基于位置特征和螺旋方向的柱面气膜密封槽型控漏能力评价

为探究轴套侧开槽新型柱面气膜密封在控制泄漏方面的能力,首先,采用有限差分法对不同位置特征和螺旋方向的新型柱面气膜密封槽型建立数值模型,通过对比各槽型气膜压力分布和密封性能参数,揭示位置特征和螺旋方向对不同槽型密封特性的影响机理。然后,针对反向“人”字槽型进行了参数化分析,探究螺旋槽角度、槽长坝长比、槽宽台宽比、槽深比对反向“人”字槽泄漏量、浮升力、摩擦力等密封性能参数的影响规律,同时对特定结构参数组合的反向“人”字槽逆流泵送控制泄漏的能力进行评价。结果表明:气膜厚度阶梯变化和偏心收敛楔效应在密封面形成高压气膜区域,有效阻止轴向泄漏,实现轴套侧开槽柱面气膜密封主泄漏通道的密封,且随着转速的增加,新型柱面气膜密封沿轴向间隙的泄漏量呈现下降趋势,该特性对于泄漏控制具有重要意义,特别是在高速运转的工况下。此外,通过合理的槽型参数调控可以使压差流造成的沿轴向间隙密封气体泄漏正好被反向“人”字槽逆流泵送作用导致的密封气体流动补偿,从而实现反向“人”字槽型柱面气膜密封的气体零泄漏甚至负泄漏,为柱面气膜密封槽型结构设计提供理论参考。

柱面气膜密封槽底导流织构性能提升及作用规律研究

研究如何提升柱面气膜密封的稳定性对保证该类密封在高速、高压工况下的安全运行至关重要,鉴于导流织构能够有效提升系统稳定性,本文通过在柱面气膜密封槽底设置一定数量和造型的导流织构,系统研究了不同工况下导流织构对柱面气膜密封性能的作用规律。结果表明:导流织构对柱面气膜密封微尺度流场具有良好的导流作用,最高压力及高压区面积都显著增大;一定工况和泄漏条件下,导流织构可以显著提升密封开启力;有导流织构的柱面气膜密封还可以显著降低高速、高压工况下微尺度流场中的压力波动方差,且转速越高,抑扰效果越显著。

T、L型槽柱面气膜密封CFD数值模拟

该文通过阐述柱面气膜密封性能特点,提出两种新型槽型结构T、L型槽柱面气膜密封结构。首先,用Proe建立了T、L型槽气膜模型,并用专业网格划分软件Hypermesh进行了网格划分;然后,在相同操作压力下用Fluent软件对比分析了两种槽型结构密封性能,通过对模拟结果的处理,得出T型槽结构具有最好的动压效应;最后,研究了不同的操作参数对上述两种槽型密封方式的影响,结果表明,不同操作参数对T型槽柱面气膜密封有较强的影响。

基于近似模型的柱面气膜密封槽型优化设计

针对旋转轴套侧开设反向人字槽型的新型柱面气膜密封,建立柱面气膜密封数学模型并利用有限差分法数值求解反向人字槽气膜压力分布,并通过Isight平台集成MATLAB软件,采用最优拉丁超立方试验设计及其后处理模块提取出影响密封性能参数的关键槽型结构参数,同时建立近似模型代替耗时的数值计算,通过集成NSGA-Ⅱ多目标优化算法对槽型结构参数进行多目标优化,为轴套侧开槽柱面气膜密封槽型多目标优化设计提供理论参考.

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。

稳态性能下T型槽柱面气膜密封结构参数非线性回归分析

为探究T型槽柱面气膜密封的稳态性能(气膜刚度、浮升力、泄漏率),使用计算流体力学(CFD)的方法,在转速为8000 r/min的工况条件下,分析了密封系统结构参数的改变对系统稳态性能的影响。在不改变气膜厚度和气膜偏心的条件下,拟合了密封长度、T型槽槽数、T型槽深度与稳态性能之间的多元非线性方程,并通过对回归系数大小的比较确定了各因素的影响程度。结果表明:系统泄漏率受密封长度的大小影响最为显著,T型槽数量和槽深的改变对泄漏率的影响并不显著;随着密封长度的增加,气浮力几乎呈线性增长,而T型槽深度和T型槽的数量的改变对浮力的影响依次减小;影响气膜刚度最大因素的是T型槽深度,其次是T型槽的数量,密封长度的影响最小。

