螺旋槽上游泵送机械密封密封特性数值计算

建立考虑机械密封端面径向锥度的理论模型。采用有限元法求解修正的雷诺方程,得出螺旋槽上游泵送机械密封端面间液体的压力分布,分析不同黏度下膜厚、端面径向锥度对密封特性参数的影响规律。结果表明,螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜压力呈三维凸形曲面;液膜厚度越大,开启力越小,液膜刚度系数在某点取得峰值;径向锥度越大,径向压力峰值、开启力和摩擦因数越小,泄漏率在某点取得最小值;综合考虑较小密封泄漏量和较小摩擦因数,径向锥度取值范围为-1.5×10-4β-0.5×10-4较适宜。     

端面形貌和流体剪切稀化对螺旋槽液膜密封稳态特性的影响

为研究密封端面形貌变化和润滑流体的剪切稀化特性对螺旋槽液膜密封稳态特性的影响基于幂律模型,建立考虑润滑流体的剪切稀化特性、密封端面径向锥度和周向波度的螺旋槽液膜密封稳态特性数学模型,利用有限差分法求解稳态雷诺方程,分析径向锥度和周向波度对剪切稀化流体液膜密封稳态特性的影响规律。结果表明:当锥度增大时,液膜密封开启力减小、泄漏量增大、摩擦扭矩减小,润滑流体的剪切稀化特性可以明显地减小密封端面开启力和泄漏量,稍微增大摩擦扭矩;当波数增大时,液膜密封开启力增大、泄漏量小幅减小、摩擦扭矩增大;当波幅增大时,液膜密封开启力增大、泄漏量小幅增大、摩擦扭矩明显减小;波度对剪切稀化流体液膜密封稳态特性的影响程度要稍弱于对牛顿流体的影响,但整体趋势保持一致。     

内圆弧槽机械密封液膜流场特性分析

以内圆弧槽流体动压型机械密封为研究对象,建立了动静环端面间液膜的三维模型,运用计算流体动力学理论和有限体积法对端面间液膜的流场特性和装置的密封性能进行了模拟和数值分析。对处于不同工况、不同密封介质条件下的液膜流场,得到了其压力、泄漏量、开启力和摩擦扭矩的变化规律及相互影响关系。结果表明:圆弧槽能够产生明显的动压效应,动压效应的大小与动环转速呈正比;液膜的压力沿径向由内径到外径逐次降低;泄露量的大小随动环转速或介质压力的增大而增大;开启力的大小与动环端面的总压力具有相似的变化规律。     

考虑波度和锥度的端面密封稳态特性数值研究

用有限差分法推导膜厚方程与压力分布方程,建立考虑径向锥度与周向波度的三维模型,应用MATLAB软件编程对接触式机械密封进行稳态特性分析,研究影响密封性能的因素,并对建立的模型进行准确的密封性能评估与分析。结果表明,转速的改变对密封性能参数影响较小,调整压差对控制泄漏、改善密封性能有更明显的效果,开启力与泄漏量等参数随压差的增大均有增大趋势;当压差为正值时,正锥度对动压起削弱作用,负锥度对动压起增强作用,而端面周向波度对流体动压的形成起到关键作用。     

镶嵌式直线深槽流体动压型机械密封性能研究

以端面开有直线深槽的镶嵌式密封结构为分析对象,建立了密封环与润滑液膜间的流固力耦合模型,采用有限差分和有限元法分别求解润滑方程和变形方程,研究了密封压力和转速对润滑液膜的影响规律,分析了操作参数对密封性能的影响。研究结果表明,由于直线深槽作用,密封端面形成了一定的波度和锥度,波度随着压力的升高而变大,但锥度增幅不是很明显,而对波度的变化影响较大。密封端面的波度和锥度随转速的变化不大。密封压力升高时,密封端面间的泄漏率增大,摩擦系数相应地减小;密封转速增大时,密封端面间的泄漏率变化不是很明显,而摩擦系数相应的增大。     

阶梯收敛槽机械密封空化效应及密封性能优化分析

为解决波度端面机械密封精密加工困难的问题,基于收敛型槽具有较低的泄漏量和较高的流体静压效应的特点,提出一种由波度端面机械密封结构衍生变化的阶梯收敛槽机械密封结构,考虑空化作用,对不同结构参数及工况参数下机械密封密封性能进行CFD流体仿真分析。结果表明：工况参数及结构参数对液膜空化效应有显著的影响,其中随着膜厚、密封压力以及槽深的增加,液膜空化效应均减弱,随着转速的增大,液膜空化效应变强。以开漏比评价密封性能,结果表明,阶梯收敛槽机械密封在小膜厚、高转速、较低密封压力以及较小静环开槽深度下运行时可获得最优密封性能;但为保证密封端面液膜具有足够的承载力,开槽深度不宜过小。     

