气膜浮环密封特性参数的影响因素分析

气膜浮环密封结构尺寸小,工作性能稳定,在高温高速等气体密封领域广泛应用。使用FLUENT软件,建立数值分析模型,计算了不同条件下气膜浮环密封的上浮力、泄漏量和实际偏心率等特性参数,通过实测结果验证了数值模型的正确性。研究结果表明:较大偏心率和节流长度能增加浮环的上浮力,过大和过小的操作压力和径向间隙不利于浮环上浮。研究结果为浮环密封结构的优化设计和操作参数的设定提供了一定的参考。     

气膜端面密封角向摆动自振稳定性

提出造成气膜端面密封角向摆动自振的内在机理，既有半频摆动自振又有角向气锤自振。在其稳定性分析中给出了不同端面结构、浮环支撑弹簧和二次密封阻尼等的影响。分析按照小扰动线性化的分布参数法，联立气膜微扰雷诺方程和浮环微扰运动方程，对密封系统的角向摆动自振稳定性界限进行了数值迭代。     

螺旋槽干气密封压差扰动下的瞬态特性研究

干气密封的瞬态特性是密封动力学研究中的重要内容,而现有研究主要关注于密封稳态特性的研究。本文针对密封内外压差波动这一典型工况开展仿真分析,研究螺旋槽干气密封在扰动工况下的瞬态特性。计算中,将润滑方程、接触方程与动力学方程耦合求解,以轴向膜厚、角向偏摆角、泄漏率和端面接触载荷为主要指标。结果表明:密封侧压力突降相比较于突升,更易引起密封环震荡,但后者更易诱发端面接触。对于扰动引起的瞬态震荡,密封的角向行为引起震荡时间的延长与震荡幅值的减小,其与轴向行为共同决定端面接触的可能性。动静环间的极薄气膜不仅将动环的行为传递给静环,同时通过弱化轴向与角向行为的相互影响来缓解扰动所引起的密封瞬态震荡。     

基于流固热耦合的浮环密封力学特性数值研究

考虑温度的影响,建立浮环密封力学特性流固热耦合数值求解模型,在验证计算方法准确性的基础上,研究浮环密封的流场特性,以及石墨烯、石墨、铝合金以及碳化硅4种材料的浮环密封在不同进口压力、温度时的力学特性。结果表明：浮环密封在偏心时,由于楔形间隙的存在,气流经过这种结构产生流体动压效应,在较薄的流体域一侧形成局部高压区,较厚的一侧压力无明显变化,而温度沿轴向方向逐级升高,且偏心率越大,偏心位置的温度越大;浮环密封流体域温度随着进口压力的升高而降低,因温度影响材料的属性,使得不同材料的浮环密封结构对温度会很敏感;不同材料浮环密封的变形量随进口压力的增加而减小,应变也随着进口压力的增加而减小;4种材料浮环密封的变形量与应力均随着进口温度的增加而增大。     

渭河化肥厂K1850合成气压缩机浮环密封工作原理分析

陕西渭河化肥厂合成气压缩机为透平驱动的多级离心压缩机,由DELAVAL(美)制造。其主要工作参数如下: 入口压力:8.576MPa(G) 出口压力:14.27MPa(G) 温度:30～90 oC 工作转速:11500r/min 介质:合成气(氢72%,氮24%,氨4%) 该机组输送工艺介质气体为合成气,易燃易爆,危险性大,而且转速、压力极高,连续运转。这就要求压缩机轴封可靠性好,密封泄漏小,寿命长。该机组采用的密封型式为带“液压静力卸荷”特殊结构的两级浮环组合式密封(见图1)。靠合成气侧为内浮环,大气侧为外浮环。在内外浮环之间引入高于工艺气压力约50kPa的封油,通过旋转时浮环与轴之间产生的微小间隙变化形成压力油膜,产生的节流降压作用而达到密封目的。 1.大气侧腔体2.浮环座3.大气侧浮环4.浮环压板5.介质侧浮环 6.轴套7.介质侧腔体 图1带“液压静力卸荷”特殊结构的两级浮环组合式密封 1 浮环密封的密封原理 浮环密封属于液体节流式非接触密封。它的密封原理是靠高压密封油在浮环与轴套之间形成油膜,产生节流降压,阻止高压侧气体流向低压侧。在工作时...     

浮环密封的结构分析及研究现状

对浮环密封的工作原理、结构、及其在运转条件下的受力分析和浮环密封泄漏量的计算做了介绍.对目前国内外浮环密封的研究现状、设计及其研究方法做了分析比较,展望了其发展前景,可供浮环密封的结构设计和研究借鉴.     

