新型组合槽端面干气密封特性研究

为了进一步提升干气密封端面流体膜动压效应,提出一种新型组合槽端面干气密封,该组合槽由两个相邻的螺旋槽周向部分重叠组合而成,包括一个长螺旋槽,一个短螺旋槽,两槽的槽深及径向长度不同。建立该组合槽与传统槽端面密封的数学模型,并运用有限差分法对其密封性能进行数值分析。结果表明:新型组合槽在端面间隙约小于1.5μm区域,流体膜开启力大于传统槽,且间隙越小,两者差值越大;泄漏量亦大于传统槽,但其值远小于泄漏量的设计值;在端面间隙约小于3.5μm区域,新型组合槽流体膜刚度显著大于传统槽,且间隙越小,两者差值越大。鉴于组合槽在泄漏量不超标的情况下,在间隙较小时端面流体膜具有更大的刚度、开启力及刚漏比,其综合性能显著优于传统槽型密封。     

单双列螺旋槽干气密封端面气膜刚度比较

双列螺旋槽干气密封通常被认为具有比单列螺旋槽干气密封更高的气膜刚度,因而更有利于干气密封的稳定运行,但是尚未见具体的理论分析或实验数据来验证这一结论。针对某一双列螺旋槽干气密封,采用窄槽理论,利用Mathcad 软件计算得到端面气膜压力分布和开启力,并得到开启力与膜厚的拟合曲线,以及气膜刚度与膜厚的函数曲线,并与单列螺旋槽进行对比。计算结果证实了双列螺旋槽干气密封具有比单列螺旋槽更高的气膜刚度,尤其是在开启力较小,气膜厚度较大的情况下,其主要原因是双列螺旋槽干气密封在同一开启力下,具有较小的平衡气膜厚度,即气膜的高刚度大部分是依靠减小的气膜厚度获得。双列螺旋槽干气密封端面开启力稍小,泄漏率稍大。     

节流孔特性对静压干气密封性能的影响

为提高静压干气密封性能,将节流孔流量项引入到气膜润滑方程,建立改进的N-S方程。利用泛函求极值算法和有限元法,用MATLAB编制相应的计算程序,在节流孔直径和端面间隙变化的条件下进行数值计算,分析气膜厚度、气源压力、节流孔个数和直径对端面开启力和气膜刚度的影响,以及端面压力分布情况。计算结果表明:密封气在流经节流孔后形成显著的压力降,气膜刚度随节流孔径增大而减小,随气源压力增大而增大;端面压力在节流孔处最高,向四周逐渐下降;开启力总体随端面间隙增大而减小,随气源压力增大而增大,端面间隙在2.6~10μm时,开启力随间隙增大而迅速减小,端面气膜具有较大的刚度。     

含杂质二氧化碳干气密封启动过程研究

以含杂质二氧化碳实际气体为润滑介质,研究干气密封的启动过程,对密封的顺利开启具有重要意义.保持闭合力恒定,调节转速,使密封开启力与闭合力相平衡,研究含杂质二氧化碳干气密封启动过程中接触力、转速、泄漏率与平衡膜厚之间的关系;讨论进口压力和进口温度对干气密封开启临界转速、泄漏率的影响,以及平衡比对闭合力的影响.结果表明:干...     

组合螺旋型槽干气密封密封性能的CFD仿真

设计一种由2个螺旋槽组合构成新型螺旋型槽干气密封结构,该组合螺旋型槽由沿外圈开设的大螺旋槽以及沿大螺旋槽根部开设的小螺旋槽组合而成。运用流体仿真软件Fluent对组合螺旋型槽干气密封的密封性能进行数值模拟,并与螺旋型槽干气密封进行比较。通过正交试验法对组合螺旋型槽干气密封的结构参数进行优化分析,获得了以开启力、泄漏量、扭矩为目标函数的组合螺旋型最优端面结构。结果表明,组合螺旋型槽干气密封在同等结构参数下的密封性能优于螺旋型槽干气密封,且压力、槽台宽比和槽深越大,组合螺旋型槽在减少泄漏量方面的优势更加明显;对于组合螺旋型槽干气密封,泄漏量、开启力、扭矩最优对应的端面结构参数组合不同,在干气密封设计时,应根据设计目标需要,选择合适的端面结构参数组合。     