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。

螺旋槽对柱面气膜密封静力与动力特性影响机理研究

螺旋槽对柱面气膜密封静力和动力特性有较大影响。应用非定常动网格技术建立了柱面气膜密封多频椭圆涡动静力与动力特性求解模型,分析了不同工况及结构参数下螺旋槽对柱面气膜密封静力与动力特性的影响,研究了螺旋槽对封严气体泵吸效应与流体动压效应影响,揭示了螺旋槽对柱面气膜密封静力和动力特性的影响机理。研究结果表明:随着进出口压比与偏心率的增大,气膜内流体动压效应增强,封严气体压力分布不均匀,使得密封泄漏量增加。随着螺旋角的增大,气体经过螺旋槽泵吸效应与挤压作用聚集在螺旋槽根部,形成了较为明显的动压效应,使得泄漏量增加。当螺旋角为30°~50°时,密封的径向气流力指向转子涡动中心,切向气流力与转子涡动速度方向相反,有效地抑制了转子涡动,转子系统稳定性较好。

柱面气膜密封动力特性系数的数值计算

针对柱面气膜密封系统动态特性分析问题,应用微扰线性化分布参数法建立密封气膜的微扰动态压力微分方程组,给出柱面气膜密封双自由度微扰下密封气膜的动态刚度和动态阻尼系数的计算方法;建立密封气膜的8个动态刚度、阻尼系数的有限元分析模型,给出有限元数值仿真计算流程和方法;通过算例验证数值计算模型和求解方法的正确性并重点研究可压缩数和平均膜厚对气膜动特性系数的影响。以柱面顺流螺旋槽带坝界面结构为例计算密封气膜各项动特性系数并给出不同条件下的变化规律曲线,气膜的正向刚度系数和正向阻尼系数呈现较为复杂变化状况,交叉刚度系数和交叉阻尼系数呈现轴对称特性。密封气膜动特性系数数值计算为稳定性分析提供了基础,为密封系统设计提供了指导。

基于CFD柱面气膜密封静态力学性能分析

为了探索新型密封槽结构对柱面气膜密封性能的影响,通过建立无槽和T型槽气膜计算模型,利用CFD软件对2种结构气膜的静压力分布、流体速度分布、剪应力分布进行对比分析.结果表明:无槽浮动环在偏心旋转过程中由于流体动压效应,使得气膜压力沿周向存在较大压差,最小膜厚处为高压区,最大膜厚处为低压区;T型槽气膜在槽型部位和槽根处气膜压力较大,由于T型槽模型静压分布最大压强大于无槽模型;T型槽浮动环可产生流体动压效应,使得气膜表面沿周向分布与槽数相等的压力波峰;与无槽浮动环相比,T型槽浮动环产生的流体动压效应使得流体速度大于无槽时数值;无槽气膜最大剪应力在最小膜厚处,T型槽气膜最大剪应力在最小膜厚处和T型槽根部坝区,且T型槽气膜最大剪应力大于无槽气膜最大剪应力.

考虑表面粗糙度的柔性箔柱面气膜密封紊流特性分析

柔性箔柱面气膜密封是一种可适应氢气压缩机高速转子大变形的密封结构新形式,该密封结合了气膜楔形动压和箔片柔性来实现高性能密封,但是目前高速环境下紊流与表面形貌的相互关联机制对柔性箔柱面气膜密封性能的影响规律缺失,因此本文以表面粗糙度为主要考量因素进行周期性分析计算,并设计了不同表面粗糙度变化对高转速柔性箔密封性能启停循环实验的影响。研究结果表明,当表面形貌不规则度越高,中性面产生的压力波动越大;泄漏率和气浮力随着表面粗糙度的增加而增加,动态特性系数气浮刚度则呈下降趋势,因而气膜稳定性降低;循环周期实验下,气膜密封存在迟滞现象,表面形貌的不规则越高,密封迟滞能越大,另外,受弹性元件、系统摩擦与转速瞬态变化的影响,柔性箔柱面气膜密封会出现反迟滞现象。

柔性支承柱面气膜密封CFD数值分析

针对柔性气膜密封技术在航空发动机中的应用需求,使用CFD数值分析技术分析柔性支承柱面气膜的密封性能。首先在Proe中建立柱面气膜的密封参数化模型,并分析了气膜密封原理;然后基于有限元分析的Linear Soid划分方法,使用ANSA网格划分软件来划分网格,得到柔性支承柱面的静压、速度和剪应力分布等数据,并分析柱面结构参数与操作参数对柔性支承柱面气膜密封性能的影响。实验结果表明,粘度、压差和转速等操作参数能明显影响柔性支承柱面气膜的密封性能。

