高速动车组齿轮箱径向迷宫密封的数值研究

对高速动车组齿轮箱径向密封的几何结构进行分析,利用Fluent软件仿真计算径向迷宫密封的内部流场和泄漏量,研究径向迷宫的密封机制,分析密封齿相对啮合深度(啮合深度与齿高的比值)对密封性能的影响,对比研究不同密封齿结构下迷宫泄漏量的变化规律。研究结果表明:当相对齿啮合深度为0.1~0.6时,随着啮合深度的增加,迷宫透气效应增强,泄漏率增加,相对齿啮合深度为0.6时存在流体介质高速通道,密封性能最差,而相对啮合深度为0.1时径向迷宫的密封性能最佳;径向迷宫的密封性能随着密封齿夹角和齿顶长度的增大而减弱,工程应用中可以通过减小密封齿夹角和齿顶长度进行齿形锐化,密封齿存在最小夹角。     

基于瞬态有限元的齿轮箱迷宫密封泄漏研究

针对某高速列车齿轮箱迷宫密封的润滑油泄漏问题,基于ANSA软件建立齿轮箱及迷宫密封结构的有限元模型,并采用FLUENT软件对其进行多相流瞬态仿真分析,研究迷宫密封结构的相对啮合深度、节流齿厚、径向间隙、回油孔直径及个数、齿与台阶距离、齿宽、密封间隙对润滑油泄漏量的影响。结果表明：当相对啮合深度大于0.5时,润滑油泄漏量与相对啮合深度呈负相关;润滑油泄漏量与节流齿厚、回油孔直径、回油孔数量呈负相关;润滑油泄漏量与径向间隙、齿宽、齿与台阶距离、密封间隙呈正相关。根据研究结果对迷宫密封结构进行改进,改进后的迷宫密封结构润滑油泄漏量降低为原始泄漏量的3.6%。     

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。     

内浮顶油罐迷宫密封性能的数值模拟与结构优化*

内浮顶油罐中浮盘与罐壁之间的密封结构对降低油罐的油气损耗至关重要。以一台大型内浮顶油罐为研究对象,基于RNG k-ε理论建立该内浮顶油罐油气泄漏控制方程,采用Gambit软件建立该油罐油气泄漏计算二维模型,并应用CFD数值模拟方法对该油罐迷宫密封结构进行优化,研究该油罐迷宫密封齿高、齿宽及齿隙对油气泄漏率的影响。模拟结果表明,随着齿高、齿宽及齿隙增加,油气泄漏率均呈先降低后上升趋势;当齿高为2 mm,齿宽为2.9 mm,齿隙为0.6 mm时,油气泄漏率达到最低,该油罐迷宫密封性能达到最佳。     

超临界二氧化碳喷染器中平滑式迷宫密封结构对密封性的影响

为研究超临界二氧化碳喷染器平滑式迷宫密封结构对其密封性能的影响,使用FLUENT模拟迷宫密封内部流场,分析迷宫密封中二氧化碳运动和能量转换;探讨节流间隙尺寸、密封齿形状和齿顶圆角大小对迷宫密封密封性能的影响。结果表明:迷宫密封密封性能与节流间隙尺寸呈线性关系,密封性能随节流间隙减小而提升;平行四边形、正梯形和后侧梯形节流齿迷宫密封的密封性能较好,其中为正梯形节流齿迷宫密封的密封性能更加优异;随着齿顶圆角减小,二氧化碳在迷宫密封的流动阻力越大,迷宫密封的密封性能越好。     

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。     

迷宫密封磨损失效泄漏特性和防碰磨结构设计研究

针对某单级高速离心鼓风机轴端迷宫密封碰磨失效的问题,基于工程实际迷宫密封齿磨损图样,建立了迷宫密封齿弯曲磨损失效模型,提出了"齿顶凹槽"迷宫密封防碰磨结构设计方法。采用实验校核的定常求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程的数值方法,研究了密封齿弯曲磨损和"齿顶凹槽"防碰磨结构对迷宫密封泄漏特性的影响规律。计算分析了4种弯曲磨损系数B=0,0.1,0.2,0.3,4种凹槽径向深度H/s=0.5,1.0,1.5,2.0和5种凹槽轴向宽度L/s=2.2,2.5,3.0,3.5,4.0的迷宫密封的泄漏量、密封腔流场结构,获得了迷宫密封碰磨失效的判断依据和"齿顶凹槽"防碰磨结构的优化参数。结果表明:鼓风机变工况时,迷宫密封泄漏量随进口压力的增大而线性增大;相同运行工况下,密封泄漏量随密封齿弯曲磨损程度的增大而显著增大;当密封齿磨损量达到B≥1.0时,密封泄漏量达到了设计值的2倍,无法满足机组运行对轴端封严的要求,即发生了密封磨损失效;齿顶凹槽防碰磨结构设计不仅能适应转子的径向振动和轴向窜动,在一定程度上避免迷宫密封磨损失效,还可以减小密封泄漏量(约10%),提高密封的性能。     