螺旋槽干气密封静止状态密封性能研究*

螺旋槽干气密封因设备故障检修、停车等处于静止状态时,其密封性能相比旋转状态下具有明显的差异性和关联性。研究螺旋槽干气密封在静止时的密封性能。根据螺旋槽窄槽理论,得到螺旋槽干气密封静止时密封端面间气膜压力控制方程,并运用解析法求解,获得端面间气膜压力分布、开启力和泄漏率等密封性能参数。结果表明:随着边界压力或膜厚增大,静态泄漏率逐渐增大,当静态泄漏率达到JB/T11289-2012标准规定的最大静态泄漏率时,端面仍处于接触状态;静止状态下的开启力、槽根处的气膜压力和泄漏率随槽深的增加先增大,在槽深大于一定值后趋于稳定;密封端面间的开启力、泄漏率总体上随台槽宽比的增加而减小,但在台槽比为0～10范围内,开启力和泄漏率的变化不大。     

单向双列螺旋槽干气密封流场数值模拟

对一种具有我国自主知识产权的单向双列螺旋槽干气密封端面流场进行了数值分析。采用商用CFD分析软件Fluent,应用RNGk-ε湍流模型、SIMPLE算法,计算了密封端面的压力分布、开启力、泄漏量,并计算了特定工况下密封的工作膜厚、工作泄漏量。结果表明该密封具有良好的动压效应和较小的泄漏量,对该类干气密封的进一步优化设计有一定的指导意义。     

径向变深雁形槽干气密封开启性能研究

为进一步提高雁型槽端面干气密封在低速、低压工况下的开启性能,在等深雁型槽的基础上对槽底结构进行变深优化,提出了收敛型锥度、收敛型阶梯、发散型锥度和发散性阶梯4种槽底变深结构。基于气体混合润滑理论,考虑密封端面粗糙度效应和端面间气体滑移流效应,建立了雁型槽端面干气密封动压开启分析模型,数值分析了槽底变深结构干气密封的气膜压力分布,研究了相对变深坡度、环颈深度和密封压力对变深雁型槽端面干气密封的临界开启转速和气膜刚度的影响。结果表明:与等深槽相比,槽底变深结构可提高密封端面间气膜承载能力和稳定性;在相对变深坡度λ=3/8～4/8时,变深结构干气密封的临界开启转速nc取得最小值,且发散型变深结构略优于收敛型变深结构;相对变深坡度取最优值时,发散型结构干气密封的临界开启转速nc与等深槽相比降低了10.2%。     

干气密封启动过程研究

为了深入研究干气密封启动过程，提高密封启动稳定性，基于N—S方程、Laminar模型和SIMPLEC算法，在动环转速和端面压差变化的多种情况下，对于气密封端面流场进行了数值模拟，重点考察了端面开启力的构成及变化情况。数值结果表明，在密封启动过程中，转速上升到一定数值后，端面才能脱开，而流体动压力是影响端面脱开的主要因素，在脱开前两端面间存在严重摩擦和磨损，会对端面造成破坏。针对此提出研究一种能减小或消除启动过程中端面接触时间的新型密封。     

非接触动密封螺旋槽气膜刚度数值模拟与分析

利用Solidworks软件对螺旋槽干气密封端面五种不同气膜厚度进行三维立体模型建模,采用FLUENT前处理功能对其进行网格划分。在特定工况下,利用Fluent流场计算软件对五种端面微尺度流场模型进行数值计算,求出压力沿径向分布和气膜厚度对应的开启力,基于最小二乘法原理基础上,求出开启力与厚度的五次多项式,在对多项式关于气膜厚度求导,得出气膜刚度与气膜厚度的四次多项式。结果表明:气膜刚度随着气膜厚度的增大而减小,且随着气膜厚度的增加气膜刚度随厚度变化曲线趋于平稳,为了使干气密封长期安全、稳定的工作,端面气膜应有足够大的刚度。     

压力自适应型机械密封的数值模拟研究

针对压力自适应型机械密封在高压工况下密封端面变形与密封性能不佳的问题,采用ANSYS中的计算流体力学软件FLUENT和有限元分析软件Mechanical APDL,在15.9 MPa高压工况下分别对密封端面间隙中的液膜流场和密封环进行了数值模拟分析研究,并将计算出的液膜流场状态和密封环变形结果进行了流固耦合求解,进而对液膜厚度对密封性能的影响规律进行了分析,同时对在实际工作状态下,工作压力逐渐上升,密封各性能参数的变化规律也进行了分析。研究结果表明,该密封在高压下的端面变形符合设计需要,密封环端面间的开启工作压力在3 MPa左右,在15.9 MPa高压工况下密封端面间流场的开启力为67.6 kN、泄漏量为0.04 m3/h,平衡膜厚为2.8μm。与其他类型的密封相比,结果显示该种密封能够在高压下提供足够的开启力和在低压下较小的泄漏量。     

