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。     

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。     

小迷宫密封间隙对离心制冷压缩机性能的影响

为探讨小迷宫密封间隙设计条件下离心制冷压缩机性能变化规律,以离心制冷压缩机为研究对象,通过CFD方法对压缩机叶轮和迷宫密封内的流动进行模拟.研究结果表明:迷宫密封内的流体压力近似呈阶梯状降低;在叶轮入口流量相同时,随密封间隙增大,泄漏量和泄漏损失系数在小流量工况下增大的幅度较大;在同一密封间隙下,随着压缩机叶轮入口流量...     

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。     

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。     

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.     

迷宫式涡旋齿和无迷宫涡旋齿切向密封性能对比

针对涡旋压缩机涡旋齿切向密封难以实现的难题,提出一种迷宫式涡旋齿结构.给出无迷宫涡旋齿切向泄漏量的算法和迷宫式涡旋齿切向泄漏量的算法.计算和实测了新旧结构在相邻压缩腔压差不同的条件下的切向泄漏量.对比研究表明,给出的两种结构的泄漏量的算法正确,无迷宫涡旋齿结构的切向泄漏量和迷宫式涡旋齿结构的切向泄漏量均随着相邻压缩腔压差的增大而增大,但迷宫式涡旋齿结构的切向泄漏量与无迷宫涡旋齿结构的切向泄漏量的比例基本恒定,约为46.3%,说明迷宫式涡旋齿结构在相邻压缩腔压差不同的条件下的切向密封性能稳定,并且优于无迷宫涡旋齿结构的切向密封性能.     

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。     

分层采油泵迷宫密封槽结构对阻流效果的影响

分层采油泵内柱塞与泵筒间隙密封的间隙几何参数和密封槽结构对阻流效果皆有影响。为探究有限长度泵间隙下密封槽的槽宽和数量对泄漏量的影响,基于Naiver-Stokes方程建立产出液在间隙流动控制方程,基于计算流体动力学对间隙流场进行数值分析。以广泛使用的FCCYB38-28A型分层采油泵为例（其配合间隙有3种,分别为0.045、0.095及0.145 mm）,分析不同泵间隙下密封效果随密封槽的尺寸和数量变化的规律。结果表明：0.045 mm密封间隙下泄漏率随密封槽槽宽波动变化,先减小后增大;0.095、0.145 mm密封间隙下泄漏率随着密封槽槽宽增大而减小;0.145 mm密封间隙下,随密封槽数量增加泄漏率减小,但由于密封槽数量增多产生的透气效应使得泄漏率减小趋势逐渐趋于平缓;在给定密封长度和0.145 mm间隙下密封槽数量取21个、尺寸取1.5 mm×1.5 mm时间隙密封具有较好的阻流效果。     

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。     

基于ANSYS的井下增压器活塞间隙密封研究

针对井下增压器活塞密封问题,提出以非接触式迷宫间隙密封代替原有填料密封。构建迷宫间隙密封的二维增阻槽模型,基于ANSYS-Fluent流体仿真软件,采用SST模型和SIMPLE算法,分析单个槽槽深和槽宽与泄漏量之间的关系,并探讨有限长度下增阻槽的布置方法。结果表明:槽深一定时,泄漏量随着槽宽的增大而增大;槽宽在1 mm以上时,当槽宽深比在2∶1左右泄漏量最小;槽深增大达到槽宽深比为1∶1时,随着槽深增大泄漏量的变化趋于平缓。在有限长度下,槽间距增大,槽与间隙进出口的距离减小,泄漏量随着槽间距的增大呈现出先减少后增大的规律,因此必须合理匹配槽间距及槽与间隙进出口的距离,才能达到较好的密封效果。     

基于FLUENT技术迷宫密封的结构优化

以压缩机迷宫密封为研究对象,利用FLUENT模拟气体在迷宫密封中的内部流动,分析了气体在迷宫密封中的速度与压力分布,并研究了间隙宽度和空腔深度对迷宫密封泄漏量的影响,提出了4种不同尺寸的迷宫密封结构,分别得到在不同模型下泄漏量与压差之间的变化规律,其中模型D有效减少了迷宫密封的泄漏量,提高了密封性能。     

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。     

活塞式制冷压缩机活塞与汽缸间隙迷宫密封的理论研究

对活塞式制冷压缩机工作过程进行了数值模拟,建立了活塞与汽缸迷宫密封的数学模型,分析了泄漏量随活塞与汽缸间隙及迷宫槽间距变化的关系.     

燃机曲折型迷宫密封的泄漏特性研究

以F级燃气轮机中曲折型迷宫密封为研究对象,对其内部流场和泄漏特性进行数值模拟,研究密封间隙、压比对迷宫密封泄漏特性的影响。结果表明：在相同密封间隙下,泄漏量随着压比的提高而增加;相同压比下,泄漏量随着密封间隙的减小而减少。基于数值计算结果,对现有迷宫密封泄漏量计算公式进行修正,建立曲折型迷宫密封的泄漏量计算公式。该公式计算结果与CFD数值模拟结果吻合很好,和同类公式相比,能够更为精确地计算该类型密封结构的泄漏量。     

燃气机曲折型迷宫密封的泄漏特性

以F级燃气轮机中曲折型迷宫密封为研究对象,对其内部流场和泄漏特性进行数值模拟,研究密封间隙、压比对迷宫密封泄漏特性的影响。结果表明:在相同密封间隙下,泄漏量随着压比的提高而增加;相同压比下,泄漏量随着密封间隙的减小而减少。基于数值计算结果,对现有迷宫密封泄漏量计算公式进行修正,建立曲折型迷宫密封的泄漏量计算公式。该公式计算结果与CFD数值模拟结果吻合很好,和同类公式相比,能够更为精确地计算该类型密封结构的泄漏量。     

齿形角对迷宫密封性能影响的流固耦合分析

以往复式压缩机交错型迷宫密封结构为研究对象,采用流固耦合分析方法对不同齿形角下的密封结构内部流场、气缸及活塞结构进行同步联合求解,分析齿形角对迷宫密封性能的影响。分析结果表明：迷宫密封的泄漏量随齿形角增大呈先减小后增大趋势,当齿形角为30°时,膨胀空腔内的涡旋最为强烈,能量耗散最为彻底,整体密封性能最好;流场与固体结构的相互作用对流场分布产生影响,从而对流体泄漏量产生影响,因此采用流固耦合分析方法较流体模型分析方法的结果更接近于理论值,采用流固耦合分析方法进行的三维模拟也更加贴近工程实际。     

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。     

涡旋压缩机机构误差对密封间隙的影响分析

根据曲柄销防自转涡旋压缩机的结构,从平面杆件机构的基本原理出发,分析了机构尺寸误差引起动涡旋自转误差模型,并建立了动涡旋自转误差对动、静涡旋密封间隙影响的计算式,通过算例对曲轴回转一周自转误差引起密封间隙的变化及对压缩机气密性、稳定性和安全性的影响进行了分析讨论。结果表明,对于回转半径固定式曲轴结构的涡旋压缩机,由于曲轴偏心为定值,动涡旋逆时针自转时泄漏间隙增大使密封性能变差,泄漏增加。动涡旋顺时针自转时泄漏间隙减小,较大的自转角有可能造成动、静涡旋齿面硬接触,使摩擦损失增大,长时间运转涡旋齿易产生疲劳断裂,因此设计时应严格控制加工精度,减少尺寸误差带来的不利影响。