新型自冲击密封的泄漏特性与封严机理初探

新型自冲击密封提出以来持续受到同行学者和行业专家的广泛关注和认可,本文中进一步通过对自冲击密封热力学效应及各类流场的剖析,建立起新型密封热力学效应与泄漏量的关系,从热力学角度分析了新型密封的流场特性与泄漏特性,研究了几何参数、工况参数、密封性能参数及其相互间的联系和规律.结果表明:建立的泄漏公式与仿真结果符合较好(变转速下误差为7.59%),可以较好的反映热力学效应与泄漏之间的关系;当密封间距h≤200μm时,密封熵增效果随密封间隙变化最为明显;密封介质流入后温度呈逐级上升趋势,至密封出口处达到最高,出口温度随压力和密封间距的增大而增大,随着级数的增大而缓慢减小,转速对出口温度的影响较小.新型密封主要通过间隙内流体的冲击产热进行能量耗散并最终实现封严功能,如何泄压、控温及选择合适的耐高温材料是新型密封尽早实现工业化应用的关键.

基于热力学效应的迷宫密封封严机理数值研究

热力学效应的研究是揭示迷宫密封封严机理的关键。建立了三维迷宫密封热力学求解模型,推导了考虑热力学效应的密封泄漏量公式,研究了压比、偏心率、密封间隙对迷宫密封熵增与泄漏量的影响规律,从热力学效应角度分析了迷宫密封的流场特性与泄漏特性。研究结果表明:所建立的密封泄漏量公式能够反映热力学效应与泄漏量之间的关系;熵增反映了迷宫密封气体动能转换成热能的程度,热力学效应越充分,熵增的幅度就越小,密封性能越好。压比、偏心率和密封间隙是通过影响气体热力学效应来影响密封泄漏量的;泄漏量随压比和密封间隙的增大而增大,二者近似呈线性关系。随着偏心率的增大,密封封严性能降低,相比于转子同心工况,偏心率为0.9时泄漏量增大了6%。转子高速旋转下与气体摩擦产热所产生的功率耗散会引起气体温度升高。通过研究迷宫密封流场特性和能量耗散,从热力学效应角度进一步揭示了迷宫密封的封严机理。

梳齿式蜂窝密封的封严特性研究

蜂窝密封技术是航天工业针对高温及高压差工况下开发出的高级密封技术,已广泛应用于各个行业。但由于蜂窝密封结构的复杂性,其封严机理的理论研究远远落后于实际应用。基于CFD软件平台,选择RNGκ-ε湍流模型,对蜂窝、梳齿和梳齿式蜂窝的流动性能进行了数值研究。模拟结果表明,随着进气压比的增大,梳齿、蜂窝和梳齿式蜂窝密封的泄漏量增大。对于同一进气压比,梳齿式蜂窝密封的泄漏量明显小于蜂窝和梳齿的密封泄漏量,梳齿密封的泄漏量最大;蜂窝与梳齿组合成梳齿式蜂窝密封后,改变了蜂窝与梳齿腔内的流场结构,更有效地降低了泄漏。