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。     

蜂窝密封流动特性的数值研究和泄漏量计算公式的构造

采用标准k-ε紊流模型和三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解方法,利用商用CFD软件ANSYS CFX数值研究压比、蜂窝芯格直径、深度对蜂窝密封泄漏特性的影响。分析蜂窝密封在6种压比、3种蜂窝芯格直径、3种蜂窝芯格深度、恒定密封间隙和转速下的泄漏特性,研究结果表明:蜂窝密封泄漏量随压比的增加而增大;相同转速、压比和密封间隙下,合适的蜂窝芯格深度与直径能提高蜂窝密封的封严性能;蜂窝芯格深度一定时,蜂窝密封的泄漏量随芯格直径的减小而增大;芯格直径一定时,随蜂窝芯格深度的增大,蜂窝密封泄漏量先减小后增大。在经典迷宫密封泄漏量Egli计算公式的基础上,通过引入有效密封齿数和蜂窝芯格结构系数,构造能够可靠预测蜂窝密封泄漏量的计算公式并进行数值验证。     

压气机级间台阶篦齿封严的封严性能研究

以压气机级间的三台阶篦齿封严结构为研究对象,研究篦齿封严间隙、篦齿深度、篦齿前后倾角、衬套开槽的深度对台阶篦齿封严的泄漏特性、温升特性和旋流特性的影响。研究结果表明:篦齿封严间隙和篦齿前倾角对封严性能有较大影响;随封严间隙的减小,实际泄漏流量明显减小、风阻温升明显增大、旋转比减小,封严间隙从1.0 mm减小到0.2 mm,实际泄漏流量减小幅度为73%,系统的风阻温升增大幅度为78 K,系统旋转比从0.33减小到0.27;随篦齿前倾角的增大,实际泄漏流量微弱减小、风阻温升微弱增大,而前倾角对系统的旋转比影响不大,前倾角从0°增大到30°,实际泄漏流量减小幅度为20%,系统风阻温升增大幅度为7 K。因此,可以通过适当减小封严间隙和增大篦齿前倾角来达到减小泄漏流量的目的。     

台阶式斜篦齿封严压降与风阻温升数值分析

为研究转速、进口压力及齿隙和齿宽的比对斜篦封严压降与风阻温升特性的影响,建立二维阶梯式斜篦齿封严模型,对台梯式斜篦齿封严进行数值仿真计算,获得不同转速、进口压力及齿隙和齿宽的比下的进出口压差和风阻温升,以及最后一级齿隙处射流的温度和压力。结果表明：斜篦齿的背风面存在高温带,主要是由于旋转的摩擦效应、阶梯几何结构和2个大尺寸涡相遇处的掺混效应所导致;贴壁大尺寸涡与主流的动量交换随着转速的增加而增强,主流与齿腔大尺寸涡的动量交换随着转速的增加而减弱;风阻温升随着齿隙和齿宽的比的增大而降低,随着转速的增加而升高,但与进口压力的关系不明显;进出口压差随着转速的增加而增大,随着齿隙和齿宽的比的增大而减小;出口射流的压力随着进口压力的增加而增加。分别得到压差比和风阻温升系数的拟合式,拟合效果符合预期。     

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。     

蜂窝芯格尺寸对蜂窝密封流动特性的影响

采用RNG k-ε两方程紊流模型、Simple算法和结构化网格,利用Fluent软件数值分析不同间隙、压比和转速条件下,蜂窝芯格尺寸对蜂窝密封内泄漏流动的影响。结果表明:蜂窝密封特殊的六边形结构可以将泄漏流分割成许多小涡流,漏汽在蜂窝腔内呈逆时针螺旋式三维紊流运动;芯格尺寸越大,漏汽量越大;同一密封间隙下,随着芯格尺寸的增大,泄漏量增大的趋势在升高;随着压比的增大,蜂窝密封的泄漏量增大,但泄漏量增加的趋势在减小;随着转速的增加,转轴表面形成强烈的气旋效应,有利于阻滞泄漏流动。     