汽车电动尾门系统布置与校核

介绍了汽车电动尾门系统的组成及工作原理,利用力矩平衡原理分析电动尾门系统的受力情况。重点分析了电动尾门系统在设计阶段的布置点、操作力、安装力、安装空间、悬停区域、开闭性能等参数的校核,并结合工程实际,给出相关参数的设计校核经验值,从而有效地减少设计及布置时间,提高工作效率,为电动尾门系统的开发和优化提供参考。     

考虑装配误差的车门关闭力计算

针对由装配误差引起的车门关闭力预测不准确问题,提出了一种计算精确车门关闭力的方法。该方法首先建立车门关闭过程中各部件相应的力学模型,在影响关闭力大小的几个因素中以门锁为例,通过蒙特卡罗模拟得到车门装配过程中门锁位置误差的概率分布统计,然后在计算关闭力的数学模型中结合门锁位置装配误差,得到车门关闭力的概率分布结果,最后对样车进行关闭力测试,试验结果表明考虑装配误差的车门关闭力的计算精度明显提高。     

Dynamic coupling correlation of gas film in dry gas seal with spiral groove

In working state, the dynamic performance of dry gas seal, generated by the rotating end face with spiral grooves, is determined by the open force of gas film and leakage flow rate. Generally, the open force and the leakage flow rate can be obtained by finite element method, computational fluid dynamics method and experimental measurement method. However, it will take much time to carry out the above measurements and calculations. In this paper, the approximate model of parallel grooves based on the narrow groove theory is used to establish the dynamic equations of the gas film for the purpose of obtaining the dynamic parameters of gas film. The nonlinear differential equations of gas film model are solved by Runge-Kutta method and shooting method. The numerical values of the pressure profiles, leakage flux and opening force on the seal surface are integrated, and then compared to experimental data for the reliability of the numerical simulation. The results show that the numerical simulation curves are in good agreement with experimental values. Furthermore, the opening force and the leakage flux are proved to be strongly correlated with the operating parameters. Then, the function-coupling method is introduced to analyze the numerical results to obtain the correlation formulae of the opening force and leakage flux respectively with the operating parameters, i.e., the inlet pressure and the rotating speed. This study intends to provide an effective way to predict the aerodynamic performance for designing and optimizing the groove styles in dry gas seal rapidly and accurately.     

双向旋转树型槽密封端面气膜动压特性

基于气体润滑理论,建立了双向旋转树型槽干式气体端面密封的数学分析模型,对比了双向旋转树型槽与螺旋槽密封端面的压力分布,讨论了树型槽的动压开启特性,以及操作参数对密封特性参数的影响规律。结果表明,双向旋转树型槽干气密封不仅能够实现双向旋转,而且具有较好的动压效应。双向旋转树型槽干气密封的动压效应受压缩数、密封压力等操作参数及端面间气膜厚度的影响显著,压缩数增加,动压开启能力增强;密封压力增加,动压开启能力降低。     

考虑轴承间隙时裂纹转子的故障状态及仿真分析

基于所建立的开闭裂纹转子的动力学模型,并考虑到轴承间隙这一非线性因素,对转子在不同激励参数下的裂纹开闭和间隙力存在条件进行了预测,并对转子运行轨道和频谱响应进行了动态仿真分析,结果表明,对裂纹开闭和间隙力存在条件的预测是正确的,同时转子出现裂纹和间隙力时显示出特殊的动力学特性。     

超高压海水泵配流阀动态特性仿真研究

针对超高压海水泵配流阀运动滞后所引起海水泵容积效率降低的问题。分析了导致配流阀滞后的主要原因,建立了数学模型,运用AEMSim软件进行仿真。研究结果表明:随着余隙容积的增大,配流阀开启滞后现象越明显。随着吸液阀阀芯质量增加,对阀芯开启滞后影响较小,关闭滞后影响较大。在设计超高压海水泵时,要尽量减小柱塞腔的余隙容积和减小配流阀阀芯质量。     

基于CFD的齿轮泵实际最优端面间隙确定方法

齿轮泵端面间隙是内泄漏和黏性摩擦损失最重要的影响因素,其大小主要由浮动侧板背面高压油压紧力与其所受端面油膜反推力平衡状态确定。针对某型号齿轮泵,考虑了端面间隙、油液含气量和油液蒸发等因素对反推力压力分布的影响,采用CFD方法计算获得常用工况下5组给定端面间隙对应的端面油膜反推力,由最小二乘法拟合得到间隙小范围变化时的端面油膜平均反推力线性化方程,求解现有总功率损失最小条件下最优端面间隙值,将其代入端面油膜平均反推力方程,反解出浮动侧板背面所需高压油压紧力。据此,通过调整浮动侧板背面高压区形状,使齿轮泵的实际端面间隙在常用工况下处于最优值。对实际工程中确定齿轮泵最优端面间隙具有重要的参考价值。