直通式篦齿密封性能的数值模拟与试验研究

利用 FLUENT 软件对过热蒸汽分级机转轴的篦齿密封的内部流场进行数值模拟,对影响其性能的部分因素进行分析。结果表明,篦齿密封两端压差对泄漏量的影响非常明显,压差越大,泄漏量越大;篦齿密封的泄漏量随着节流间隙宽度增大而增大,但两者是非线性的关系;在齿形角不变的情况下,篦齿空腔深度小于2 mm 时对密封泄漏量的影响很大,而空腔深度大于2 mm 时对密封泄漏量的影响很小;转轴转速对泄漏量基本没有影响。通过试验验证了数值模拟方法计算篦齿密封泄漏量的可行性。     

双侧迷宫密封性能影响因素的三维数值分析

以ANSYS Workbench为工作平台,采用ANSYS Meshing模块为三维气体通道进行非结构化网格划分,利用Fluent技术对流动在迷宫密封通道内的气体进行模拟分析,验证双侧迷宫密封结构在工作过程中的优势和有效性,分析双侧迷宫密封间隙以及节流齿等因素对迷宫密封性能的影响。结果表明:双侧迷宫密封结构的密封效果要优于单侧迷宫密封结构和间隙密封结构;双侧迷宫密封的密封间隙越大,气体的泄漏量越大;在规定密封长度内存在最佳节流齿宽度;节流齿逆于气体来流方向时的密封效果更好,并且节流齿存在最佳密封倾斜角度。     

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%。     

篦齿结构对封严特性的影响

根据旋转机械中常见的篦齿密封结构设计直通型和台阶型2组篦齿密封实验模型,实验研究篦齿密封的封严特性。通过实验和数值方法比较不同进出口压比和节流间隙下2组篦齿密封的封严特性,研究台阶篦齿与衬套轴向相对位置对封严特性的影响,探究篦齿内部沿程压力分布情况。研究结果表明:在密封长度相同的条件下,台阶齿泄漏系数比直通齿降低了约45%;台阶齿对节流间隙变化的敏感性要低于直通齿,表明台阶型篦齿性能稳定性优于直通齿;低压比时泄漏量受台阶篦齿与衬套轴向相对位置的影响很小;在文中条件下当齿尖位于衬套台阶中心位置时,篦齿密封的泄漏量最大;直通型和台阶型篦齿沿程压力系数的分布基本相同,都近似线性降低;与实验结果不同,数值计算结果表明台阶齿在齿尖处存在压力突降,而在齿腔中存在一个压力突峰。     

齿形结构对迷宫密封性能影响的动网格技术分析

采用动网格技术对4种不同齿形迷宫结构进行数值模拟,研究齿形对直通型迷宫压缩机密封性能的影响。结果表明：当迷宫间隙、迷宫齿齿高和齿距一定时,齿形变化对迷宫密封的密封性能影响较大,其中梯形齿形成的迷宫空腔对气体的能量耗散效果最为理想,因而阻漏效果最明显,其次是矩形齿、圆形齿和三角形齿;动网格分析技术能够更加真实、准确地体现出活塞连续运动时气体在迷宫空腔内能量耗散的过程,计算结果更加真实准确。     

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。     

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。     

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。     

基于数值方法的疏齿密封流场分析和泄漏量影响因素

该研究采用CFD方法,对不同结构、不同形状的疏齿密封的流场和泄漏量的影响因素进行了研究。计算了疏齿密封内汽流的压力分布以及速度分布,分析了汽流在最后一个密封齿处达到临界速度的条件。分别讨论了疏齿密封入口压力,密封齿顶间隙,密封齿腔室长度,密封齿厚度以及密封齿形状对汽流流场和泄漏量的影响,并且指出交错齿迷宫密封和带有凸肩的密封具有较好的密封效果。论述了汽轮机组等旋转设备应如何选择密封参数。     

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%。     

蜂窝轴封泄漏特性研究

根据某型汽轮机迷宫轴封的泄漏特性进行了蜂窝轴封的改进设计,以及蜂窝轴封的泄漏特性和影响因素的研究。介绍了透平机械密封技术的研究进展。根据汽轮机迷宫轴封的结构特点,对高低齿迷宫密封的短齿部分改进设计成蜂窝结构,将传统的迷宫轴封设计成蜂窝轴封,并采用数值方法研究改进的蜂窝轴封泄漏特性。数值分析了传统迷宫轴封的泄漏特性。比较了不同间隙、不同芯格尺寸的蜂窝密封的泄漏特性,得出了最佳蜂窝密封尺寸。蜂窝轴封的最佳设计方案是径向间隙0.50mm,蜂窝芯格直径是2.75mm。     

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%。     

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。     

高速动车组齿轮箱径向密封的数值研究

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。     

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。     

高速齿轮箱迷宫密封泄漏量正交仿真试验优化

以某型号高速动车组传动齿轮箱大齿轮电机端的迷宫密封结构为研究对象,运用Fluent建立带有扩散空腔的迷宫密封二维轴对称有旋流动模型,对迷宫密封泄漏量进行模拟仿真,指出现有结构存在密封间隙略大、齿顶角度较大、空腔深度较浅的不足。采用Design-expert 8.0软件设计仿真方案,通过分析密封间隙、齿形角度、密封齿数、密封空腔深度及传动轴转速对迷宫密封泄漏量的影响,得到一组使泄漏量最低的最优参数。结果表明:单因素对迷宫密封泄漏量影响的强弱顺序依次为密封间隙、空腔深度、齿数、角度,转速对泄漏量几乎没有影响;交互作用影响因素中,密封间隙和空腔深度对泄漏量影响大于密封间隙和齿数。通过重新建模仿真验证了利用Design-Expert 8.0软件设计迷宫密封泄漏量仿真试验方案和进行迷宫密封参数优化是可行的。     

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。     

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。     

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.     

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。