热弹变形对核主泵用流体静压型机械密封性能的影响

针对核主泵用流体静压型机械密封在高压和高速条件下,其密封性能易受端面热弹变形影响的特点,通过建立收敛台阶端面流体静压型机械密封的稳态传热模型,并考虑流体粘度随压力、温度的变化,建立端面流体膜压力和密封环温度的控制方程,采用有限差分法求解各控制方程,采用有限元法求解密封环热、弹变形,对密封进行流、固、热耦合分析,研究热弹变形对密封性能的影响;同时改变操作参数,研究端面温度、热弹变形、端面流体膜平衡间隙等随之产生的变化规律。结果表明,端面的弹性变形大于热变形;热弹变形的综合影响使端面由外径向内径形成收敛间隙,导致开启力、泄漏率和液膜刚度增加;动环角速度越高,流体温升越大,端面热变形越明显,泄漏率越大;流体注入温度越低,温粘效应越显著;流体注入压力越高,热弹变形量越大,密封端面平衡间隙亦越大。

热弹变形下螺旋槽干气密封泄漏量的计算与分析

螺旋槽干气密封在高速旋转时内部会产生一定量的热,导致密封环发生热弹变形,从而对密封性能产生影响.在速度滑移边界条件下,求出螺旋槽内的气膜压力和气膜速度,推导出气膜的能量方程,进而利用气膜的压力、速度和能量方程,通过Maple和Matlab软件求解槽内气膜的温度分布.然后由热弹变形理论,求解出密封环的变形量,获得螺旋槽内气膜厚度的解析式.利用广义雷诺方程求出理论泄漏量,并与泄漏量的实验值进行比较.研究结果表明:随着气体从外径流入内径,槽内温度的分布规律是先升高后降低,槽根部周围温度较高;热弹变形量与温度变化的规律一致,而气膜厚度的变化趋势与之相反;干气密封中的泄漏量随变形量增大而增大,有变形量的泄漏量更接近于实验值.

水轮发电机镜板和推力头热弹变形分析

介绍了ANSYS软件用于镜板和推力头的热传导和热弹变形计算的方法。考虑到镜板和推力头结构和受力周期对称的特点,取其Z分之一(Z为瓦块数)作为ANSYS有限元分析模型。推力头和镜板接合面为三维等效热传导单元和三维接触单元。镜板在力载荷作用下,周向变形的高点处在瓦上,低点在瓦间,径向变形在外径侧上翘;镜板在温度载荷作用下,周向由于恒温而不产生变形,径向变形为下凸。镜板面的综合变形为径向下凸,外径侧上翘,沿周向为波浪形。

EMP径向滑动轴承热弹变形对润滑特性的影响

ＥＭＰ径向滑动轴承特殊的轴瓦材料特性使得其热弹变形对轴承的润滑特性，如油膜的最小间隙、油膜压力和温度分布影响较大。为此本文建立了完整的热弹变形模型，采用有限差分的方法，通过在不同载荷的情况下，对ＥＭＰ径向滑动轴承在计入和未计入热弹复合变形的两种情形进行对比，从而揭示了热弹变形影响轴承工作性能参数的内在规律。

高温高压和高速工况下SCO_(2)动压密封端面的热弹变形研究

在高参数工况下,超临界二氧化碳(以下简称SCO_(2))动压密封的端面容易发生热弹变形,从而影响动压密封性能,针对该问题,建立了SCO_(2)动压密封热流固耦合数值分析模型。在考虑了粘性耗散的基础上,求解了密封环温度场,采用CO_(2)真实物性数据求解了流体膜压力场,将温度场和流体膜压耦合到密封环上,求解了密封端面的热弹变形;对比研究了热变形和弹变形对热弹总变形的影响,分析了转速、压力和温度对密封端面热弹变形的影响规律,提出了减少热弹变形的方法。研究结果表明:SCO_(2)在动压密封高温下宜减小密封环的温差,以减小端面变形,高压下宜采用高弹性模量材料以减小端面变形,高转速下依靠动环热变形与弹性变形互相抑制关系以减小端面热弹总变形;密封环的端面最大轴向间隙与介质温度呈线性关系增大,与压力呈线性关系减小;转速则使其先减小,后增大。