反旋流对密封静力与动力特性影响的理论与试验研究

设计加工无/有反旋流共4种密封结构,从理论与实验两个方面研究反旋流对密封静力与动力特性的影响规律。建立反旋流密封静力特性CFD模型,理论分析反旋流对密封间隙流体切向速度、周向压力分布以及泄漏特性的影响;设计搭建反旋流密封动力特性试验台,试验测试无/有反旋流密封的泄漏特性,应用不平衡同频激励法试验研究反旋流对密封动力特性的影响。研究结果表明:反旋流可减小密封间隙流体的切向速度,进而降低密封间隙流体的周向压力差,且密封间隙流体周向压差随切向速度的减小而降低,这是反旋流抑制密封气流激振力的主要原因;密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大,两者近似呈线性关系;与无反旋流密封相比,反旋流密封增加了密封的泄漏量,且随着进出口压比的增加,两者泄漏量差异增大;密封的动力特性系数的随密封进出口压比与转速的增加而增大。在相同工况下,主刚度大于交叉刚度约一个数量级,主阻尼与交叉阻尼数量级相同,且主阻尼大于交叉阻尼;反旋流可有效降低密封的等效刚度,增加密封的等效阻尼,提高密封的稳定性。     

衬套结构对篦齿密封封严性能的影响

为提高压气机级间篦齿密封封严性能,设计矩形开槽、梯形开槽、矩形挡环和梯形挡环4种衬套结构,数值研究不同压比和间隙下衬套结构对篦齿密封泄漏特性的影响,并与光滑衬套进行对比。结果表明：随压比增加,流体加速,密封泄漏量均增大,然而设置挡环衬套可直接阻碍壁面射流,其中梯形挡环可以引导射流回冲,加剧齿腔中湍流混乱程度,故泄漏量增速逐渐变缓;间隙相同时,挡环衬套密封效果最好,开槽衬套仅在最佳间隙值时才凸显其封严优势,而挡环衬套随间隙增加封严优势逐步放大。因此,高压比大间隙工况下,挡环衬套封严性能更好,其中梯形挡环更具优势。     

浮升力对盘缘篦齿封严性能的影响

基于Boussinesq近似,对准三维盘缘篦齿进行数值模拟,求解温度场和速度场,研究次流通道流体的流动和换热特性,分析浮升力对盘缘篦齿封严性能的影响。结果表明：重力场引起的浮升力对封严效果基本无影响,而离心浮升力对旋转件附面层流体有一个径向的驱动作用,使得次流通道流动阻力增大,篦齿封严性能变好;在有热边界的情况下,离心浮升力对泄漏系数的影响与次流格拉晓夫数有关;随着壁温和转速的增加,离心浮升力对于提高封严篦齿性能的作用增大;随着轴向间隙的增大,泄漏系数增大,且离心浮升力降低篦齿泄漏系数的作用随轴向间隙的增大而减小。     

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。     

计入热弹变形的周隙密封性能研究

对周隙密封进行热弹流研究,分析周隙密封的流场、压力场和温度场。计入热弹变形的作用,比较不同参数如转速和不同密封瓦材料等因素对密封性能的影响。研究表明:密封瓦热膨胀变形非常显著,密封瓦体的热变形为向瓦体外部膨胀,使密封瓦油膜间隙变大,泄流量增大;随着转速的升高,密封瓦的侧泄流量和温升均迅速增加;使用热膨胀率较低的碳碳复合材料,将使密封瓦的侧泄流量和功耗大大降低。     