高压高转速螺旋槽干气密封浮环变形研究

柱面螺旋槽干气密封被应用于高参数工况时,由于浮环容易发生变形,影响密封系统的运行和性能。根据柱面干气密封的结构特点,建立考虑流固耦合下的旋转环和浮环的模型;绘制柱面气膜计算域,利用独有block映射技术的ICEM软件对气膜模型进行跨尺度网格划分;采用Fluent对气膜流场进行模拟计算,提取浮环表面所受气膜承载力的变化函数;结合ANSYS Workbench将变化的气膜压力耦合到浮环固体表面上进行力变形求解,讨论介质压力、转速对变形的影响规律。结果表明:浮环的变形主要表现为沿径向的挤压变形,浮环外边缘处产生最大压缩位移,且最大变形量超过了密封时的平均气膜厚度,说明流场的变化对浮环的变形有一定的影响;浮环的最大变形量及应力值与介质压力、转速呈线性关系增加,其中介质压力起主引导作用。     

轴承腔环瓣式浮环密封摩擦热分析

针对航空发动机轴承腔高转速、变压差下的摩擦生热问题,对环瓣式浮环密封的主要参数进行了研究。采用ANSYS有限元软件,建立了密封摩擦发热以边界条件施加的热模型;基于Fluent建立了跑道散热流固热耦合模型,研究了不同阻封气温度、冷却油流量下跑道的温度变化,模拟了温度分布及冷却油散热效果,得出了影响密封发热的主要因素。研究结果表明:密封摩擦发热会引起局部温度过高,产生不均匀热应力导致密封面变形,增大泄漏量,压差、转速等对密封摩擦发热影响很大,应通过减小关闭压力的方式来减少密封的发热;冷却液的冷却效果与跑道的生热量存在极限值,继续增加供油量不会提高跑道的降温效果;该结果可为轴承腔环瓣式浮环密封的摩擦过程研究提供参考。     

航空发动机浮环密封上浮性能试验研究

采用电涡流传感器建立一套浮环密封上浮性能试验方法,该方法可定量地判断浮环密封临界浮起转速,精确地测量浮环密封中密封环的上浮量,并通过计算得到密封环偏心率随转速变化曲线。利用该方法开展某航空发动机浮环密封不同工况条件下上浮性能试验研究,上浮量测量结果与实际位移偏差满足工程测试精度,验证该方法的可行性。试验结果表明:上浮量测量结果与实际位移基本一致,浮环密封上浮性能与密封件两边压差、介质等因素有关;浮环密封正常工作时密封环会与壳体端面产生微动磨损,浮环密封设计时需要考虑微动磨损对浮环密封性能及寿命的影响。     

浮环密封动力学特性实验与分析

一、引言浮环密封是石油化工用高压高速透平压缩机广为采用的一种新型密封型式。它的作用是防止转轴在通过壳体时产生泄漏,它的基本概念,是以轴与浮环之间的狭窄间隙中所产生的节流作用为基础的。浮环在间隙中的流体动力的作用下浮起,在正常情况下浮环与轴不会产生磨损。但是,由于在间隙中的流体流动的状态、稳定性和类型不同以及轴的振动等,实际上,浮环是一个在不稳定的流体动力、浮环质量的惯性力、浮环与隔离环间的方向变化的摩擦力作用下的复杂的运动系统。已有的计算方法假定浮环与轴线是固定的,这种计算方法虽然简单,但很不准确。因为它没有考虑在上述力的作用下浮环密封的动力学问题,因而根据现有的设计计算方法,不可能确定在轴与浮环不发生磨损的情况下,保     

大功率瞬态工作离心泵密封系统的选型设计

介绍了大功率特种离心泵的瞬态工作特性,分析了离心泵中旋转主轴密封系统的特殊性能要求。以特殊工作需要为依据,探讨了几种可能被采用的传统和新型密封型式,介绍了填料密封、机械密封、浮环密封、螺旋密封和磁流体密封的工作原理、性能特点和适用范围。根据密封装置工作条件的特殊性和各种密封的性能和结构特点,设计了适合于瞬态工作离心泵的组合密封结构形式,并对该组合密封的适用性进行了分析。     

浅槽环瓣型浮动环密封的动态特性分析

在浅槽环瓣型浮动环密封静态性能分析的基础上,对其动态特性进行了研究分析。利用Reynolds方程,通过计算微小位移或速度扰动对液膜动压力的影响获得液膜的刚度和阻尼,然后结合系统结构分析其稳定性。结果表明：浅槽环瓣型浮动环密封具有相当优越的稳定性,具有相当大的刚度和非常迅速的反应速度;密封腔压强、转速对于刚度系数、阻尼系数及系统的稳定性具有较大影响,其中刚度和阻尼随压强的增大而增大,随转速的增大而减小,超调量和调整时间随压强的增大而减小,随转速的增大而增大。     

六叶柱形浮环轴承流体动力学特性的边界元分析

采用边界元方法对六叶柱形浮环轴承润滑剂的流体动力学特性进行了研究,得到了六叶柱形浮环轴承润滑区的流场分布、轴瓦内表面上的压力分布及浮环外表面的压力分布. 对几种偏心率下六叶柱形浮环轴承的数值计算结果进行了比较分析,得到几种偏心率下六叶柱形浮环轴承压力随偏心率的变化规律.结果表明:与无浮环轴承相比,在各种偏心率下,多叶浮环提高了轴承的稳定性,内摩擦功耗减少,可延长轴承的使用寿命.采用边界元方法分析多油叶复杂结构的浮环轴承流体动力学特性问题是非常方便有效的.     

