收敛楔形间隙流体静压机械密封中流场的数值模拟

建立了收敛楔形间隙机械密封流场的数值模型,基于有限体积法,采用流体力学软件Fluent,对密封间隙中的液膜进行三维数值模拟,得到了密封间隙中液膜的压力和速度分布.分析端面各结构参数(如密封面宽、收敛锥角)及操作参数(如转速、压力)对密封性能的影响,并计算得到稳定工况下的工作膜厚及泄漏量.结果表明:收敛锥角越大,泄漏量及开启力越大;最小液膜厚度越大,泄漏量越大,开启力越小;静压密封中轴转速对泄漏量及开启力影响不大.     

热弹变形对核主泵用流体静压型机械密封性能的影响

针对核主泵用流体静压型机械密封在高压和高速条件下,其密封性能易受端面热弹变形影响的特点,通过建立收敛台阶端面流体静压型机械密封的稳态传热模型,并考虑流体粘度随压力、温度的变化,建立端面流体膜压力和密封环温度的控制方程,采用有限差分法求解各控制方程,采用有限元法求解密封环热、弹变形,对密封进行流、固、热耦合分析,研究热弹变形对密封性能的影响;同时改变操作参数,研究端面温度、热弹变形、端面流体膜平衡间隙等随之产生的变化规律.结果表明,端面的弹性变形大于热变形;热弹变形的综合影响使端面由外径向内径形成收敛间隙,导致开启力、泄漏率和液膜刚度增加;动环角速度越高,流体温升越大,端面热变形越明显,泄漏率越大;流体注入温度越低,温粘效应越显著;流体注入压力越高,热弹变形量越大,密封端面平衡间隙亦越大.     

静压式机械密封结构参数研究及优化设计

针对一种收敛间隙静压式机械密封,建立流场的数值计算模型。采用有限元方法,在密封闭合力一定的条件下,对端面结构参数对密封性能的影响进行研究。利用MATLAB优化工具箱软件,以最大静态刚度为优化目标,对结构参数进行优化设计。结果表明,密封端面锥角和转折半径均对密封性能有显著影响。通过优化设计,可以得到在一定泄漏量范围内实现最大静态刚度的设计参数。     

不同T形动压槽液膜密封性能对比分析

针对T形槽机械密封摩擦副密封环端面间的液膜密封性能问题,建立了收敛形、直角形和发散形3种形式的动压槽液膜几何模型;并对3种不同形式动压槽的液膜流场进行了数值计算,得到了对应端面流场的压力分布。讨论了不同工况对3种槽形结构密封性能的影响并进行对比分析。结果表明:3种槽形结构的端面液膜压力分布规律相同,端面液膜压力均在左侧槽底部达到最大值,且动压槽两侧具有明显的压差,能够产生明显的动压特性;3种槽形结构的开启力和泄漏量均随着转速和压力的增大而增大,其中压力对密封性能的影响相对于转速对密封性能的影响较大;发散形槽比直角形和收敛形槽具有更强的动压特性,且拥有较高的开启力和较低的泄漏量,从而具有较好的密封性能。     

抛物线型流体静压型机械端面密封数值分析

以小型水下航行器艉轴用机械密封为研究对象,提出了抛物线型流体静压型机械端面密封(PHS-MS)二维轴对称模型;兼顾流体粘度随压力和温度的变化,采用有限差分法对Reynolds方程、能量方程、热传导方程及其他控制方程组成的耦合数学模型进行了数值计算;在相同的几何与环境参数下,通过PHS-MS与传统锥形(锥角β)流体静压型机械端面密封(CHS-MS)密封性能对比,表明在同等开启力下,PHS-MS泄漏量更小,提高了小型水下航行器运行的安全性及航程;研究了几何参数对PHS-MS密封性能的影响规律,获得了最优几何参数。     

端面周向波度密封中流场的数值模拟

建立端面周向波度密封密封端面间液膜流场的数值模型,采用计算流体力学软件FLUENT对密封间隙中的液膜进行三维数值模拟,得到液膜流场的压力分布,求得密封的泄漏量、开启力和刚度等密封特性参数,分析密封几何参数(如波幅、波数、密封环坝区的宽度与密封环宽度之比)对密封性能的影响.结果表明:随着液膜厚度的增加,开启力减小,泄漏量增大;密封几何参数对密封特性参数的影响存在一定的规律,如波幅越大、波数越多,密封环端面的流体动压效应越明显,而随密封环坝区的宽度与密封环宽度之比的增加,开启力、泄漏量和刚度都减小.     

泵用机械密封端面结构对流场特性的影响分析

依据泵用机械密封动、静环端面结构的夹角大小,建立平行、收敛、扩散三种间隙类型的流体膜三维模型,通过添加实际工况条件下的边界条件,数值模拟其流体膜的压力、承载力分布规律,结果表明,平行间隙中流体膜压力呈线性分布,而收敛、扩散间隙压力呈非线性分布,且收敛间隙中的流体膜压力大于扩散间隙中的压力;而平行间隙流体膜承载力要大于扩散间隙,而小于收敛间隙;同时探究了端面间夹角大小,转速对流体膜压力和承载力的影响规律,探究结果为泵用机械密封端面间隙类型的选择提供了理论指导,也为后续密封环变形对流场特性影响的研究打下了基础。     

新型动静压混合润滑机械密封流场数值研究

以流体膜为研究对象,建立了新型动静压混合润滑密封端面的三维模型,并利用流体力学软件FLUENT对端面流场进行数值模拟,得出端面液膜的压力分布及速度分布.通过与静压和动压式密封对比,分析了操作参数(如封液压力、转速)对密封性能的影响规律.结果表明,该密封兼有动压与静压两种密封形式的特点,泄漏量小,液膜刚度大,适合于低速非接触密封.     

超高速涡轮泵机械密封热弹流润滑特性研究

以超高速涡轮泵用机械密封为研究对象,针对超高速工况下密封界面多场耦合变形行为和热弹流润滑特性不明等问题,建立密封动静环和润滑液膜的耦合数学模型,研究不同转速和密封压力下的密封界面润滑特性和端面变形行为,分析相应的密封性能变化规律。结果表明：超高速工况下密封端面产生沿泄漏方向收敛的液膜间隙,密封动环的高温热变形是主因;随密封压力的增大,液膜间隙的收敛角减小,最大膜厚和泄漏率增大,端面温升明显减小;随着转速的增大,液膜间隙的收敛角、端面温升和泄漏率增大,摩擦扭矩减小。建立的流固热力耦合模型可为超高速涡轮泵用机械密封端面的优化设计提供理论指导。     

收敛锥面型静压密封流场数值分析

为研究静压式机械密封端面几何形状(收敛面宽度、收敛角度)和工作参数(转速)对密封性能的影响,使用简化的二维模型对收敛锥面型密封端面流场进行数值模拟。计算结果表明:随着收敛面宽度的增加,端面开启力、泄漏量和液膜轴向刚度都相应增加,并在宽度较小的范围内增加趋势较为明显,增大到一定程度后趋于恒定;随着收敛角度的增大,端面开启力和泄漏量同样逐渐增大,并在角度增加到一定程度后趋于不变,而轴向刚度呈现先增大后减小的变化趋势,并在很小的角度范围内变化就很明显,因此为了达到一定的液膜刚度,须控制收敛角在有效尺寸范围内(为0.03°～0.05°);密封面相对转速的变化对密封性能参数影响较小。