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。     

含有凹槽结构迷宫密封泄漏性能的数值研究

针对不同结构迷宫密封泄漏特性的问题,通过采用CFD三维分析的方法,研究了直通式和含有矩形和圆形凹槽的迷宫密封在不同压比,间隙,转速下的三维流场和泄漏特性。研究结果表明:含有凹槽的结构能够显著的加快耗散气体动能,进而提高密封效率,降低迷宫密封泄漏量,其中圆形凹槽比矩形凹槽阻止泄漏量更优;随着间隙增大,迷宫密封泄漏均增大,泄漏量和泄漏增长率依次是圆形优于矩形优于直通式;随着进出口压比的增大,泄漏量增加明显,矩形与圆形凹槽增加趋势相近;随着转速的增大,气体在迷宫密封内的湍动能耗散增大,泄漏量有所降低,凹槽迷宫密封内的涡旋充分耗散,泄漏量降低更多,达到极值后趋于稳定。     

透平压缩机迷宫密封泄漏量的数值仿真研究

给出了适用于透平压缩机迷宫密封泄漏量的修正模型,并用修正模型对变结构参数下的泄漏量进行规律研究.通过采用工程常用迷宫密封泄漏量理论公式,计算了不同压比下透平压缩机典型平滑型和曲折型迷宫密封流量系数,对比了试验结果,修正了流量系数值;在此基础上,进一步研究了不同间隙和齿数下泄漏量的规律,以研究参数变化对泄漏量的影响.研究结果表明:对于平滑型密封结构,修正模型的修正系数可选择在0.8~1.2;对于曲折型密封结构,修正模型的修正系数可选择在0.7~0.8.本文提供了一种较为准确、工程性的透平压缩机迷宫密封泄漏量模型的修正系数.     

风电齿轮箱迷宫密封泄漏量分析及结构优化设计

为了分析某风电齿轮箱内迷宫密封各参数对泄漏量的影响,利用数值模拟和构建代理模型对迷宫密封的泄漏行为开展了研究。首先,根据风电齿轮箱三维实体模型构建了其迷宫密封三维流场模型;然后,基于FLUENT软件,通过单一变量法研究了迷宫密封泄漏量随进出口压力比、润滑液动力黏度、高速轴与低速轴的转速和迷宫密封的密封齿间隙的变化规律;最后,构建了径向基神经网络(RBF)代理模型,在该代理模型的基础上,在影响迷宫密封性能的因素中,选取了密封间隙、密封腔体高度和密封腔体宽度三个结构参数作为设计变量,以迷宫密封的最小泄漏量和出口最大速度为优化目标,使用非劣分层遗传算法(NSGA-Ⅱ)获得了最优解。研究结果表明：迷宫密封泄漏量受两个转轴的转速影响很小;泄漏量与进出口压力比、密封间隙成正比,而与润滑油动力黏度成反比;求得最优解对应的参数所对应泄漏量减小了47%,出口最大速度降低了36%,数值模拟与优化理论计算结果一致。该结果可为研究迷宫密封泄漏量的影响特性提供理论依据。     

涡旋压缩机的径向迷宫密封研究*

针对涡旋压缩机径向密封难以实现的难题,提出一种径向迷宫密封。用几何学和热力学方法证明基圆渐开线型涡旋压缩机径向光滑间隙密封中的泄漏气速达到声速,分析径向光滑间隙密封中泄漏气体的热力变化过程,根据临界截面上气体的气动热力特性,推导出考虑边界层摩擦损失的径向光滑间隙密封泄漏量的算法,根据能量方程和连续性方程,推导出判定径向迷宫密封中泄漏气速是否达到声速的判别式和径向迷宫密封泄漏量的算法。计算和实测两种密封在一系列相邻压缩腔压差对应下的泄漏量。理论计算和试验对比表明,给出的两种密封泄漏量的算法正确;径向光滑间隙密封和径向迷宫密封的泄漏量均随着相邻压缩腔压差的增大而增大;径向迷宫密封的直通效应随着相邻压缩腔压差的增大而更加明显;径向迷宫密封泄漏量实测值约为径向光滑间隙密封泄漏量实测值的79%,说明径向迷宫密封的密封性能优于径向光滑间隙密封的密封性能。     