考虑表面锥度,波度和粗糙度的两维机械密封混合摩擦研究

提出了同时考虑机械密封端面的径向锥度、环向波度、各向同性的表面粗糙度以及油膜发散区的空化作用的两维混合摩擦的模型，可用来预测机械密封的工作性能；对影响因素中的主要因素分别进行了详细的分析，可供设计和使用时参考。     

波度和锥度对机械密封稳态特性的影响

基于质量守恒控制方程,建立考虑周向波度和径向锥度的机械密封几何模型,采用有限差分法对控制方程进行离散,并通过高斯-赛德尔法进行迭代,得到端面间压力分布,并分析周向波度和径向锥度对泄漏量、开启力等密封性能参数的影响。结果表明:端面波数的变化对开启力、泄漏量及摩擦扭矩的影响较小;端面波幅值的增加使得端面的开启力、泄漏量和摩擦扭矩同时增大;锥度的增大导致开启力和泄漏量的增加,且锥度正向增加有利于改善液膜的承载能力。     

波度和锥度对机械密封稳态特性影响研究

基于质量守恒控制方程,建立考虑周向波度和径向锥度的机械密封几何模型,采用有限差分法对控制方程进行离散,并通过高斯-赛德尔法进行迭代,得到端面间压力分布,并分析周向波度和径向锥度对泄漏量、开启力等密封性能参数的影响。结果表明：端面波数的变化对开启力、泄漏量及摩擦扭矩的影响较小;端面波幅值的增加使得端面的开启力、泄漏量和摩擦扭矩同时增大;锥度的增大导致开启力和泄漏量的增加,且锥度正向增加有利于改善液膜的承载能力。     

表面粗糙度对圆盘挤压膜最小膜厚沉降特性的影响

本文分析了表面粗糙度对两个同心圆盘间挤压膜最小膜厚沉降特性的影响。比较了不同纹向、不同形状及不同幅值的粗糙度的挤压膜效应。径向粗糙度比周向粗糙度使最小膜厚沉降速度加快,流体膜保持性降低。对于周向粗糙度,矩形粗糙度的流体膜保持性最好,锯齿形粗糙度次之,正态分布粗糙度最差。但对于径向粗糙度,情况恰恰与此相反。无论哪一种粗糙度,其幅值越大,流体膜的保持性越差。     

离心力对高速气膜密封动环变形的影响

研究离心力对高速气膜密封动环变形的影响。利用ANSYS12.1计算高速工况下气膜密封动环在考虑离心力与忽略离心力2种情况下的力变形及热力耦合变形,对比2种情况下动环的总变形值、端面轴向变形以及端面锥度等。结果表明:忽略离心作用时动环力变形和热力耦合变形数值偏小,误差为16.48%~37.53%;离心作用对动环端面轴向变形的影响在外径侧更为明显,同时使动环端面的平均径向锥度由发散的负锥度变为收敛的正锥度;忽略离心作用时端面变形误差沿径向增大,且随转速增加而增大;在高速工况下动环力变形及热力耦合变形的计算中,离心作用不容忽略。     

离心力对高速气膜密封动环变形d的影响

研究离心力对高速气膜密封动环变形的影响。利用ANSYS121计算高速工况下气膜密封动环在考虑离心力与忽略离心力2种情况下的力变形及热力耦合变形,对比2种情况下动环的总变形值、端面轴向变形以及端面锥度等。结果表明：忽略离心作用时动环力变形和热力耦合变形数值偏小,误差为1648%～3753%;离心作用对动环端面轴向变形的影响在外径侧更为明显,同时使动环端面的平均径向锥度由发散的负锥度变为收敛的正锥度;忽略离心作用时端面变形误差沿径向增大,且随转速增加而增大;在高速工况下动环力变形及热力耦合变形的计算中,离心作用不容忽略。     

机械密封环端面变形对液膜特性的影响

根据机械密封受热和力作用变形后的端面轮廓,将其动环和静环端面组成的流道归结为平行、收敛、扩散和收敛-扩散等4种型式,并用端面的径向夹角θ来区分这4种模型。由简化的控制方程推导了4种模型中的液膜压力分布方程p,给出了泄漏率Q、液膜承载力F及摩擦扭矩M的计算方法,并通过数值解与解析解的对比,分析了GY70型机械密封端面液膜特性与θ和动环转速ω之间的关系。结果表明,解析解与数值解之间存在一定误差,但解析解仍能反应液膜的基本特性。平行流道内液膜压力沿径向线性分布,而非平行流道内压力沿径向非线性变化;流道的泄漏率随平均膜厚和液膜内外径处压差的增大而增大,平行流道的泄漏率最小;平行流道内的液膜承载能力介于收敛流道和扩散流道之间,扩散流道的液膜承载能力最差,收敛流道内液膜承载力最大。     