考虑齿变形的迷宫密封泄漏特性流固耦合数值研究

为研究非金属热塑性材料的迷宫密封齿变形对密封性能的影响,建立考虑齿变形的迷宫密封泄漏特性瞬态流固耦合数值求解模型,在验证数值求解模型准确性的基础上,分析不同进出口压比下,酚酞聚芳醚酮(PEKC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜酮(PPESKca30)3种材料的迷宫密封力学特性及泄漏特性。研究结果表明:考虑齿变形的密封流场中最后一节齿顶处的压力要低于其相同工况下未考虑齿变形的流体压力,而速度则恰好相反;在不同进出口压比下,密封齿受到气流力作用发生变形,密封径向间隙增大,导致泄漏量增加了6.6%~30%;当进出口压比相同时,材料的弹性模量越大,密封齿变形越小,封严性能越好;研究的3种材料中,PPESKca30的变形量最小,密封泄漏量最少;密封件最大变形量均出现在齿顶位置,且从其齿顶位置向齿根方向逐渐减小;密封件等效应力的最大值均分布在齿根位置,且从其齿顶位置向齿根方向逐渐增大。     

错齿式迷宫密封流场及泄漏量的数值分析

以某型大功率机车传动齿轮箱轴端迷宫密封为研究对象,采用GAMBIT软件建立错齿式迷宫通道的二维结构化网格模型,应用FLUENT软件模拟迷宫密封腔内流场分布及泄漏特性,分析转速、压比、空腔尺寸对迷宫密封性能的影响.研究结果表明:泄漏量随着进出口压比的增加而增加;转速对泄漏量影响很小;空腔尺寸对密封性能的影响较大.     

新型矿用排水泵入口段口环密封结构优化研究

以某型号矿用排水泵入口段口环密封为研究对象,采用数值仿真方法,研究排水泵迷宫密封内部流动特征,分析迷宫密封结构尺寸与形状对其泄漏量的影响。结果表明:迷宫的间隙尺寸对密封性能的影响最大,间隙宽度和节流齿宽度的变化将导致泄漏量的大幅变化;相比直齿结构迷宫密封,异形齿结构有利于湍流充分发展,从而可以提高密封性能;通过分析复杂迷宫密封的内部流场,得到适用于排水泵的优化的迷宫密封结构。     

迷宫密封内部结构尺寸变化对泄漏量的影响

采用GAMBIT软件建市迷宫通道的二维非结构化网格模型,利用FLUENT模拟迷宫密封的内部流动,分析空腔深度、间隙宽度、节流片的倾斜角对迷宫密封性能的影响,得到较为优化的迷宫密封结构.结果表明:间隙宽度增加,迷宫密封泄漏量逐渐增大,空腔深度和节流片倾斜角增大,泄漏量减小;间隙宽度和空腔深度对密封性能影响较大,而节流片倾斜角的影响较小.     

转子转速对迷宫密封性能影响的数值研究

利用Fluent软件数值仿真研究了转子转速对迷宫密封性能的影响,选取结构最简单的直通式迷宫密封为研究对象,分析转速对密封性能的影响机理,对比不同转子半径、压比和密封齿间隙下转速对迷宫密封性能的影响程度。研究结果表明:转子转速增加,迷宫密封性能提升,这是由于转子旋转产生离心力,造成密封齿向外变形,减小密封齿间距,削弱迷宫的透气效应。转子半径增大,密封齿间隙减小,转速对迷宫密封性能的提升更明显,压比无作用。转子转速对密封性能的影响很小,实际工程应用仿真时可以忽略不计。     

基于CFD的双侧迷宫密封结构气缸侧密封齿优化

针对压缩机迷宫密封内部流场与泄漏量问题,对双侧迷宫密封结构中的气缸侧密封齿展开优化研究。设计三角形、矩形、摆线形3种气缸侧密封齿结构,选用不同的气缸与活塞侧密封齿的齿高、齿宽、密封齿间隙的几何比例（1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6）,建立不同结构的双侧密封齿密封模型,对其密封性能进行CFD动网格瞬态模拟,并与单侧密封齿密封结构进行了比较。结果表明：双侧密封齿密封结构的泄漏量相比单侧密封齿密封结构下降了25.8%~56.0%;3种不同形状的气缸侧密封齿密封性能由高到低依次为三角形、矩形、摆线形;不同几何比例的气缸侧密封齿模型中,密封性能从强到弱排列为1∶4、1∶5、1∶2、1∶6、1∶3。气缸侧与活塞侧迷宫齿几何比例为1∶4的三角形气缸侧密封齿结构的密封性能最优,相比单侧密封齿密封结构泄漏量下降了56%。     