计入热弹变形的周隙密封性能研究

对周隙密封进行热弹流研究,分析周隙密封的流场、压力场和温度场。计入热弹变形的作用,比较不同参数如转速和不同密封瓦材料等因素对密封性能的影响。研究表明:密封瓦热膨胀变形非常显著,密封瓦体的热变形为向瓦体外部膨胀,使密封瓦油膜间隙变大,泄流量增大;随着转速的升高,密封瓦的侧泄流量和温升均迅速增加;使用热膨胀率较低的碳碳复合材料,将使密封瓦的侧泄流量和功耗大大降低。

热弹变形对径向可倾瓦轴承静态性能的影响

通过迭代联立求解了广义雷诺方程、能量方程、粘温方程、热传导方程、热弹变形方程和轴承瓦块力矩平衡方程,并以某电厂汽轮机组不对称三瓦大型可倾瓦轴承为例,计算了考虑温粘关系时轴承的静态性能,详细分析了热变形、弹性变形对可倾瓦轴承静态性能的影响.结果表明,弹性变形对轴承性能影响远大于热变形的影响,在可倾瓦轴承设计计算时,可只考虑弹性变形的影响.

轴瓦热弹变形对大直径重载滑动轴承性能的影响

针对大直径重载实际椭圆轴承进行热弹性能研究,含静特性和动特性,变形影响的讨论主要是个案,并由此适度拓展提出了变形控制思想和初步技术。计算中,采用课题组轴承计算FORTRAN软件和商用ANSYS软件联合仿真考虑瓦块变形下的轴承特性,结果表明:表面弹性变形对轴承的间隙、最小油膜厚度和温度分布等静特性的影响较小;相比弹性变形,轴承瓦面热变形对轴承静特性影响较大,特别是功耗和最小油膜厚度,变形量与最小油膜厚度量级相同。对于较大变形的影响,提出了通过改变瓦块约束方式或结构参数两种控制变形技术来改善轴承性能,这为重载轴承的优化设计和承载能力提升提供了新的思路。因此大直径重载轴承设计时,应考虑轴承在运行时的热效应,转速越高、载荷越大时,热效应越显著。

惯性离心和热弹变形对大尺寸高速高压推力加载装置性能的影响

以某反应堆主泵推力滑动轴承试验台加载装置为研究对象,考虑惯性离心作用和润滑油粘温效应,基于N-S方程建立三维油膜热流固耦合有限元分析模型,研究惯性离心和热弹变形对原型大尺寸高速高压推力加载装置承载性能的影响,并对加载装置进行结构改进计算与试验,为实际大尺寸推力加载装置设计与应用提供重要依据和参考。结果表明:高转速惯性离心作用改变加载装置内部流动,增加入口油压可以有效提高承载能力;热弹变形对承载力有显著影响,考虑润滑油粘温效应使油膜承载力降低12.6%;当热弹变形量过大将导致油膜破裂,加载装置由液体润滑状态变为干摩擦状态,发生烧瓦停机现象;将原环形整体单腔结构改进成扇形三腔结构油膜承载力较初始结构提高了22.5%;改进装置加载试验验证了改进方案的可行性和数值模拟方法的适用性。

摆动活齿传动的热弹耦合变形

为了提高摆动活齿的传动性能,根据摆动活齿传动的啮合原理,分析了在摆动活齿传动中,活齿与内齿轮的接触传热过程;探讨了活齿与内齿轮啮合副产生的摩擦热流的计算方法;利用有限元分析方法建立了内齿轮的有限元分析模型;提出了摆动活齿传动轮齿本体温度分布、接触弹性变形和热弹耦合变形的分析计算方法.研究结果表明:内齿轮的最高温度出现在工作齿廓曲线的拐点附近,内齿轮的热变形增大了齿厚,对轮齿的弹性变形有一定的补偿作用,应用本文方法计算得到的内齿轮热弹变形符合实际工况,轮齿最大的热弹耦合变形量为0.045 mm.