密封齿对侧开槽对迷宫密封泄漏特性的影响

为了降低迷宫密封的泄漏量,提出一种在直通型迷宫密封的密封齿前端和后端设立凹槽的密封结构,基于CFD方法,建立迷宫密封数值仿真模型。通过与已有试验数据的对比,验证模型的正确性。探讨不同湍流模型的适用范围,并对比光滑表面、前置凹槽、后置凹槽3种结构在泄漏量、轴向压降及流场速度分布的差异性。结果表明:SST湍流模型更加适用于迷宫密封这种窄间隙的近壁面流动;前置凹槽结构降低泄漏量的效果较差,只有在高压力差下才能降低泄漏量;后置凹槽结构能改变迷宫密封腔内漩涡方向及状态,进而降低迷宫密封透气效应,加剧密封的能量耗散的同时降低泄漏量。因此,后置凹槽的迷宫密封结构具有较好的工程应用前景。     

涡旋压缩机径向迷宫密封中泄漏气体气动热力行为研究

以涡旋压缩机径向迷宫密封为研究对象,分别用宏观能量法和黏性流动理论计算该密封的泄漏量,通过泄漏量理论值与实测值的对比,以期探寻泄漏气体的气动热力行为。在假设无透气效应和泄漏气体在迷宫槽中作等压恒温恢复的条件下,建立求解泄漏量的数理方程;在考虑透气效应与非等压恒温恢复的条件下,利用热力过程方程与黏性流动理论推导出透气流是否达到声速的判别式及临界气速、临界密度、泄漏量的计算式。将两种算法所得泄漏量与实测泄漏量对比研究发现,直通型迷宫密封中气体泄漏过程是膨胀吸热过程,膨胀过程指数随相邻压缩腔压差的增大而减小;泄漏是由透气流与相邻迷宫槽间的二维泊肃叶流共同作用形成的,透气效应随相邻压缩腔压差的增大而更加明显;用黏性流动理论求解泄漏量具有较高的计算精度。     

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。     

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。     

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%。     

转/静子齿对迷宫密封泄漏特性与动力特性影响机制研究

迷宫密封齿设计于转子或静子上对迷宫密封的性能影响较大.为揭示转/静子齿对迷宫密封泄漏特性与动力特性的影响机制,应用非定常动网格技术建立了迷宫密封泄漏特性与动力特性多频椭圆涡动求解模型,在验证求解模型准确性基础上,分析转/静子齿迷宫密封的泄漏特性与动力特性,并讨论2种结构对迷宫密封转子系统稳定性的影响.结果表明:转/静子...     

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.     

蜂窝结构对篦齿-蜂窝密封封严性能的影响

为提高压气机级间气路封严密封性能,在传统六边形蜂窝的基础上,改变其结构得到方形蜂窝和圆形蜂窝,数值研究不同间隙、压比和转速下蜂窝结构对篦齿-蜂窝密封封严性能的影响。结果表明:间隙增加时,篦齿密封、六边形蜂窝密封、方形蜂窝密封、圆形蜂窝密封4种密封方式泄漏量均线性增加,但由于蜂窝破坏了流场透气效应,故篦齿-蜂窝密封泄漏量增速最慢,其中圆形蜂窝密封封严效果最好;压比增加时,4种密封方式泄漏量均增加,但篦齿及蜂窝腔室内形成漩涡亦随压比增加而愈发强烈,耗散更多能量,故泄漏量增速逐渐变缓;转子转速增加时,流体环向速度增加,4种密封方式泄漏量均减小,而蜂窝环向切割流体形成漩涡耗散能量,故篦齿-蜂窝密封减小幅度较大。在大间隙高压比高转速的工况下,篦齿-蜂窝衬套结构封严效果更好,其中篦齿-圆形蜂窝密封最具优势。     