齿形对类迷宫密封性能的影响研究

针对类迷宫密封结构形式与往复式压缩机气缸与活塞之间密封性能的问题,深入讨论了不同齿形对类迷宫密封的密封性能影响。采用CFD方法对4组不同的齿形结构进行数值模拟,并把数值模拟结果与理论计算结果进行对比。对比结果表明:当齿形深宽比一定时,齿形结构对密封性能影响较大,其中梯形齿比圆弧形齿的泄漏量多21%;圆弧形齿最容易使流体形成能量耗散的涡旋,密封效果最好。     

介质流向对径向错齿式迷宫密封性能的影响

对径向错齿式迷宫密封中径向向内和向外两种流向下的密封性能进行了探讨。研究表明,两种流向时的密封性能有明显差别,而且所产生密封效果的优劣因节流间隙的大小而相互交替变化,当h≤0.1～0.3mm时,向内流动的密封效果较好;当h≥0.1～0.3mm时,向外流动的密封效果较佳。     

齿型夹角对迷宫密封性能影响的数值研究

FLUENT软件对相关文献的实验模型进行数值计算,证明了所用计算方法的可靠性。模拟计算了6种不同等腰梯形齿的迷宫流场,并分析其密封机制,探讨了梯形齿夹角的变化对泄漏特性的影响。研究结果表明:当其它结构尺寸一定,随着梯形齿夹角的增大,迷宫密封的泄漏量减小,存在着最佳角度使得泄漏量最小;同一齿型角,在不同压比下,对泄漏系数的影响程度是不同的;不同齿型角,在不同压比下,对泄漏系数的影响程度也是不同的,随压比的增加,影响程度增加,如:齿型角为47°相比齿型角为20°结构,在压比为1.5和3.0时,泄漏系数就分别减小0.804%和1.63%。     

多变量双侧齿迷宫密封泄漏量模拟分析研究

针对目前主要以单侧齿、单一变量变化研究迷宫密封泄漏量所存在的不足,本文以多变量函数理论为基础,以双侧齿迷宫空腔结构多参数变化对迷宫密封性能影响为研究对象,对双齿侧、双变量变化的迷宫密封泄漏量进行研究。通过对迷宫密封流场中三角形齿和矩形齿的深宽比、密封间隙、齿数等参数变化的模拟研究表明,本文所提出的方法与原计算方法相比,计算精度高3%⁵%。     

基于FLUENT的迷宫密封机理研究

针对影响迷宫密封泄漏特性的三个因素:间隙宽度、齿型夹角以及空腔深宽比,计算了不同结构的内部流场,探讨了各因素对泄漏特性的影响,分析了密封机理。结果表明:迷宫密封的泄漏量随间隙的增大而增大,并得到满足泄漏量条件的最大间隙宽度cmax≈0.57mm;在一定深宽比下,存在最佳齿型角度,随着压比的增加,最佳齿型角度的影响加大;空腔深度和空腔宽度之间存在最佳匹配关系,且空腔深宽比不随间隙宽度的变化而变化。     

齿型对双侧迷宫密封性能的影响

采用 CFD 方法对不同齿型双侧迷宫密封结构的二维和局部三维模型内部流场进行数值模拟,研究齿型对往复式迷宫压缩机密封性能的影响。结果表明：当密封间隙和齿高一定时,齿型变化对双侧迷宫密封泄漏特性的影响较大,其中圆形齿密封效果最好,其次是梯形齿、三角圆弧齿、矩形齿;二维与三维流场数值模拟出的泄漏量变化趋势一致,但三维流场数值模型的计算结果更接近经验公式的计算结果。     

不同润滑状态下表面粗糙度对人字槽密封性能的影响

为研究端面形貌对液膜密封密封性能的影响,在人字槽液膜密封端面结构的基础上,建立考虑密封表面粗糙度的数学模型,采用端面形貌表征值(微凸体周向与径向的长度比)和表面粗糙度标准差(综合表面粗糙度的均方根偏差)表征粗糙参数,分析不同润滑状态下表面粗糙度参数对人字槽密封性能的影响。计算结果表明:在混合摩擦状态时,随着端面形貌表征值的增加,摩擦因数和泄漏量逐渐减小,液膜承载能力变大;随着表面粗糙度标准差的增加,摩擦因数和泄漏量变大,液膜承载能力下降;在全液膜密封状态时,随着端面形貌表征值的增加,摩擦因数不变,泄漏量减小,液膜刚度先增大后略为减小;随着表面粗糙度标准差的增加,摩擦因数不变,泄漏量和液膜刚度变大。