核主泵用双锥度端面流体静压机械密封热弹流效应研究

针对核主泵用双锥度端面流体静压型机械密封热弹流效应研究在高压和高速条件下,其密封性能易受端面热弹变形影响的特点,提出了收敛型双锥面流体静压型机械密封,并建立了热-流-固耦合数学模型;通过采用有限差分法求解端面温度和端面流体膜压的控制方程组,采用有限元法求解密封环的热、弹变形,对密封进行了流、固、热耦合分析,研究了热弹变形对密封性能的影响,并对单锥面和双锥面2种流体静压型机械密封的密封性能、温度分布进行了对比研究.结果表明:双锥面密封与单锥面密封相比,不仅稳定性更好,而且端面温度分布更均匀,可靠性更高,但是泄漏率略有上升;在泄漏入口处即高压侧,外锥面锥度的大小对开启力影响较大,而在泄漏出口处即低压侧,内锥面锥度的大小对泄漏率影响较大;内锥面宽度比取0.05左右时能获得较大的刚漏比.

T型槽端面密封气膜热弹流润滑动态稳定性

对T型槽端面密封气膜热弹流润滑动态稳定进行了分析.考虑端面热变形和弹性变形以及辅助密封的阻尼特性,数值分析了不同振动频率下密封气膜动态压力分布和温度分布规律,并利用小扰动方法分析了外界扰动频率对气膜刚度、阻尼和振幅的影响规律.结果表明:高压和高速条件下,密封端面的弹性变形和热变形产生发散间隙,导致密封气膜厚度显著降低;外界扰动产生附加压力和温度分布,刚度随扰动频率的增加而迅速增加,阻尼随扰动频率的增加而迅速下降;一定扰动频率范围内,轴向振幅与扰动频率成对数线性关系增加,辅助密封阻尼使得密封气膜的振幅显著上升.

卧式水电机组用径向滑动轴承热弹流特性分析

研究轴颈挠度和瓦块表面热弹变形对卧式水电机组径向滑动轴承静态润滑性能的影响。推导考虑轴颈挠度和轴瓦热弹变形后的油膜厚度表达式;用中心差分法结合ANSYS软件联立求解雷诺方程、能量方程、固体热传导方程、密度方程、黏度方程和轴瓦热弹变形等,得到径向滑动轴承的热弹流润滑(TEHD)特性,并与不计入轴颈挠度及轴瓦热弹变形的油膜动压润滑特性进行比较。结果表明:在考虑轴颈挠度和轴瓦瓦面热弹变形的影响后,油膜压力、温度、厚度沿着轴承宽度中心线的对称特性消失;油膜压力峰值增大,峰值点位置由轴向中心区偏移至出口区;油膜温度峰值增大,最高温度发生在出口区;润滑区内的最小油膜厚度大幅度减小,油膜最小厚度处于出口侧边界附近;轴承润滑流量减小,损耗略有增大;轴承稳态运行时,轴颈偏位角基本一致。

干气密封螺旋槽内润滑气膜的热力过程

基于滑移边界条件下的雷诺方程,不考虑密封环的变形,通过PH线性化方法、迭代法求解获得了气膜压力函数式.根据气膜微尺度流体流动过程中的熵变方程,得到了螺旋槽内气膜温度场分布.考虑微槽道内气流在不同阶段的熵变过程,分析了气膜温度场在不同多变指数下的分布规律,进而在不同多变指数下计算出密封环的热弹变形量及气膜厚度近似表达式,利用广义雷诺方程求解热弹变形下的气膜压力分布.在不同多变指数下对泄漏量进行计算并与无变形时的理论泄漏量进行比对.结果表明:随着气体从外径流入内径,槽内温度先升高后降低,密封环的变形量先增大后减小,泄漏量随变形量增大而变大,从而对密封性能产生影响.试验验证了泄漏量在采用不同多变指数时更接近于实际工况.这为螺旋槽干气密封的优化设计奠定了理论基础.

