双列斜直线槽液体动压密封液膜特性的数值模拟

介绍了一种新型的双列斜直线槽机械密封,应用FLUENT软件对密封的液膜特性进行数值模拟,计算了在不同的结构参数和工况参数下密封端面间流场的压力分布、泄漏量、端面开启力和液膜刚度等特性.结果表明,双列斜直线槽机械密封可产生明显的动压效应和上游泵送效应,实现零泄漏.     

直线槽气体端面密封流体膜厚度的测量

针对低速工况气体密封研究较少而实际生产中又迫切需要开发的现状,开发了一种适于低速工况的直线槽气体端面密封,并采用自行设计的测量装置,利用电涡流传感器对直线槽气体端面密封工作时的流体膜厚度进行了监测。     

型槽参数对斜直线槽液膜密封性能的影响

为进一步探索斜直线型槽对密封性能的影响机制,基于质量守恒边界并定义液膜密度比,建立斜直线槽液膜密封动压润滑模型;采用有限差分离散方程,对比分析液膜空化理论与实验值,验证计算模型与程序准确性;研究斜直线型槽参数包括槽数、槽深、径向和周向槽宽比对密封性能的影响。结果表明：不同倾斜角时,在临界范围内,增加槽数或增大槽深均有助于提升液膜承载力、增大泄漏量并有效降低液膜空化,尤其在较大倾斜角下;在一定范围内,虽均增大径向和周向槽宽比可提升液膜承载力、促进液膜空化发生及增大泄漏量,但影响规律不尽相同。以提升液膜承载力为目标,得出的最优型槽参数为槽数42、槽深25μm、径向和周向槽宽比分别为0.7和0.6。     

双列斜直线槽液体密封上游泵送效应的研究

以双列斜直线槽液体密封端面间的液膜为研究对象,建立了求解端面液膜特性的控制方程,应用CFD软件对密封端面间的流场进行了数值模拟,计算了在不同槽深时的端面开启力和泄漏量。结果表明:双列斜直线槽液体密封可产生动压效应和上游泵送效应,通过合理设计,可使泄漏量为零或使流体向上游泄漏。     

直线槽端面气体密封分析计算

分析了直线槽端面气体密封间隙内的气体运动并建立了雷诺方程，用有限元方法对该方程进行了求解，得出了直线槽气体密封间隙内气体的压力分布；研究了直线槽气体密封端面几何参数对于密封性能的影响，并提出了直线槽气体密封具有“开启速度”的现象；以较大刚度时的最大刚漏比为目标函数，利用优化理论进行多参数单目标四维寻化计算，绘出了优化曲线图。     

涡动对液膜密封空化及动压性能影响

为进一步探索涡动现象对液膜密封性能影响,基于满足质量守恒的Schnerr-Sauer空化模型,建立螺旋槽液膜密封涡动模型,探讨密封环涡动半径、涡动速度对液膜密封空化分布及密封动压性能的影响。结果表明:涡动半径对液膜承载能力和泄漏量影响较小,但显著影响液膜空化率和倾覆力矩,尤其是正向涡动时;涡动速度对液膜空化率和密封动压性能影响显著,正向涡动时具有促进作用,反向涡动反之;在相同工况时,正向涡动对密封动压性能的影响好于反向涡动的影响。     

径向直线槽干气密封端面流场数值模拟

对径向直线槽千气密封端面流场进行了数值模拟，重点对端面压力分布进行了分析。结果表明，在气体流入(出)的槽台交界处压力达到负(正)峰值，适当的端面结构能在端面间形成使两端面分离的开启力。从端面开启力大小和泄漏量来看，有密封坝结构性能较好。     

流体动压径向橡胶密封圈的密封特性研究

基于矩形断面密封圈这一简化模型，首次推导了具体的润滑方程和弹性变形方程，运用迭代算法计算了油膜厚度和油膜压力分布，并讨论了几个密封系统参数对油膜厚度的影响，对于得到预期的弹流润滑效果具有指导意义。     

新型流线槽流体动压型机械密封性能*

以核主泵用新型流线槽流体动压机械密封为研究对象,建立密封间隙内液体膜的压力控制方程,应用有限差分法求解,分析特定工况下流线槽的结构参数对密封性能的影响。结果表明：泄漏量和刚度对密封间隙的变化最为敏感,间隙增大时,泄漏量迅速增加同时刚度急剧下降;刚度随槽深、槽长比、堰宽比增大而先增后减,并在一定区域获得峰值。流线槽槽数为12、槽深为2 μm、密封端面间隙为1 μm、槽长比为0.6、堰宽比为0.6时,液体膜具有较大的开启力、刚度和刚漏比,密封端面产生的流体动压效应显著,密封工作性能达到较佳状态。     