波度端面机械密封温度场的有限元分析

考虑波度密封端面的粘性生热和润滑液膜与密封环之间的热作用,建立了包括密封环和液膜在内的流固热耦合模型,采用流线迎风有限单元法求解了雷诺方程、热传导方程和能量方程,研究了液膜膜厚、波数、波幅、坝宽比、转速及密封压力等参数对密封环温度场和液膜温度场的分布规律的影响。结果表明:波度对密封端面起到了冷却作用;密封环和液膜温度随着膜厚、波幅增大而降低,随转速、坝宽比增大而升高,波数和密封压力对温度的影响不大。     

斜直深槽机械密封环端面变形研究

深槽密封是通过力变形和热变形在密封面形成周向的波度和径向的锥度,从而产生热流体动力楔效应。通过热平衡分析和模型简化,应用有限元软件建立斜直深槽机械密封有限元分析模型,并对密封环温度场、力热变形进行求解,获得斜直深槽密封环的温度分布规律以及热变形规律。分析结果表明:斜直深槽密封端面结构产生的变形,能够形成周向波度和径向锥度,能够产生一定的流体动压效应,但规则波形的产生同流体槽的结构参数有关,需针对具体的工况参数进行相应的优化设计,方能达到所需要的流体动压效果。     

动压环槽端面密封的泄漏量影响因素

对端面开环形槽的动压式机械密封进行了研究，根据周向波度模型，以雷诺方程为基础，运用有限差分法进行数值计算，求解二维压力场和泄漏量，编制了相应的计算程序，通过计算，从理论上分析了压差，转速，波度等因素对泄漏量的影响，重点分析了泄漏量与膜量的关系，指出了膜厚－泄漏量之间的关系指数与传统公式的不同之处，并实验验证了计算程序的可靠性。     

波度端面机械密封热流体动力润滑性能分析

基于流体润滑理论,考虑润滑液膜空化现象和润滑液膜与密封环之间的热传导作用,建立波度端面机械密封三维流固热耦合模型,采用SUPG有限单元法求解广义雷诺方程、能量方程和热传导方程,计算端面液膜压力、开启力、泄漏率、摩擦因数等参数,对比分析密封热流体动力润滑(THD)和流体动力润滑(HD)密封特性。结果表明:随着转速、密封压力、波幅、波数的增加,开启力和泄漏率增加,摩擦因数减小;随着坝宽比、初始膜厚的增加,开启力和泄漏率减少,摩擦因数增加。热效应对密封性能影响显著,随着端面摩擦热升高,润滑液膜压力降低。     

高黏度油润滑弹塑性接触问题数值仿真*

针对高黏度润滑油工况下,已有弹塑性润滑模型计算结果失真的问题,采用半解析法建立弹塑性润滑接触模型,通过逐步增加润滑油初始黏度的方式来进行仿真计算,消除了接触区压力曲线的波动,从而克服先前计算失真的问题;基于各向同性强化准则下的J2流动理论,采用径向返回算法求解塑性应变,并且将塑性应变引起的残余变形考虑至润滑油膜厚度方程中。研究结果表明：弹塑性润滑压力主峰相比于弹流润滑结果明显降低,二次压力峰相对变化较小;弹流润滑的中心膜厚与弹塑性润滑中心膜厚接近,但最小膜厚稍大;对于较高的速度和黏度工况,塑性应变区域会向表面及接触区出口处移动。     

核主泵用流体动压型机械密封耦合模型及相关性能分析

为了研究密封环组件的接触和密封端面的流固耦合作用,以某型核主泵用流体动压型机械密封为例,然后采用有限差分法和有限单元法,利用数值迭代技术,并且与密封组件三维多场耦合模型相结合,最后确定耦合场的计算.主要对高压下密封端面变形的特点和规律以及密封压力对密封性能的影响进行研究.研究成果表明：高压侧密封深槽受密封环端面挤压所产生的径向收敛锥度和周向波度的影响最大,密封端面锥度的形成与密封环宏观结构密切相关.可以采用将动压深槽加工在软质密封环端面上的方法减小在高压下形成的大波度.     

考虑流体惯性力的水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能分析

利用考虑惯性力的Reynolds方程,对水润滑飞龙滑动轴承进行流体润滑数值分析。探讨不同载荷、转速以及表面粗糙度对压力和膜厚的影响,并与不考虑流体惯性力的热弹流解进行对比。结果表明,考虑流体惯性力的影响时,入口区压力增大,压力峰值有所减小,中心膜厚与最小膜厚均增大;随着载荷的增大,压力峰值增大,入口区的压力和膜厚减小;随着转速的增大,压力峰值减小,入口区压力及润滑膜膜厚增大;轴承表面粗糙度使得压力和膜厚均出现了连续波动,压力峰值增大,最小膜厚减小。