The development of a flexible bushing seal for rotating shafts

Pressures and speeds now specified for rotary shaft sealing duties frequently exceed the capabilities of rotary shaft lip seals, compression packings or even mechanical face seals. Elaborate pressure balancing arrangements, additional lubrication or cooling may be required to establish a viable sealing system which could still be running close to the operational limitations of the chosen seal type. A measure of unreliability is almost inevitable under such conditions. This paper describes a new and radical approach to the sealing of rotary shafts based on a no-contact self-energized flexible throttle which may be used in endless or split form. The elimination of any seal contact pressure whilst achieving leakage rates of acceptably low levels - lower than many conventional packings for example - has a dramatic effect on power consumption and seal environment temperatures. By taking the conventional rigid throttle bush theory and translating the idea into a pressure responsive flexible clearance seal, PV conditions exceeding 1000 bar m/s have been sustained repeatedly with a variety of fluids. No separate energization of the seal other than by system pressure is normally required. The product is already being used or investigated in water turbine, pump, hydraulic motor and marine sterngland duties and has been evaluated theoretically and practically by BHRA at Cranfield and the National Centre of Tribology, Risley.     

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。     

车辆减振器油液微小内泄漏分析

针对车辆减振器油液内泄漏问题,对其内部油液微小内泄漏开展仿真与试验分析。通过数学模型对活塞与缸筒环形缝隙中流体进行理论受力分析,运用Autodesk Inventor软件建立减振器内部环形间隙流体几何模型,利用CFD仿真技术对环形间隙流体三维模型开展仿真分析,通过改变流场速度、压力、湍流动能及温度参数,分析得到影响减振器油液微小内泄漏的主要影响因素;采用伺服示功机对不同活塞速度和环形间隙下的油液内泄漏进行试验测试。结果表明:活塞静止时,节流口速度、压力、湍流动能的变化对环形间隙油液内泄漏影响较大,温度变化影响较小;活塞运动时,泄漏量随活塞速度、活塞与缸筒之间的间隙的增大而增大,因此在加工精度允许条件下,可通过减少活塞与缸筒间的间隙来减小泄漏量。     

涡流分离热气体再加热的CO_2热泵系统的分析

对涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统进行热力性能分析,并与相同运行工况下的节流降压CO2热泵系统的性能进行了对比,得出涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统存在最优的高压压力,在最优的高压压力下,系统获得最大的制热性能系数。提高分离热气体质量比、中间压力、蒸发温度、涡流管制热效应,降低气体冷却器出口温度,涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统的制热性能系数提高。随着热气体质量比的增加和气体冷却器出口温度的升高,涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统最优的气体冷却器出口压力也升高。在热气体质量比仅为0.2时,涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统相比节流降压CO2热泵系统,最佳的制热性能系数提高11%。随着热气体质量比的增加,差值会进一步增大。气体冷却器出口温度的升高,对涡流分离热气体再加热的CO2热泵系统制热性能系数的影响要小于对节流降压CO2热泵系统的制热性能系数的影响。     

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...     

蜂窝密封流场和泄漏特性的实验研究

利用烟线法,显示了蜂窝腔中空气的流动情况,揭示了蜂窝腔中旋涡的结构特点。表明在相同的入口条件下,间隙越小,进入蜂窝腔的气流与水平面的夹角越大,且旋涡体积越大、中心位置越靠近底面。同时,在不改变实验其它参数的情况下,改变蜂窝的深度,通过实验观察蜂窝密封的泄漏量。结果表明,在不同的入口压力情况下,蜂窝深度与蜂窝对边距的比值为0.52左右时,蜂窝密封的泄漏流量最小。     

双滑片椭圆转子压缩机径向间隙泄漏研究

建立了双滑片椭圆转子压缩机的径向间隙泄漏模型,对不同径向间隙的泄漏量进行了计算和分析,并和相同规格的滚动转子压缩机进行比较。结果表明:椭圆转子压缩机的径向间隙泄漏量在相同条件下大于滚动转子压缩机,两者的差值随着间隙的增大而增大,在间隙为80μm时,椭圆转子压缩机的径向间隙泄漏量最多可比滚动转子压缩机大2.352 g/s;压比对泄漏量的影响较大,在压比一定时,转速和转子椭圆面短轴和长轴之比对泄漏的影响并不明显。严格控制的径向间隙是提高椭圆转子压缩机容积效率的主要因素。