展。研究结果表明:转子轴向偏移对密封泄漏量影响很小,可忽略;转子径向伸长使密封泄漏量显著减小;转子轴向偏移和径向伸长均引发密封鼓风加热系数的显著增大,降低冷却空气的冷却效果;转子轴向偏移和径向伸长均能显著改变密封腔室内的流场结构,增大密封腔室旋流速度。

迷宫密封性能对径向间隙不确定性的全局敏感性分析研究

本文基于Sobol敏感性分析方法和Bulk-Flow模型发展了迷宫密封泄漏和转子动力特性全局敏感性分析方法,并在非临界和临界工况下开展了密封性能参数对径向间隙不确定性的全局敏感性分析。结果表明:密封进口和出口间隙的是密封性能不确定性的主导变量;密封间隙关于泄漏量的敏感性指数与其前后压降的相对大小具有高度相关性,应均匀分配每个密封间隙承担的压降以提高密封泄漏特性鲁棒性;密封进口间隙对有效阻尼不确定性的贡献约为80%,因此在制造运行过程中应优先控制密封进口间隙的偏差以确保旋转机械安全稳定运行。

可调涡轮叶片在变工况下的端区优化研究

为了使变几何涡轮在大子午扩张流道内可以自由转动,则需要在端壁处保持很大的间隙,但会增大间隙泄漏损失。故为了减小大子午扩张涡轮的间隙损失,需要对此可转导叶的端区进行改造。通过利用三维数值模拟的方法,本文对平面叶栅3种端区结构——叶顶开槽,叶顶迷宫密封结构和叶顶蜂窝密封蜂结构进行的流场进行计算研究,并对比分析了3种涡轮全工况性能的优劣。并在此基础上将研究的结果应用在大子午扩张变几何涡轮上。其计算结果显示:蜂窝密封结构能够有效抑制间隙泄漏流动,减小间隙泄漏损失,而在大子午扩张变几何涡轮中端区优化结构对间隙泄漏流动也具有良好的抑制作用。并且变几何涡轮端区进行蜂窝密封结构处理后,其具有较高的全工况性能。