迷宫密封三维流场动力学特性计算及研究

迷宫密封气动特性对转子动力学特性的作用明显。应用计算流体动力学技术建立迷宫密封模型,利用计算流体动力学软件Fluent中旋转流场计算方法,对迷宫密封流场进行数值计算,该方法可以将非稳定流场计算转变成稳定流场,从而降低密封流场的计算量。讨论流场参数对其动力学特性的影响。通过对流场计算结果分析发现,气流流速在跨音速时,迷宫密封气动力系数和泄漏量都有较大的变化。因此在工程设计和操作时,要考虑密封中气流流速对转子动力学特性的影响。     

基于Fluent的高速动车组齿轮箱迷宫密封数值模拟

以设计的某高速动车组齿轮箱迷宫密封为研究对象,利用Fluent软件对迷宫密封内部流场进行数值模拟,得出了迷宫密封内部流场的压力、速度、速度矢量以及湍流分布云图,分析了齿轮箱迷宫密封的密封机理与过程。结果表明,流体流经密封间隙时是加速降压过程,但压力降低很少,流体流出密封间隙进入空腔时是等压增阻过程,进入空腔后,腔体中心的湍流度最大、压力最小,随着距腔体中心的距离增大,速度递增,压力也递增。分析了齿轮箱在3种典型工况中形成的不同压比下的迷宫密封内部流场分布特性,表明泄漏量随着进出口压比的增加而增加,且压比与泄漏量之间成非线性关系。仿真结果可作为齿轮箱迷宫密封设计的参考依据。     

迷宫密封中可压流体流场的数值模拟

应用Fluent软件计算迷宫密封间隙宽度和空腔深度以及直通式迷宫密封和错列式迷宫密封对迷宫密封流场和泄漏量的影响。计算结果与分析表明,间隙宽度对泄漏量的影响体现在通过改变空腔进出口面积来改变泄漏量。所以泄漏量随间隙宽度呈线性变化。在实际运用中,在保证安全的情况下尽量减小间隙宽度;在一定条件下,空腔深度越大,紊流程度下降,泄漏量越大;错列式迷宫密封的泄漏量要明显小于直通式迷宫密封。     

直通式篦齿密封性能的数值模拟与试验研究

利用 FLUENT 软件对过热蒸汽分级机转轴的篦齿密封的内部流场进行数值模拟,对影响其性能的部分因素进行分析。结果表明,篦齿密封两端压差对泄漏量的影响非常明显,压差越大,泄漏量越大;篦齿密封的泄漏量随着节流间隙宽度增大而增大,但两者是非线性的关系;在齿形角不变的情况下,篦齿空腔深度小于2 mm 时对密封泄漏量的影响很大,而空腔深度大于2 mm 时对密封泄漏量的影响很小;转轴转速对泄漏量基本没有影响。通过试验验证了数值模拟方法计算篦齿密封泄漏量的可行性。     

基于CFD技术的阶梯型迷宫密封的结构优化

利用Gambit软件建立了阶梯型迷宫密封的二维计算网格,导入Fluent软件,采用SIMPLE算法对迷宫密封内部流场进行数值模拟,得出了迷宫密封内部流场的速度、压力、湍流强度以及湍流粘度的分布云图.表明,气流流经齿缝时是加速降压过程,气流流出齿缝进入齿腔时是等压增阻过程.选取6种不同尺寸的阶梯型迷宫密封结构,分别得出在不同的雷诺数条件下压力降系数与涡流损失系数变化曲线;选择具有较好密封性能的LS3阶梯型迷宫密封结构作为最优结构.     

高速列车齿轮箱迷宫密封性能分析优化

基于经验公式,采用流场分析软件FLUENT计算方形迷宫密封的泄漏量;分析方形迷宫密封轴转速、间隙、空腔深度、空腔宽度对其泄漏量的影响,分析圆形迷宫密封、菱形迷宫密封的性能,并将上述分析结构应用于高速列车齿轮箱迷宫密封。研究结果表明:方形迷宫密封泄漏量随着间隙宽度的增加而增加,随着轴转速、空腔深度、空腔宽度的增加而减少;圆形密封随着空腔半径的增加、菱形密封随着空腔夹角的增加其泄漏量均减少;相同工况、截面积的方形、圆形、菱形迷宫密封中,圆形空腔迷宫密封泄漏量最小。根据分析结果对高速列车齿轮箱迷宫密封进行优化,优化后迷宫密封泄漏量明显减小。     

迷宫密封流场与泄漏特性研究

应用Fluent软件计算迷宫间隙、齿厚、空腔深度和不同齿型对迷宫密封流场和泄漏量的影响。计算结果表明:迷宫密封泄漏量随间隙宽度呈线性变化;随着密封齿厚度的增加,泄漏量相对减少,泄漏量按线性关系变化;对于空腔深度而言,空腔深度越大,紊流程度下降,泄漏量越大;对不同齿型,半圆形密封齿泄漏量最大,其次是弧形齿,在实际应用中应多使用直齿,梯形齿和三角齿,以减少泄漏量。本研究可为迷宫密封设计与应用提供依据。     

间隙宽度对类迷宫密封性能的影响

类迷宫密封由于其结构的特殊性,内部流体流动也有别于迷宫密封。利用FLUENT软件分析密封间隙对类迷宫密封性能的影响,并与传统迷宫密封内部流场进行对比。结果表明：在同等尺寸条件下,类迷宫密封湍流流体流动在槽向上比迷宫密封明显,在研究类迷宫密封时槽向流动不可忽略;间隙宽度对泄漏特性影响较大,随着间隙宽度的增大,流体速度降低,节流效应减弱,泄漏量增大。     

静子带矩形边界结构迷宫密封泄漏性能的数值研究*

在直通型迷宫密封的基础上对静子边界进行改进,设计矩形凹槽、前置矩形凸起、后置矩形凸起3种矩形结构迷宫密封结构,采用CFD三维分析的方法,研究各迷宫密封在不同压比、转速下的泄漏特性,并分析流场内部轴向压降、速度场、湍动能耗散率及流线等情况,探讨密封的流动机制。研究结果表明:压比对迷宫密封封严性能的影响很大,随着压比的增加,迷宫密封的泄漏量逐渐增大,而转速对迷宫密封封严性能的影响很小;矩形凸起结构具有更低的泄漏量,且其泄漏量随压比的变化更不敏感,能在更宽域的压比范围内稳定的工作,其中前置矩形凸起型结构具有最优的密封效果。在静子上设置矩形结构能破坏气体流动的边界,强化湍流效果,增加湍动能耗散,从而有效降低泄漏量。     

凹槽迷宫密封封严特性的数值研究

采用计算流体动力学软件、RNG k-ε模型、Simple算法和结构化网格,研究不同间隙、压比、转速等工况下密封表面凹槽结构对凹槽迷宫密封三维流场和泄漏流动特性的影响。结果表明:凹槽迷宫密封的凹槽结构可以更加充分地耗散气体的动能,从而有效地阻滞气体流动,减小气体的泄漏;迷宫密封的泄漏量随间隙的增大而增大,但凹槽迷宫密封泄漏量和泄漏量增加率都小于普通迷宫密封;随着压比的增大,凹槽迷宫密封的泄漏量有所增加,但相比于普通迷宫密封,其泄漏量增加的趋势在逐渐减小;随着转速的增加,凹槽迷宫密封更容易在凹槽内形成气旋效应,从而使其封严性能显著提高。