基于CFD的端面空化对液膜密封稳态特性影响研究

基于满足质量守恒的空化模型,利用CFD FLUNET软件建立螺旋槽液膜密封端面三维模型,探讨螺旋槽结构参数对密封端面空化产生的影响规律,分析端面空化对密封端面间流体膜的开启力、液膜刚度、泵送率等的影响。结果表明:以液膜中气相体积分数变化为判据,空化效应随槽深和槽数的增加而增强,随槽径宽径比的增加呈现先增强后减弱的趋势,但随螺旋角的增加而减弱;考虑空化效应后,液膜开启力和泵送量的数值与未考虑时有所降低,但变化趋势基本一致,而液膜刚度在一定的螺旋槽结构参数范围内波动较大,影响液膜的稳定性。因此,端面空化易导致密封失效。     

圆弧槽流体动压型机械密封的性能研究

以核主泵用圆弧槽流体动压机械密封为研究对象,建立了端面液膜压力控制方程,应用有限元法分析了稳态工况下圆弧槽几何结构参数对密封性能参数的影响,以在较高液膜刚度条件下获得较低泄漏量为几何参数的优化准则,得到了密封具有优良综合性能的几何参数优选范围.结果表明:当槽深比为2.0～6.0,槽数为8～24,槽宽范围在0.75 mm至端面外内半径之差的1/2,圆弧槽内半径小于和等于时端面外内半径之差的1/2时,密封具有优良综合工作性能.     

Theoretical Analyses and Field Applications of Gas-Film Lubricated Mechanical Face Seals with Herringbone Spiral Grooves

The gas-film-lubricated mechanical face seal is a combined hydrodynamic and hydrostatic seal with positive leakage. Up to now, it has been widely accepted by end, users and builders of high-speed turbo compressors. The groove technology on the sealing face of the seat is one of the core technologies of dry gas seals. This article presents a patented herringbone spiral-grooved gas seal. Its one-dimensional analytical solution and two-dimensional numerical solution methods for the gas-film pressure distribution on the sealing face are presented. Up to now, more than 200 gas seals adopting this groove technology have been applied successfully in high-speed turbo compressors that deal with dangerous process gas in the oil refinery and petrochemical industries. The theoretical analyses and field applications show that gas seals with herringbone spiral grooves are advanced and practicable.     

A Hydrodynamic Laser Surface-Textured Gas Mechanical Face Seal

A new type of hydrodynamic laser surface texturing gas seal with orientation ellipse dimples is introduced to improve hydrodynamic effect. Theoretical model is developed to study the hydrodynamic effect of this new gas seal. Then, a parametric investigation of the texturing parameters such as slender ratio, dimple inclination angle, dimple depth, and dimple area rate is presented for the presented gas seal under different operating parameters of rotation speed, seal pressure, and clearance. Results show that the orientation dimples can greatly improve hydrodynamic effect of laser surface texturing gas seals. Open force may be improved more than 20% greater by hydrodynamic effect in the analysis.     

端面流体动压密封中一种新的湍流计算模型

基于H irs湍流润滑理论,针对端面动压密封(或推力轴承润滑)推导了极坐标系下的湍流计算模型。推导出的湍流Reynolds方程中有3处包含湍流修正系数。与传统的通过单纯湍流Reynolds方程进行润滑计算不同,本模型还可以方便地计算流场各点切向和径向平均速度,得到流场速度分布,从而可以更精确地直接计算流量。对于一种新型双螺旋槽端面流体动密封装置,本文湍流模型计算得到的泄漏量与试验值吻合,适用于压力流动和速度流动共存的湍流润滑计算。     

螺旋槽气体端面密封动力学研究进展

气体端面密封属于非接触机械密封,密封操作的稳定性和可靠性与其动力学特性密切相关,螺旋槽气体端面密封动力学研究一直是该领域研究的热点和难点。综述了国内外气体端面密封动力学的理论及实验研究的发展历程、现状,指出低速气体端面密封动力学方面的理论研究和实验研究将足密封动力学研究的一个重点和方向。     

Spiral Groove Face Seal Behavior and Performance in Liquid Lubricated Applications

ABSTRACT

A series of experiments was conducted to study the behavior and performance of a spiral groove mechanical face seal in liquid lubricated applications. The seal's ability to contain water from ambient to near saturation conditions was tested. A comparison of experimental results with a numerical solution of the Reynolds equation under isothermal conditions was done. Two-phase and non-laminar flows were observed because of high speed, high temperature and high film thickness. Different lubrication regimes, such as mixed and hydrodynamic, were also reached. The results show that the spiral groove face seal can work for a large operating range with a lower friction factor but a higher leakage than the smooth face seal configuration.     

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。     

多孔端面气体密封无压开启特性的实验研究

通过无压开启特性实验,对方向性多孔端面机械密封的动压效应进行研究。实验中采用2种不同结构端面,对不同转速工况下的密封开启气膜厚度和摩擦扭矩进行测量,对密封端面的动压开启特性进行分析。结果表明:方向性微孔端面能够增大干式气体密封的动压开启力,保证机器启动时密封端面迅速打开,从而避免端面的接触磨损。     

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。