螺旋槽干气密封热力耦合流场近似计算及分析

为了研究干气密封在高速高压运转下受到外力作用导致密封腔内不规则变形时的流动特性.考虑力和热作用2种情况下,分别获得密封环的变形量及其气膜厚度的近似解析式.将力变形量叠加至热弹变形中,获得热力耦合作用下密封腔内气膜厚度的近似解析式,进而获得密封腔的理论流量,并对比分析无变形、热弹变形、力变形以及热力耦合变形4种情况下的理论流量与实测流量.研究结果表明:密封腔内流量随介质压力增大而增大;当仅考虑力作用时,所获得的流量值大于试验值;仅考虑热弹作用时,流量值虽然小于试验值,但误差较大,与其他几种情况相比,热力耦合作用下密封腔内的流量值与试验值的误差较小.在工程运用中,考虑热力耦合变形为优化槽型结构参数提供了理论基础,进而达到控制流量的目的.

影响弹簧支承式推力轴承性能的几个因素

本文对弹簧支承式推力轴承进行了三维热弹流研究,发现变形量对轴承性能有很大影响。为此.着重分析了决定轴承变形和油膜形状分布的几个因素对轴承性能的影响情况,研究表明,弹簧布置方式、轴瓦厚度和型面形状能严重改变轴承性能,在进行轴承设计时必须对上述因素进行优化,并提出一些优化建议。

水轮发电机双托盘支撑推力轴承变形分析

介绍了ANSYS软件用于水轮发电机双托盘支撑推力轴承的热传导和热弹变形计算的方法。薄瓦和托瓦接合面为三维等效热传导单元和三维接触单元。巴氏合金瓦推力轴承的瓦面为较小的凸变形,塑料瓦推力轴承的瓦面为凹变形。

基于响应面法的齿轮相关因素对其热弹耦合变形影响分析

为分析相关因素对齿轮热弹耦合变形的影响,基于响应面法,应用样本点试验方法,构建了齿轮热弹耦合变形量与各相关因素的函数关系,分析得到齿宽、转速、转矩和边界温度对轮齿最大热弹耦合变形的影响因子分别为-0.207、0.273、0.321和0.199,根据各影响因子的数值大小和正负可知,边界温度、齿宽、转速和转矩对啮合轮齿最大热弹耦合变形的影响程度依次增大;最大热弹耦合变形随转速、转矩和边界温度的增加而增加,随齿宽的增加而降低。

热耗散变形下螺旋槽干气密封微尺度气膜流动特性研究

螺旋槽干气密封在高压、高速旋转时内部会产生一定量的热,导致密封环发生热弹变形,从而对密封性能产生影响。首先在速度滑移边界条件下,求出螺旋槽内的气膜压力和气膜速度,然后推导出气膜的无热耗散能量方程及有热耗散能量方程,进而利用气膜的压力、速度和能量方程,通过Maple和Matlab软件求解槽内气膜的温度分布。然后由热弹变形理论,求解出密封环的变形量,获得螺旋槽内气膜厚度的解析式。最后利用广义雷诺方程求出理论泄漏量,并与泄漏量的实验值进行比较。研究结果表明:随着气体从外径流入内径,槽内温度的分布规律是先升高后降低,槽根部周围温度较高;热弹变形量与温度变化的规律一致,而气膜厚度的变化趋势与之相反;干气密封中的泄漏量随变形量增大而增大,考虑热耗散有变形的泄漏量更接近于实验值。

双向推力轴承支承结构对润滑性能的影响

为分析水泵水轮机双向推力轴承支承结构对润滑性能的影响,建立了推力轴承的三维热弹流动力润滑数学模型,并给出了合理的边界条件.分别通过有限差分法和大型有限元软件Ansys11.0求解热流体动力润滑模型和瓦块的热弹变形,二者之间的数据传递通过自编接口自动实现.将文中所建立的计算模型应用于算例分析,得到额定工况下的油膜厚度、油膜压力和瓦块温度分布情况,通过对理论计算结果和试验测量结果对比发现两者吻合较好.在此基础上分析了3种不同支承结构下的轴承静特性分布和瓦面热弹变形分布趋势.结果表明:选择合理的支承结构将明显提高轴承的润滑性能,条形支承结构和双托盘支承结构的瓦面热弹变形分布比单托盘支承结构更加合理,因此润滑性能要明显优于单托盘支承结构.