双向旋转柱面气膜密封性能数值模拟与参数优化

在对气膜密封结构及性能分析的基础上,提出了双向旋转倒斜T字型与双层斜槽型柱面气膜密封界面结构;建立了2种结构密封气膜的数理模型和基于有限元方法的密封气膜数值分析模型;在VC平台上开发了基于有限元计算的密封气膜压力分布、系统密封特性及槽型结构多维参数优化的计算分析程序,实现了对密封气膜压力分布、密封特性的数值计算及结构参数的优化设计;在Gambit中建立了不同平均膜厚下倒斜T字型柱面气膜的物理模型和有限元分析模型,通过FLUENT进行了密封气膜特性数值仿真,商用软件仿真结果与自主开发程序数值计算结果对比一致性好,验证了开发程序的正确性;计算对比了2种界面结构的密封稳态特性与动态特性,在相同计算参数下,倒斜T字型的密封性能优于双层斜槽型,为密封系统设计选型提供了帮助;基于遗传思想的粒子群多维优化(GAPSO)计算程序的开发,为槽型参数的优化设计提供了有效的手段。

柱面气膜密封研究进展及发展趋势

介绍了柱面气膜密封的主要构成以及几种比较有代表性的结构,分析和讨论了目前国内外关于柱面气膜密封结构和性能的研究方法和现状,指出了柱面气膜密封研究中存在的问题以及进一步的发展趋势和研究方向,阐明了柱面气膜密封作为一种新的和高效的密封结构,不仅要进行理论方面的创新研究,还要进行结构和材料上的创新,为今后该方面的研究提供了一定的参数。

基于流固耦合的柱面气膜密封支撑结构性能研究

利用流固耦合分析方法,研究一种波箔结构柔性支撑柱面气膜密封,探讨气膜厚度、浮环与转子的偏心率以及柔性支撑结构的泊松比、弹性模量、波箔数量等参数对支撑结构等效应力及变形量的影响。结果表明:柔性支承结构满足柱面气膜密封的正常运作,不会造成因为气膜刚度过大而使得浮环与波箔发生破坏性变形,并且变形量远小于波箔高度;柔性支撑的等效应力和变形量随平均气膜厚度的增大而减小,随偏心率的增加而增大,随支撑材料泊松比的增大而增大;弹性模量的增加并不影响柔性支撑结构的等效应力,但是会使变形量减小;增加波箔数量,柔性支撑的等效应力略有减小,变形量显著减小。

一字槽柱面气膜密封性能的仿真分析

为了探索新型柱面气膜密封的密封性能,基于CFD数值分析方法,定量分析了不同参数对一字槽柱面气膜密封性能的影响.研究结果表明,一字槽对动压气体润滑压场分布有较大的影响,结构参数、操作参数以及槽型参数对密封性能有直接影响,由于平均气膜厚度对泄漏量和浮升力的影响以及偏心率对气膜刚度和摩擦转矩的影响相互制约,应用中需综合考虑其对密封性能影响.该研究可为柱面气膜密封的实验研究和投入使用提供指导意义.

柱面气膜密封性能的CFD数值分析

建立柱面气膜密封的参数化模型,研究柱面结构对密封性能的影响。结果表明,随着偏心率的增大,柱面气膜密封的气膜浮升力、最大压力均增大,当偏心率为0.7时柱面气膜密封具有最佳的流体动压效应。研究偏心率为0.7时转速对柱面气膜密封性能的影响。结果表明,低速运行时,柱面气膜密封有微小的流体动压效应;当转速升高时,流体动压效应增强;当转速达到一定值时,流体动压效应趋于稳定。

T型槽柱面气膜密封CFD数值分析

阐述了柱面气膜密封的性能特点,用Proe建立了无槽模型、T型槽模型,用专业网格划分软件Hypermesh划分网格,在Fluent中分析了操作参数对2种柱面气膜密封的影响,结果表明T型槽结构具有更好的动压效应,转速、介质粘度和压差等操作参数对柱面气膜密封性能有较大影响。

T型槽柱面气膜密封稳态性能数值分析

阐述了柱面气膜密封的性能特点,用Pro/E建立了无槽模型、T型槽模型、T型槽倒置模型,在Workbench中抽取了3种结构的气膜模型,用专业网格划分软件Hypermesh划分网格,在相同操作压力下用Fluent软件对比分析了此三种结构密封性能,对模拟结果进行处理,得出T型槽结构具有最好的动压效应,并研究了操作参数对T型槽柱面气膜密封性能的影响,结果表明转速、压差对T型槽密封性能有较大影响。

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。