轴向迷宫密封性能的流固耦合分析

以往轴向迷宫密封设计时多借鉴旋转迷宫密封的研究成果,而对于轴向迷宫密封,其内部流体变化形式存在较大区别.为探讨轴向迷宫密封流场分布和泄漏特性,对某型号迷宫压缩机活塞气缸部位采用的齿形轴向迷宫密封结构进行研究.建立该轴向迷宫密封结构的三维模型,对迷宫密封泄漏特性进行流固耦合分析,分析迷宫密封流体域内压力分布、流场分布及结...     

新型涡流槽密封泄漏特性与动力特性研究

提出一种密封入口周向均匀设置有涡流槽的新型密封结构,建立了传统迷宫密封与新型涡流槽密封泄漏特性及动力特性求解模型,在实验验证数值计算方法准确性的基础上,通过比较分析了传统迷宫密封与新型涡流槽密封在不同进出口压比、预旋比工况下的泄漏特性与动力特性,研究了新型涡流槽结构对密封泄漏特性及动力特性的影响机理。研究结果表明：随着涡流槽数量的增加,涡流槽密封的泄漏量逐渐降低;在同一压比下,不同涡流槽数新型密封的泄漏量之间差值随着压比的增大而增大。当压比为6时,64涡流槽的新型密封较传统迷宫密封,泄漏量下降了3.37%;在高预旋比的工况下,不同涡流槽数量密封的切向气流力均与转子涡动方向相反,起到抑制转子涡动的作用,且随着涡流槽数量的增加,切向气流力也随着增大;随着转子涡动频率的增大,三种不同涡流槽数量密封的交叉刚度先减小到负值然后增大到正值。涡流槽密封的有效阻尼均高于传统迷宫密封,新型涡流槽密封可以提高转子系统的稳定性。     

螺旋槽对自适应迷宫密封的影响研究

为了增强浮动迷宫密封的浮起性能和适应转子径向跳动的能力,在主轴跑道的外表面增加了槽型结构,通过试验测量和CFD数值仿真研究不同压差、转速下不同开槽方式(无槽、直线槽与螺旋槽)对浮动迷宫密封泄漏特性和浮起性能的影响.结果表明:泄漏量随着压差的增大近似呈线性增长,直线槽浮动迷宫与螺旋槽浮动迷宫泄漏量数值计算值最大分别增加了...     

F级燃气轮机高压迷宫密封泄漏特性研究

以F级燃气轮机高压迷宫密封为研究对象,研究密封间隙、压比、密封齿厚对迷宫密封泄漏特性的影响规律,采用泄漏系数表征各种影响因素与密封泄漏量的函数关系。结果表明:相同压比条件下,密封间隙增大,泄漏系数增大,且增大的趋势变大;相同密封间隙下,随着压比提高,泄漏系数近似线性的增大;相同间隙和压比下,随着齿厚的减小,泄漏系数减小。     

蜂窝密封流动特性的数值研究和泄漏量计算公式的构造

采用标准k-ε紊流模型和三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解方法,利用商用CFD软件ANSYS CFX数值研究压比、蜂窝芯格直径、深度对蜂窝密封泄漏特性的影响。分析蜂窝密封在6种压比、3种蜂窝芯格直径、3种蜂窝芯格深度、恒定密封间隙和转速下的泄漏特性,研究结果表明:蜂窝密封泄漏量随压比的增加而增大;相同转速、压比和密封间隙下,合适的蜂窝芯格深度与直径能提高蜂窝密封的封严性能;蜂窝芯格深度一定时,蜂窝密封的泄漏量随芯格直径的减小而增大;芯格直径一定时,随蜂窝芯格深度的增大,蜂窝密封泄漏量先减小后增大。在经典迷宫密封泄漏量Egli计算公式的基础上,通过引入有效密封齿数和蜂窝芯格结构系数,构造能够可靠预测蜂窝密封泄漏量的计算公式并进行数值验证。