错位浮环轴承稳定性的边界元分析

为了提高轴承的稳定性,将增加浮环和改进几何形状两种方法结合起来,设计了错位浮环轴承,并采用边界元方法,研究了在各种偏心率下错位浮环轴承的稳定性,得到了错位浮环轴承的轴颈表面、轴承表面及浮环内外表面的压力随偏心率的变化而变化的规律。结果表明,在各种偏心率下,错位浮环轴承提高了轴承的稳定性,与错位轴承相比,错位浮环轴承减少了内摩擦力,为减少磨损提供了有利条件。     

非接触机械密封的非线性动特性系数及瞬态振动响应分析

建立了考虑倾斜情况的弹性补偿单元支撑的非接触机械密封瞬态振动响应分析模型,该模型包括了瞬态Reynolds方程、运动方程以及二阶非线性动特性系数求解方程等。采用Euler法求解获得了非接触机械密封在轴向振动位移和静环倾角随时间变化时的瞬态振动响应特性。计算得到瞬态油膜力作用下的密封轴向力和倾覆力矩相关的14个动特性系数。结果表明：密封间隙内流体阻尼对密封副和摆动的影响是线性的;密封副瞬态振动影响油膜厚度分布,从而引起油膜压力分布发生变化,结果导致密封环发生摆动;密封副摆动同样也会引起密封轴向振动。     

内外膜独立供油向心浮环轴承稳定性研究

用有限元法计算内外膜独立供油的高速径向浮环动静压轴承的刚度系数和阻尼系数,用Routh-Hurwitz准则给出计入轴颈和浮环质量的稳定性判据。分析供油压力对浮环轴承内外膜无量纲临界质量的影响,结果表明动静压浮环轴承小偏心工作时,降低供油压力可提高系统稳定性;大偏心下工作时,采用较高的供油压力可提高系统的稳定性。     

浮环密封基本特性的研究

本文介绍了浮环密封基本特性的试验研究结果和初步分析,其中包括压差—泄漏量关系、压差—温度关系、浮环的“浮起速度”以及浮环的动态特性。     

基于CFD方法的螺旋槽浮环密封性能分析

建立了螺旋槽浮环密封计算模型,提出了划分区域网格的方法,并确定边界条件.应用CFD-Fluent软件,计算了密封间隙流场速度压力分布,分析了各种工况对泄漏量、浮升力的影响,并与普通浮环密封进行了比较.结果表明:螺旋槽结构具有良好的动压效应,并且流场内出现明显的回流现象;轴颈转速、压差对泄漏量、浮升力影响显著.     

两类多油楔浮环轴承性能比较

高速轻载机械常使用多油楔轴承,通过对三油楔浮环轴承和油楔个数是其两倍的六油楔浮环轴承动压油膜流体动力特性的计算和比较,判断出多油楔浮环轴承油楔个数及浮环对轴承性能的影响.多油楔浮环轴承不但边界复杂而且是多域问题,由于边界元方法不需要域内网格划分,只需边界离散,因而在处理复杂边界问题、多域问题时有其独特的优越性,计算工作量小,精度高.利用边界元方法计算了三油楔、六油楔两类浮环轴承的外油膜流场分布、轴承及浮环表面压力分布、e =0.03时轴承表面压力分布直观图、有无浮环时内摩擦损耗,并且对两类轴承的稳定性、承载能力及内摩擦损耗作了比较.通过对计算结果的分析和比较判断出在相同的偏心率下油楔个数的增加可以提高轴承的稳定性和承载力,加入浮环后可以减小轴承的内摩擦损耗.     

航空发动机气膜浮环密封上浮性能研究

为研究气膜浮环的上浮性能,针对航空发动机主轴承箱的气膜浮环密封系统,建立浮环的有限元模型并提出一种上浮转速的计算方法。采用Ansys建立密封组件的有限元模型,提取浮环与跑道的径向变形,得到浮环密封的动态间隙。采用Fluent建立浮环密封偏心气膜模型,提出浮环上浮转速与泄漏率的计算流程。在先增压至工作压力再增速和先增速到工作转速再增压2种操作条件下分析各结构参数、操作参数对浮环上浮转速的影响,并搭建试验台进行试验验证。结果表明:低压差下气膜浮环的泄漏率与偏心率呈近似二次关系,上浮力随偏心率增大而增大但会有一个畸变过程;在保证密封性能的前提下工程设计时应选取较小的波簧弹力,较大的节流长度。不同的操作方式下各密封参数对气膜浮环上浮性能的影响呈现很大的差异性,综合来说先增速后增压时上浮性能较好,有条件时开车前应先进行上浮性能的分析再选择操作条件施加的顺序。