梳齿角对“迷宫+蜂窝”复合密封泄漏及动力特性的影响

近年来,一类在传统迷宫密封梳齿间增添蜂窝的复合密封结构逐步应用于叶片式压缩机等高速透平机械。为探究梳齿角对复合密封的泄漏及动力特性的影响,结合某叶片式压缩机优化设计实际需求,建立了静子齿复合密封(TOS CS)、转子齿复合密封(TOR CS)两种复合密封的三维模型,采用数值模拟方法分析在半频涡动下梳齿角对两种复合密封的泄漏及动力特性的影响。结果表明:TOR CS的泄漏量随着梳齿角的增大而减小,而TOS CS存在一个临界角度θ_(cr),梳齿角低于θ_(cr)时,泄漏量随着梳齿角的增大而减小,梳齿角高于θ_(cr)时,泄漏量随着梳齿角的增大而增大。两种复合密封的泄漏量随压缩机的压比的增大而升高,压比的增大对小梳齿角TOS CS、大梳齿角TOR CS泄漏量影响较大。在半频涡动下,相同梳齿角的TOS CS有效阻尼比TOR CS高56.4%~61.2%,随着梳齿角的增大,TOS CS与TOR CS直接刚度、交叉刚度降低,直接阻尼增大,TOS CS与TOR CS的有效阻尼分别提升了89.5%、83.2%,转子稳定性可得到提升。研究结论为高转速透平机械的复合密封结构优化设计提供了有力支撑。

不同口环密封结构对转子动力学特性的影响

为了研究不同形式密封结构对高速离心泵密封动力学特性的影响,通过数值计算的方法对环形密封、迷宫密封、轴向槽型密封3种不同形式的密封结构在相同边界条件下的泄漏量、刚度阻尼特性和密封内流特性等方面进行了研究。研究结果表明:迷宫密封的密封效果最好,环形密封次之,轴向槽型密封最差;轴向槽型密封的泄漏量比迷宫密封高出34%。然而,轴向槽型密封的主刚度系数和主阻尼系数较迷宫密封高出1倍以上,密封动力学特性最好;且轴向槽型密封可以减弱密封内部环流,减弱进口预旋速度。

涡轮泵密封动力学特性和封严性能的分析与优化

针对氢涡轮泵由流体激振产生次同步振动问题,采用CFD软件进行了数值计算,分析了该涡轮泵密封的动力学特性和泄漏量。首先,研究了涡轮泵离心轮原始梳齿迷宫密封的偏心率、密封间隙、密封齿厚和密封齿数对密封动力学特性系数的影响,结果表明改变原梳齿迷宫密封的结构参数对动力性能提升有限。在此基础上,改进该密封为孔型密封并进行计算和分析,结果表明孔型阻尼密封的动力学特性及泄漏量较迷宫密封有极大改善;通过计算分析进一步优化了孔型密封的周向孔数、孔深、密封间隙和孔排布方式,得出交错布置的周向80孔、孔深3.3mm的孔型密封性能最优。进一步计算了1组蜂窝密封的动力学特性系数,与孔型密封进行比较,得出蜂窝密封较孔型密封动力学性能略有提升。

多级离心泵临界转速及模型减缩分析

以多级离心泵转子为研究对象,采用商业软件分析了密封动力特性系数,并将密封动力特性系数考虑到湿态临界转速分析中。基于ANSYS软件建立了多级离心泵三维转子有限元模型,计算了干态和湿态情况下的临界转速。计算结果表明,考虑密封动力系数后湿态情况下,前3阶临界转速大于干态,第1阶临界转速为4 738 r/min,远大于工作转速2 980 r/min,临界转速满足设计要求。同时针对三维模型自由度多等特点,采用APDL程序对湿态下离心泵转子模型进行减缩,考虑了旋转陀螺效应和离心预紧力的影响。结果表明,模型自由度减缩了68%,临界转速最大误差为0.17%,稳态不平衡响应计算结果与原模型基本相同。